附件维修管理与创新全景智能化平台的设计与应用

■ 惠昭鼎 孙艳娜 李忠诚/1 中国南方航空股份有限公司技术分公司沈阳基地 沈阳北方飞机维修有限公司

0 引言

在智慧南航的背景下，南航子公司沈阳北方飞机维修有限公司作为南航机务改革的排头兵，正在努力推动南航机务向数字化转型、智能化发展，实现机务智慧维修。

飞机部附件维修行业门槛高、利润大，市场前景广阔，已成为包括OEM厂家在内的航空业MRO利润必争点[1]，而智慧维修将进一步推高企业利润空间，提升企业竞争力，为此建立一个附件维修管理与创新全景智能化平台势在必行。

1 平台背景

在传统飞机部附件修理行业中，不同类型部件涉及的关键技术、人员资质、工具物料等资源繁杂，无论是附件维修管理还是具体的维修过程都面临很多困难，主要如下。

1）生产计划不科学。附件修理与航线维修、机体大修不同，附件种类繁多，而不同类别附件所需要的人员资质、知识、技能都有较大差别，再加上附件修理业务增长，很多工作需要多线并行，计划制定工程师对各车间各工段的情况了解不足，在制定计划时无法兼顾效率与安全，因此原有的由人工或简单计算机软件排班计划的方式已经不能满足生产需求[2]。

2）管理及工作效率不高。附件修理管理一般通过电话、邮件等方式与工作者沟通协调，信息一般是按照层级进行层层传递，导致管理难度较大、沟通链条较长，严重影响附件修理管理效率[3]。

3）修理质量控制困难。由于附件修理工作复杂、涉及资源多、并行工作多等原因，通常只能是授权指定人员监控其负责的项目，而管理者要想了解一个部件的具体修理过程和进度，只能前往车间现场观看询问，导致管理者难以全面监控并了解每个附件的修理情况[4]。

4）关键技术受限。在具体维修过程中，经常有技术资料、航材订购、维修方案等被OEM 限制封锁的情况，造成维修成本居高不下、维修能力无法突破等瓶颈问题。例如，由于国内外政策等原因，经常有部分航材、耗材无法订购或订购周期较长，严重影响附件修理成本和周期的情况，为此需要通过研发DMDOR 方案、自制件、代用品等方式突破壁垒，降本增效。但目前这些技术创新工作缺少相关的需求提出、研发数据分析、成果分享等环节的载体[5]。

2 平台概述

针对上述传统飞机部附件维修中管理困难和维修困难等问题，设计了附件维修管理与创新全景智能化平台。

2.1 平台演变历史

附件维修管理与创新全景智能化平台是基于SSH2.0 框架及SQLSERVER数据库搭建的B/S 架构服务系统，已有近20 年的历史，历经三个版本，最初是2002 年开发的一款生产管理工具，2016 年升级为信息管理系统1.0 版本，再到2021 年升级为信息管理系统2.0 版本，即附件维修管理与创新全景智能化平台。

智能化平台不同于普通生产管理系统，是通过长时间的归纳总结、分析实践得出的一套预测算法模型，将各类客观存在的物资调配问题、人员排班问题、数据统计问题统筹规划，以数字预测结果推动实际工作运行，再将实际运行中遇到的各类情况反馈到算法模型中，不断优化其在维修工作中推进的效果，最终达到科学的资源分配。同时，算法模型还可在预测中突出资源消耗关键点，将维修工作中的实际痛点一一展现，指导技术人员有的放矢、重点突破，最大化降低成本或提升产值，解放更多的可分配资源用于技术攻坚，形成产业的良性循环。

2.2 平台功能设计

附件维修管理与创新全景智能化平台主要设计了数据获取环节、算法分析环节、过程监控环节、难点突破环节和数据输出环节5 大功能环节，如图1 所示。

图1 附件维修管理与创新全景智能化平台五大功能环节

1）在数据获取环节中，该平台从南航FIADA、AEROHD、LeAps、ME 等系统中获取数据并进行筛选，解析原始故障信息，提供完整的系统错误码或人为分析错误描述。系统抓取后将根据实际情况进行筛选，获得平台使用的标准错误描述。

2）算法分析环节将错误描述及维修件基本参数输入至系统，由AI 智能平台进行统计、分析、决策，形成科学的生产计划。此环节由以下5 个大模块组成。

•专家系统：自行研制的专家系统包含适航维修的各项基础数据，根据多年经验汇总收集并整理了多种情况的维修关键知识点，协助工作者快速定位快速解决问题。技术工程师负责此模块的运作，勾选各项基本参数，如项目编号、特定件号、标准错误描述、错误关键字、TSR/TSN 区间等，并针对此类情况录入解决方法，系统将自动给出最优解决方案，协助工作者完成维修工作。

•APS 数据库：涵盖航材、工具、计量设备、飞机物料和各项耗材、资料等数据，用于协助系统缩小计算范围，检查资源缺失。技术工程师和工作者负责此模块的运作，录入项目或件号相关的各类参数，并可选择等效航材、等效工具等，应对周期计量、设备维修、新进工具、航材更迭等各类情况，为智能化分析提供准确的参考。

•维修经验数据库：包含每一类错误关键字的维修数据，是智能化平台的大数据基础，提供了针对故障的资源使用、维修方式、人员分配以及维修流程、时长等各类数据。系统将自动记录上述数据，无需人工维护。平台系统通过各项用户操作采集操作时长、应用数据及用户行为习惯，逐日、逐月或逐年汇总至大数据平台。

