附件維修管理與創新全景智能化平臺的設計與應用

■ 惠昭鼎 孫艷娜 李忠誠/1 中國南方航空股份有限公司技術分公司沈陽基地 沈陽北方飛機維修有限公司

0 引言

在智慧南航的背景下，南航子公司沈陽北方飛機維修有限公司作為南航機務改革的排頭兵，正在努力推動南航機務向數字化轉型、智能化發展，實現機務智慧維修。

飛機部附件維修行業門檻高、利潤大，市場前景廣闊，已成為包括OEM廠家在內的航空業MRO利潤必爭點[1]，而智慧維修將進一步推高企業利潤空間，提升企業競爭力，為此建立一個附件維修管理與創新全景智能化平臺勢在必行。

1 平臺背景

在傳統飛機部附件修理行業中，不同類型部件涉及的關鍵技術、人員資質、工具物料等資源繁雜，無論是附件維修管理還是具體的維修過程都面臨很多困難，主要如下。

1）生產計劃不科學。附件修理與航線維修、機體大修不同，附件種類繁多，而不同類別附件所需要的人員資質、知識、技能都有較大差別，再加上附件修理業務增長，很多工作需要多線并行，計劃制定工程師對各車間各工段的情況了解不足，在制定計劃時無法兼顧效率與安全，因此原有的由人工或簡單計算機軟件排班計劃的方式已經不能滿足生產需求[2]。

2）管理及工作效率不高。附件修理管理一般通過電話、郵件等方式與工作者溝通協調，信息一般是按照層級進行層層傳遞，導致管理難度較大、溝通鏈條較長，嚴重影響附件修理管理效率[3]。

3）修理質量控制困難。由于附件修理工作復雜、涉及資源多、并行工作多等原因，通常只能是授權指定人員監控其負責的項目，而管理者要想了解一個部件的具體修理過程和進度，只能前往車間現場觀看詢問，導致管理者難以全面監控并了解每個附件的修理情況[4]。

4）關鍵技術受限。在具體維修過程中，經常有技術資料、航材訂購、維修方案等被OEM 限制封鎖的情況，造成維修成本居高不下、維修能力無法突破等瓶頸問題。例如，由于國內外政策等原因，經常有部分航材、耗材無法訂購或訂購周期較長，嚴重影響附件修理成本和周期的情況，為此需要通過研發DMDOR 方案、自制件、代用品等方式突破壁壘，降本增效。但目前這些技術創新工作缺少相關的需求提出、研發數據分析、成果分享等環節的載體[5]。

2 平臺概述

針對上述傳統飛機部附件維修中管理困難和維修困難等問題，設計了附件維修管理與創新全景智能化平臺。

2.1 平臺演變歷史

附件維修管理與創新全景智能化平臺是基于SSH2.0 框架及SQLSERVER數據庫搭建的B/S 架構服務系統，已有近20 年的歷史，歷經三個版本，最初是2002 年開發的一款生產管理工具，2016 年升級為信息管理系統1.0 版本，再到2021 年升級為信息管理系統2.0 版本，即附件維修管理與創新全景智能化平臺。

智能化平臺不同于普通生產管理系統，是通過長時間的歸納總結、分析實踐得出的一套預測算法模型，將各類客觀存在的物資調配問題、人員排班問題、數據統計問題統籌規劃，以數字預測結果推動實際工作運行，再將實際運行中遇到的各類情況反饋到算法模型中，不斷優化其在維修工作中推進的效果，最終達到科學的資源分配。同時，算法模型還可在預測中突出資源消耗關鍵點，將維修工作中的實際痛點一一展現，指導技術人員有的放矢、重點突破，最大化降低成本或提升產值，解放更多的可分配資源用于技術攻堅，形成產業的良性循環。

