武三栓，常智勇，李聯(lián)輝

（1. 中國(guó)航發(fā)南方工業(yè)有限公司，株洲 412002；2. 西北工業(yè)大學(xué)現(xiàn)代設(shè)計(jì)與集成制造技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710072;3. 北方民族大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院， 銀川 750021）

作為飛機(jī)的關(guān)鍵部件，航空發(fā)動(dòng)機(jī)是一個(gè)國(guó)家國(guó)防實(shí)力和科技水平的重要象征之一。在服役過(guò)程中，航空發(fā)動(dòng)機(jī)需經(jīng)歷多次維修業(yè)務(wù)活動(dòng)，這些業(yè)務(wù)活動(dòng)是保證發(fā)動(dòng)機(jī)服役質(zhì)量的關(guān)鍵過(guò)程，事關(guān)整個(gè)飛行器的飛行安全[1-4]。航空發(fā)動(dòng)機(jī)維修是一個(gè)具有戰(zhàn)略意義且蘊(yùn)藏著驚人經(jīng)濟(jì)效益的領(lǐng)域。2004年以來(lái)，全球航空維修市場(chǎng)價(jià)值已經(jīng)超過(guò)了航空制造價(jià)值，而發(fā)動(dòng)機(jī)維修占整個(gè)航空維修市場(chǎng)35%以上。未來(lái)10年，航空發(fā)動(dòng)機(jī)維修市場(chǎng)的年增長(zhǎng)率保持在4.5%～4.7%。在這種情況下，各大航空發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)廠商紛紛調(diào)整發(fā)展戰(zhàn)略，改變只通過(guò)銷售產(chǎn)品或零備件獲利的模式，大力發(fā)展航空發(fā)動(dòng)機(jī)維修業(yè)務(wù)，提高市場(chǎng)份額[5-8]。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)的維修業(yè)務(wù)過(guò)程涉及維修工藝設(shè)計(jì)、工裝設(shè)計(jì)、維修過(guò)程管理、質(zhì)量狀態(tài)控制、單臺(tái)份技術(shù)狀態(tài)控制、履歷數(shù)據(jù)管理等多個(gè)方面，涉及到上萬(wàn)個(gè)零件，其業(yè)務(wù)流程非常復(fù)雜，技術(shù)狀態(tài)管理難度大，精度和質(zhì)量要求嚴(yán)格，對(duì)工藝管理和生產(chǎn)管理都提出了更高要求[8]。在這種情況下，如何提高發(fā)動(dòng)機(jī)維修質(zhì)量和效率、降低維修過(guò)程出錯(cuò)率、縮短維修周期就成為當(dāng)前必須解決的重大瓶頸問(wèn)題。目前，維修業(yè)務(wù)管理仍采用較為落后的人工管理、紙質(zhì)履歷模式[9-10]。因此，為提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)維修業(yè)務(wù)管理水平，本文設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)了面向航空發(fā)動(dòng)機(jī)維修階段的業(yè)務(wù)流程控制、技術(shù)狀態(tài)管理、質(zhì)量管理、信息集成等需求的航空發(fā)動(dòng)機(jī)維修數(shù)字化管理系統(tǒng)（Aeroengine Repair Digital Management System，ARDMS），從而形成航空發(fā)動(dòng)機(jī)維修過(guò)程的數(shù)字化管理新模式，并通過(guò)在維修企業(yè)的應(yīng)用驗(yàn)證了其可行性。

1 問(wèn)題分析

航空發(fā)動(dòng)機(jī)維修數(shù)字化管理系統(tǒng)需與ERP（Enterprise Resource Planning）、PDM（Product Date Management）、TDM（Telemetric Date Monitor）等信息系統(tǒng)及中央倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)信息交互、共享和重用。通過(guò)對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)維修業(yè)務(wù)流程的分析，當(dāng)前的人工管理、紙質(zhì)履歷的模式中存在的問(wèn)題主要為以下7個(gè)方面：

（1）技術(shù)狀態(tài)管理復(fù)雜。在整個(gè)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的維護(hù)和維修過(guò)程中，需要掌握發(fā)動(dòng)機(jī)物料信息，裝配過(guò)程中進(jìn)行了哪些貫改？在完成服役期間進(jìn)行了哪些換件？而這些信息由于時(shí)間跨度較長(zhǎng)，同時(shí)信息分散在各處，不易進(jìn)行控制和管理。