•航材分析算法：利用朴素贝叶斯算法结合APS 数据库、标准错误描述整理出的每一项航材的使用概率，为工作者或生产部门提前准备航材列表。朴素贝叶斯算法可利用较小的算力获取极高的准确率，仅需提供与算法相关的特性即可解决每个APS 数据库列出航材的二分法问题，协助工作者给出航材使用参考，迅速完成航材订购工作。

•AI 智能排班：通过神经网络算法结合上述资源分析所需航材、工具，再通过大数据分析结合人员当前工期、技能、维修历史、技能增幅等情况预估维修周期，最终形成生产计划表。生产周期预测将涉及多项不稳定因素，如航材订购周期、人员技能、维修件损耗情况等，在给定周期后可能因各类突发因素影响计算准确率，故采用神经网络算法对周期进行预估，并借助其回归模型不断调整学习，以便不断提高维修周期、生产计划的准确率。

附件维修管理与创新全景智能化平台算法分析环节技术路线如图2 所示。

图2 附件维修管理与创新全景智能化平台算法分析环节技术路线图

3）在过程监控环节中，进行多维度数据采集和边缘计算，全方位监控物流与边缘设备状态。使用二维码、RFID、物联网等技术多维度进行数据采集；通过成本利润分析，在需更换昂贵、采购周期长的航材或是需要超手册修理或新工装时，自动触发难点突破环节；通过系统可以全方位跟踪监控维修进度，并通过二维码或RFID 设备将专用设备与维修工作绑定，监控采集设备使用频度、测试数据和保养/维修情况等。

4）分析数据触发难点突破警戒时，难点突破环节中的创新孵化功能被激发，可发布课题招募信息，采用揭榜挂帅的方式组建攻关小组，借助MATLAB、ANSYS 等软件进行模拟仿真，研发验证DMDOR 方案，开发自制件代用品，通过3D 扫描打印、CATIA建模等手段设计制作工装。此外，创新模块的数据可以自我反馈，数据反馈到算法分析环节，不断优化算法。

5）在数据输出环节中，平台将附件航材修理成本、附件质量分析预测等数据输出至FIADA 等南航系统，为南航系统补充附件维修的相关数据。还可以将维修进度信息、估算出的下一年度航材消耗情况等输出至航材等其他部门，方便各相关部门了解附件维修情况，控制航材库存。通过系统可以监控部件在翼数据，当附件超过一些阈值时及时给出维护提示，保障飞机运行安全。

2.3 项目应用成果

根据近几年的数据统计，沈阳北方飞机维修有限公司在使用附件维修管理与创新全景智能化平台后，各方面都有一定程度的提升。

1）生产计划更加科学。使用平台后，员工普遍反映生产计划、排班计划更加合理，不再出现“有的人闲，有的人忙”的情况，同时也杜绝了人员资质不匹配、工具工装使用分配不合理的情况，使用平台后的第一年产能也因此大幅提升，在人员数量等其他条件基本不变的情况下，年产值增加8.8%。

2）管理、工作效率提升。在该平台的支持下，管理者和工作者都可以从平台上收发指令、签批相关文件，真正实现了无纸化办公。按照数据核算，使用平台的第一年就节约各类沟通、签批时间约3000h，该平台有力提升了工作效率，缩短了沟通链条。

3）附件修理质量提高。授权人员可以通过平台监控附件修理关键步骤，平台也可以针对关键质量点及时发出提示，对测试不合格数据给出警示，并从知识库中调出相应修理建议为工作者提供帮助。使用平台后的第一年，附件索赔率下降近1%，提高了附件修理质量。

4）突破技术壁垒。平台中的创新孵化环节将科研攻关能力借助信息、网络、AI 等技术发挥至极致，通过此平台每年开发DMDOR 方案10 余项，自制件/代用品30 余项，工装设备研制70余套，这些成果已获得5 项软件著作权、30 项实用新型专利、4 项发明专利和多项南航集团级别“五小”“金点子”奖励。同时，创新孵化的数据自我反馈，不断进行算法优化与知识库扩充。每年创造的价值超4000 万元。

3 总结与展望

未来，附件维修管理与创新全景智能化平台将继续完善现有功能，实现技术迭代，不断积累大数据、维修经验，后续还会从三个方面推动平台升级。

1）AR 终端。未来计划将该平台的使用终端扩展至AR 眼镜，通过语音识别等方式控制，彻底解放工作者的双手，提高工作效率。AR 眼镜可识别维修的关键点和测试的关键数据，及时给出维修过程提示、步骤的维修标准及相关资料，辅助工作者的维修工作。可以实时通过AR 眼镜进行附件维修远程会诊，实时传输视频方便各专家异地研究飞机部件的疑难杂症。

2）厂区智能物流。厂区智能物流要做到自动识别挑选所用航材部件，将要维修的部件和所需航材自动运输到工位，其中可以考虑的研究方向：第一、机器自动识别躲避障碍物，原理与扫地机器人和倒车雷达相似；第二、厂区划线，机器人识别划线，按照固定路线运输；第三、知识产权申请功能，研发成果的数据、图纸等都可以在平台上自动抓取，按照设定好的技术交底书模板填写对应数据和基本内容，再由专人完成修改后的专利申请等知识产权保护工作。

总地来说，附件维修管理与创新全景智能化平台立足于实际附件修理工作，精准控制每一个生产环节，具备了普通软件、平台、系统不具备的优势，该平台不仅可以推广到同类维修企业中，还可以结合不同的应用场景进行修正，应用于有类似需求的其他行业中。