2.2 平臺功能設計

附件維修管理與創新全景智能化平臺主要設計了數據獲取環節、算法分析環節、過程監控環節、難點突破環節和數據輸出環節5 大功能環節，如圖1 所示。

圖1 附件維修管理與創新全景智能化平臺五大功能環節

1）在數據獲取環節中，該平臺從南航FIADA、AEROHD、LeAps、ME 等系統中獲取數據并進行篩選，解析原始故障信息，提供完整的系統錯誤碼或人為分析錯誤描述。系統抓取后將根據實際情況進行篩選，獲得平臺使用的標準錯誤描述。

2）算法分析環節將錯誤描述及維修件基本參數輸入至系統，由AI 智能平臺進行統計、分析、決策，形成科學的生產計劃。此環節由以下5 個大模塊組成。

?專家系統：自行研制的專家系統包含適航維修的各項基礎數據，根據多年經驗匯總收集并整理了多種情況的維修關鍵知識點，協助工作者快速定位快速解決問題。技術工程師負責此模塊的運作，勾選各項基本參數，如項目編號、特定件號、標準錯誤描述、錯誤關鍵字、TSR/TSN 區間等，并針對此類情況錄入解決方法，系統將自動給出最優解決方案，協助工作者完成維修工作。

?APS 數據庫：涵蓋航材、工具、計量設備、飛機物料和各項耗材、資料等數據，用于協助系統縮小計算范圍，檢查資源缺失。技術工程師和工作者負責此模塊的運作，錄入項目或件號相關的各類參數，并可選擇等效航材、等效工具等，應對周期計量、設備維修、新進工具、航材更迭等各類情況，為智能化分析提供準確的參考。

?維修經驗數據庫：包含每一類錯誤關鍵字的維修數據，是智能化平臺的大數據基礎，提供了針對故障的資源使用、維修方式、人員分配以及維修流程、時長等各類數據。系統將自動記錄上述數據，無需人工維護。平臺系統通過各項用戶操作采集操作時長、應用數據及用戶行為習慣，逐日、逐月或逐年匯總至大數據平臺。

?航材分析算法：利用樸素貝葉斯算法結合APS 數據庫、標準錯誤描述整理出的每一項航材的使用概率，為工作者或生產部門提前準備航材列表。樸素貝葉斯算法可利用較小的算力獲取極高的準確率，僅需提供與算法相關的特性即可解決每個APS 數據庫列出航材的二分法問題，協助工作者給出航材使用參考，迅速完成航材訂購工作。

?AI 智能排班：通過神經網絡算法結合上述資源分析所需航材、工具，再通過大數據分析結合人員當前工期、技能、維修歷史、技能增幅等情況預估維修周期，最終形成生產計劃表。生產周期預測將涉及多項不穩定因素，如航材訂購周期、人員技能、維修件損耗情況等，在給定周期后可能因各類突發因素影響計算準確率，故采用神經網絡算法對周期進行預估，并借助其回歸模型不斷調整學習，以便不斷提高維修周期、生產計劃的準確率。

附件維修管理與創新全景智能化平臺算法分析環節技術路線如圖2 所示。

圖2 附件維修管理與創新全景智能化平臺算法分析環節技術路線圖

3）在過程監控環節中，進行多維度數據采集和邊緣計算，全方位監控物流與邊緣設備狀態。使用二維碼、RFID、物聯網等技術多維度進行數據采集；通過成本利潤分析，在需更換昂貴、采購周期長的航材或是需要超手冊修理或新工裝時，自動觸發難點突破環節；通過系統可以全方位跟蹤監控維修進度，并通過二維碼或RFID 設備將專用設備與維修工作綁定，監控采集設備使用頻度、測試數據和保養/維修情況等。

4）分析數據觸發難點突破警戒時，難點突破環節中的創新孵化功能被激發，可發布課題招募信息，采用揭榜掛帥的方式組建攻關小組，借助MATLAB、ANSYS 等軟件進行模擬仿真，研發驗證DMDOR 方案，開發自制件代用品，通過3D 掃描打印、CATIA建模等手段設計制作工裝。此外，創新模塊的數據可以自我反饋，數據反饋到算法分析環節，不斷優化算法。