（2）物料的齊套性（包括ERP中的缺件信息、維修現(xiàn)場(chǎng)的轉(zhuǎn)工信息等）不易檢查， 加大了計(jì)劃排產(chǎn)的難度。

（3）航空發(fā)動(dòng)機(jī)的維修過(guò)程中經(jīng)常發(fā)生串換件，目前的管理模式對(duì)串換件信息的追溯比較困難。

（4）壽命件的跟蹤和管理難度較大，回廠返修發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命件信息的管理不夠智能化，實(shí)現(xiàn)壽命件的換件提醒比較困難。

（5）發(fā)動(dòng)機(jī)的排故和大修工作生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)眾多，生產(chǎn)過(guò)程較長(zhǎng)，涵蓋了接收、分解、清洗、故檢、修理、配套、裝配、試車、油封等各個(gè)環(huán)節(jié)，加大了管理的難度。

（6）維修現(xiàn)場(chǎng)的過(guò)程與質(zhì)量數(shù)據(jù)繁雜且分散度高，目前的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控方式不夠嚴(yán)密，且現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集反饋的及時(shí)性、準(zhǔn)確性不夠高，這些都給發(fā)動(dòng)機(jī)的維修效率和質(zhì)量帶來(lái)了隱患。

（7）航空發(fā)動(dòng)機(jī)維修的特點(diǎn)要求對(duì)其裝配過(guò)程必須采取高效的監(jiān)控手段，進(jìn)行嚴(yán)格的過(guò)程與質(zhì)量控制和管理，但是目前缺乏有效的信息化手段對(duì)其進(jìn)行有效的控制。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 整體架構(gòu)

按照穩(wěn)定性、易用性、開(kāi)放性、模塊獨(dú)立、通用性、信息隱藏和局部化等設(shè)計(jì)原則要求，系統(tǒng)的整體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 航空發(fā)動(dòng)機(jī)維修數(shù)字化管理系統(tǒng)整體架構(gòu)Fig.1 Overall framework of ARDMS

由圖1可以看出，系統(tǒng)以待修發(fā)動(dòng)機(jī)為輸入，以修理完成的合格發(fā)動(dòng)機(jī)及其技術(shù)狀態(tài)數(shù)據(jù)為輸出。系統(tǒng)的核心業(yè)務(wù)由維修管理子系統(tǒng)、修理管理子系統(tǒng)、裝配管理子系統(tǒng)和技術(shù)狀態(tài)控制子系統(tǒng)構(gòu)成。其中，維修管理子系統(tǒng)涉及發(fā)動(dòng)機(jī)接收、修理技術(shù)通知編寫、發(fā)動(dòng)機(jī)清洗、故檢、集件、配料等業(yè)務(wù)；修理管理子系統(tǒng)涉及零件修理的工藝編制、計(jì)劃調(diào)度等業(yè)務(wù)；裝配管理子系統(tǒng)涉及發(fā)動(dòng)機(jī)部裝、總裝、試車等業(yè)務(wù)；技術(shù)狀態(tài)控制子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)修理的物料狀態(tài)、工藝狀態(tài)、質(zhì)量狀態(tài)、貫改狀態(tài)和歸零狀態(tài)的控制，形成數(shù)字化的發(fā)動(dòng)機(jī)修理履歷。維修管理子系統(tǒng)、修理管理子系統(tǒng)和裝配管理子系統(tǒng)通過(guò)計(jì)劃管理、過(guò)程控制和數(shù)字化軍檢緊密聯(lián)系，形成以發(fā)動(dòng)機(jī)修理全過(guò)程管理和技術(shù)狀態(tài)控制為核心的數(shù)字化管理模式。

此外，系統(tǒng)支撐模塊主要實(shí)現(xiàn)流程引擎、安全保障控制、條碼支持和文件存儲(chǔ)等功能；運(yùn)行維護(hù)子系統(tǒng)完成機(jī)型管理、用戶管理、日志管理、權(quán)限管理等功能；系統(tǒng)集成模塊實(shí)現(xiàn)與ERP、PDM、TDM、中央倉(cāng)庫(kù)等系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換。系統(tǒng)的所有功能通過(guò)統(tǒng)一的航修中心管理門戶支持各類人員的業(yè)務(wù)需求。