5）在數據輸出環節中，平臺將附件航材修理成本、附件質量分析預測等數據輸出至FIADA 等南航系統，為南航系統補充附件維修的相關數據。還可以將維修進度信息、估算出的下一年度航材消耗情況等輸出至航材等其他部門，方便各相關部門了解附件維修情況，控制航材庫存。通過系統可以監控部件在翼數據，當附件超過一些閾值時及時給出維護提示，保障飛機運行安全。

2.3 項目應用成果

根據近幾年的數據統計，沈陽北方飛機維修有限公司在使用附件維修管理與創新全景智能化平臺后，各方面都有一定程度的提升。

1）生產計劃更加科學。使用平臺后，員工普遍反映生產計劃、排班計劃更加合理，不再出現“有的人閑，有的人忙”的情況，同時也杜絕了人員資質不匹配、工具工裝使用分配不合理的情況，使用平臺后的第一年產能也因此大幅提升，在人員數量等其他條件基本不變的情況下，年產值增加8.8%。

2）管理、工作效率提升。在該平臺的支持下，管理者和工作者都可以從平臺上收發指令、簽批相關文件，真正實現了無紙化辦公。按照數據核算，使用平臺的第一年就節約各類溝通、簽批時間約3000h，該平臺有力提升了工作效率，縮短了溝通鏈條。

3）附件修理質量提高。授權人員可以通過平臺監控附件修理關鍵步驟，平臺也可以針對關鍵質量點及時發出提示，對測試不合格數據給出警示，并從知識庫中調出相應修理建議為工作者提供幫助。使用平臺后的第一年，附件索賠率下降近1%，提高了附件修理質量。

4）突破技術壁壘。平臺中的創新孵化環節將科研攻關能力借助信息、網絡、AI 等技術發揮至極致，通過此平臺每年開發DMDOR 方案10 余項，自制件/代用品30 余項，工裝設備研制70余套，這些成果已獲得5 項軟件著作權、30 項實用新型專利、4 項發明專利和多項南航集團級別“五小”“金點子”獎勵。同時，創新孵化的數據自我反饋，不斷進行算法優化與知識庫擴充。每年創造的價值超4000 萬元。

3 總結與展望

未來，附件維修管理與創新全景智能化平臺將繼續完善現有功能，實現技術迭代，不斷積累大數據、維修經驗，后續還會從三個方面推動平臺升級。

1）AR 終端。未來計劃將該平臺的使用終端擴展至AR 眼鏡，通過語音識別等方式控制，徹底解放工作者的雙手，提高工作效率。AR 眼鏡可識別維修的關鍵點和測試的關鍵數據，及時給出維修過程提示、步驟的維修標準及相關資料，輔助工作者的維修工作。可以實時通過AR 眼鏡進行附件維修遠程會診，實時傳輸視頻方便各專家異地研究飛機部件的疑難雜癥。

2）廠區智能物流。廠區智能物流要做到自動識別挑選所用航材部件，將要維修的部件和所需航材自動運輸到工位，其中可以考慮的研究方向：第一、機器自動識別躲避障礙物，原理與掃地機器人和倒車雷達相似；第二、廠區劃線，機器人識別劃線，按照固定路線運輸；第三、知識產權申請功能，研發成果的數據、圖紙等都可以在平臺上自動抓取，按照設定好的技術交底書模板填寫對應數據和基本內容，再由專人完成修改后的專利申請等知識產權保護工作。

總地來說，附件維修管理與創新全景智能化平臺立足于實際附件修理工作，精準控制每一個生產環節，具備了普通軟件、平臺、系統不具備的優勢，該平臺不僅可以推廣到同類維修企業中，還可以結合不同的應用場景進行修正，應用于有類似需求的其他行業中。