2.2 多BOM間演變關(guān)系

航空發(fā)動(dòng)機(jī)維修數(shù)字化管理系統(tǒng)中BOM（Bill of Material）的演變關(guān)系如圖2所示。系統(tǒng)以一臺(tái)待修的發(fā)動(dòng)機(jī)作為輸入，經(jīng)分解、清洗、故檢后形成原始的發(fā)動(dòng)機(jī)BOM。故檢后，各零部件根據(jù)故檢結(jié)論的不同，分別執(zhí)行使用、報(bào)廢、修理、外協(xié)、換件等子流程，并以入庫(kù)作為各子流程的結(jié)束。集件、配料時(shí)，分別以各部件為單位進(jìn)行齊套性檢查。經(jīng)過(guò)總裝，修理后形成的發(fā)動(dòng)機(jī)BOM與原始BOM在技術(shù)狀態(tài)上有顯著不同。試車合格后，形成合格的發(fā)動(dòng)機(jī)，否則再次進(jìn)行故檢，開(kāi)始又一個(gè)裝試循環(huán)。在發(fā)動(dòng)機(jī)分解、清洗、故檢、修理和裝配過(guò)程中，均按照PBOM統(tǒng)一管理的工藝信息執(zhí)行相應(yīng)操作，產(chǎn)生的各種質(zhì)量表單和記錄則以QBOM的形式統(tǒng)一管理。

圖2 多BOM間演變關(guān)系Fig.2 Evolutionary relationships of multi-BOMs

圖3 ARDMS與其他信息化系統(tǒng)之間的關(guān)系Fig.3 Relationships of ARDMS and other systems

2.3 與其他信息化系統(tǒng)之間的關(guān)系

本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分為兩類：一類是系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，如MBOM、PBOM、QBOM、TBOM等，在系統(tǒng)實(shí)施過(guò)程中生成，由系統(tǒng)的實(shí)施工具進(jìn)行維護(hù)；另一類數(shù)據(jù)為業(yè)務(wù)過(guò)程數(shù)據(jù)，在發(fā)動(dòng)機(jī)的維修和排故過(guò)程中產(chǎn)生，主要包括發(fā)動(dòng)機(jī)的履歷信息、生產(chǎn)任務(wù)信息、技術(shù)狀態(tài)信息等。

其中，系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中的MBOM信息應(yīng)該由ERP系統(tǒng)獲取，而用于指導(dǎo)生產(chǎn)的工藝信息以及零件的三維模型、二維工程圖等數(shù)據(jù)應(yīng)該從PDM中獲取。在生產(chǎn)過(guò)程中，系統(tǒng)需要與ERP系統(tǒng)通信獲取配料信息、生產(chǎn)計(jì)劃以及返廠發(fā)動(dòng)機(jī)在外場(chǎng)的服役情況，同時(shí)從PDM系統(tǒng)中間接地獲取當(dāng)前生產(chǎn)所需要執(zhí)行的工藝信息等內(nèi)容，從TDM系統(tǒng)中獲取試車數(shù)據(jù)，與立體倉(cāng)庫(kù)交換電子訂單數(shù)據(jù)，并從立體倉(cāng)庫(kù)中獲取庫(kù)存信息，如圖3所示。

3 關(guān)鍵功能設(shè)計(jì)

3.1 技術(shù)狀態(tài)管理

技術(shù)狀態(tài)管理是指應(yīng)用技術(shù)和管理手段對(duì)產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)進(jìn)行標(biāo)識(shí)、控制、審核和紀(jì)實(shí)的活動(dòng)。具體到本系統(tǒng)對(duì)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)狀態(tài)管理，就是通過(guò)信息化系統(tǒng)對(duì)于在發(fā)動(dòng)機(jī)維修或者裝配過(guò)程中用了什么東西，做了什么操作，產(chǎn)生了什么數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、控制和審核。具體而言，在航修信息化系統(tǒng)中所記錄的內(nèi)容應(yīng)包含以下信息：發(fā)動(dòng)機(jī)物料信息、貫改執(zhí)行情況、技術(shù)文件及所使用工藝、質(zhì)量表單（包括檢驗(yàn)表、故檢表、轉(zhuǎn)工單）、超差、技術(shù)通知、故檢歸零。

（1）物料信息管理。接收工藝員在接收發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)填寫發(fā)動(dòng)機(jī)的基本信息。分解員在分解階段填寫部件的信息。故檢員在故檢時(shí)需要確認(rèn)零件狀態(tài)在生成條碼的同時(shí)將零件信息錄入，零件的狀態(tài)包括用、拋修、報(bào)廢、修、辦單。用、拋修的零件入庫(kù)；修的零件兩種處理途徑：一種辦理轉(zhuǎn)工單至機(jī)加線修理；一種是辦理轉(zhuǎn)工單至外廠修理；報(bào)廢的零件需要通過(guò)ERP等流程申請(qǐng)新件。集件員在收集零件時(shí)填寫報(bào)廢件的替換件信息，成附件信息及消耗件（必?fù)Q件、易損件）信息。在集件期間，當(dāng)轉(zhuǎn)工件、報(bào)廢件不能及時(shí)到位時(shí)會(huì)進(jìn)行換件。在此期間，將成附件、報(bào)廢件、消耗件等信息錄入，形成完整的物料BOM，如圖4所示。

圖4 物料信息管理Fig.4 Material information management

（2）貫改執(zhí)行管理。貫改信息作為整個(gè)大修過(guò)程中最為關(guān)注的技術(shù)狀態(tài)信息之一，系統(tǒng)將通過(guò)以下方式對(duì)其進(jìn)行管理。

·機(jī)型貫改信息的生成。系統(tǒng)將建立機(jī)型貫改信息庫(kù)，由實(shí)施人員在進(jìn)行機(jī)型實(shí)施的過(guò)程中，錄入所有該機(jī)型中需要執(zhí)行的貫改。包括貫改編號(hào)、名稱、貫改文件、備注信息、貫改對(duì)應(yīng)的物料編號(hào)及備注等。

·發(fā)動(dòng)機(jī)貫改信息的生成。工藝員接收發(fā)動(dòng)機(jī)后，填寫接收文檔，同時(shí)將該發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)機(jī)型所可能執(zhí)行的所有貫改信息展示出來(lái)，由工藝員根據(jù)外場(chǎng)履歷本依次去掉所有已經(jīng)執(zhí)行過(guò)的貫改信息，由此確定所有需要在大修發(fā)動(dòng)機(jī)上執(zhí)行的貫改。

·貫改的執(zhí)行。當(dāng)操作員執(zhí)行一項(xiàng)貫改時(shí)，操作員調(diào)出貫改確認(rèn)界面，選擇所執(zhí)行的貫改信息，并打卡確認(rèn)（對(duì)于需要檢驗(yàn)員確認(rèn)的貫改，將加入檢驗(yàn)員打卡操作），系統(tǒng)將自動(dòng)記錄貫改的執(zhí)行者、執(zhí)行時(shí)間、檢驗(yàn)者。

·貫改的檢查。系統(tǒng)提供一個(gè)統(tǒng)一的貫改檢查窗口，用于展示所有的已執(zhí)行和未執(zhí)行的貫改，由管理人員隨時(shí)查閱。

（3）質(zhì)量表單管理。系統(tǒng)隨著整個(gè)維修發(fā)動(dòng)機(jī)各個(gè)生產(chǎn)任務(wù)的逐步展開(kāi)，記錄了發(fā)動(dòng)機(jī)的各項(xiàng)質(zhì)量表單，并對(duì)于有需要的重要表單進(jìn)行結(jié)構(gòu)化存儲(chǔ)，如圖5所示。

3.2 條碼管理

條碼技術(shù)（Barcode Technology）是在計(jì)算機(jī)的應(yīng)用實(shí)踐中產(chǎn)生和發(fā)展起來(lái)的一種自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。它是為實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的自動(dòng)掃描而設(shè)計(jì)的，是一種實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確而可靠的采集數(shù)據(jù)的有效手段。條碼技術(shù)的應(yīng)用解決了數(shù)據(jù)錄入和數(shù)據(jù)采集的瓶頸問(wèn)題，為現(xiàn)代物流及供應(yīng)鏈管理提供了有效的技術(shù)支持。

在ARDMS中，物料信息的管理是整個(gè)系統(tǒng)信息化管理的一個(gè)重要方向，為了能夠有效解決管理物料的流向、統(tǒng)計(jì)物料的集件信息、實(shí)現(xiàn)快捷的物料清點(diǎn)、減少系統(tǒng)用戶的數(shù)據(jù)輸入量，我們將條碼系統(tǒng)引入到整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)。

整個(gè)條碼在系統(tǒng)中的管理包含以下幾個(gè)方面：條碼的編碼、條碼的生成、條碼信息的管理等，為此我們?cè)O(shè)計(jì)了相應(yīng)的物料條碼應(yīng)用方案，對(duì)其約定如下：

·一個(gè)條碼只對(duì)應(yīng)一類物料，對(duì)于相關(guān)重件進(jìn)行單件管理；對(duì)于小件可一次管理多件。

·使用物料號(hào)作為系統(tǒng)中物料所對(duì)應(yīng)的唯一標(biāo)識(shí)。

·系統(tǒng)中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)應(yīng)支持根據(jù)條碼在系統(tǒng)中查詢出條碼所對(duì)應(yīng)物料的物料名稱、物料圖號(hào)、批次號(hào)或單件號(hào)、所屬發(fā)動(dòng)機(jī)、所屬部件。

條碼上顯示的內(nèi)容包括物料的名稱、物料圖號(hào)、批次號(hào)或單件號(hào)、所屬發(fā)動(dòng)機(jī)、所屬部件等信息。系統(tǒng)將在以下幾個(gè)方面進(jìn)行條碼的生成操作：

·故檢完成后，標(biāo)注為“用”、“拋修”、“轉(zhuǎn)工”的物料直接進(jìn)行條碼的生成。

·故檢過(guò)程中，標(biāo)注為“廢”的物料在用于替換廢件的新件入庫(kù)時(shí)進(jìn)行條碼的生成操作。

·倉(cāng)庫(kù)批量采購(gòu)的新件，在進(jìn)入車間入庫(kù)時(shí)，進(jìn)行條碼的生成操作。

·對(duì)于轉(zhuǎn)工完成，需要入庫(kù)的物料，如果條碼在轉(zhuǎn)工過(guò)程中已經(jīng)損毀，則在入庫(kù)時(shí)補(bǔ)打條碼。

圖5 質(zhì)量表單管理Fig.5 Quality table management

3.3 數(shù)字化軍檢

數(shù)字化軍檢的主要內(nèi)容包括：成品檢驗(yàn)驗(yàn)收、固定項(xiàng)目提交、技術(shù)文件控制、質(zhì)量問(wèn)題處理與跟蹤等。數(shù)字化軍檢通過(guò)對(duì)修理過(guò)程中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)控制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)修理全過(guò)程的數(shù)字化質(zhì)量監(jiān)督。

成品驗(yàn)收流程如圖6所示。首先，由總裝檢驗(yàn)員向軍代表提交成品檢驗(yàn)。系統(tǒng)暫停，等待軍代表處理。軍代表進(jìn)行電子履歷本的審查，并檢查發(fā)動(dòng)機(jī)的外觀質(zhì)量，當(dāng)這兩項(xiàng)都合格以后，通過(guò)總裝軍檢；否則，軍代表將處理意見(jiàn)反饋給總裝檢驗(yàn)員，等待總裝檢驗(yàn)員再次處理。

圖6 成品驗(yàn)收流程Fig.6 Approval process of finished product

軍代表在系統(tǒng)中完成總裝軍檢任務(wù)的步驟如下：

（1）進(jìn)入首頁(yè)后，看“我的任務(wù)”中是否有“為發(fā)動(dòng)機(jī)審查檢驗(yàn)試車”項(xiàng)，若有，則點(diǎn)擊進(jìn)入“檢驗(yàn)試車審批”。

（2）審查裝配履歷本信息，也可以根據(jù)需要選擇查看換件信息。

（3）審批試車通知單。

（4）當(dāng)前述工作完成以后，軍代表在“檢驗(yàn)試車審批”頁(yè)面中選擇“同意”，就可以完成對(duì)檢驗(yàn)試車的審批，同時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)在軍檢首頁(yè)中生成一項(xiàng)新的任務(wù)“為發(fā)動(dòng)機(jī)判斷是否滿足質(zhì)量要求”。

（5）軍代表在現(xiàn)場(chǎng)完成對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)物質(zhì)量的檢查。

（6）實(shí)物質(zhì)量合格以后，軍代表進(jìn)入系統(tǒng)，選擇“為發(fā)動(dòng)機(jī)判斷是否滿足質(zhì)量要求”的任務(wù)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量給予確認(rèn)。這一步工作完成以后，整機(jī)在裝配車間的任務(wù)才全部完成，發(fā)動(dòng)機(jī)可以進(jìn)入下一步試車工序。

4 應(yīng)用示例

針對(duì)維修業(yè)務(wù)流程的實(shí)際需求，借助信息化技術(shù)開(kāi)發(fā)出了ADEMS。該系統(tǒng)是在航空發(fā)動(dòng)機(jī)維修業(yè)務(wù)流程模型研究的基礎(chǔ)上結(jié)合工作流、結(jié)構(gòu)化表單等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)維修業(yè)務(wù)的過(guò)程管理控制和電子履歷的生成，已在某航空發(fā)動(dòng)機(jī)維修企業(yè)進(jìn)行了應(yīng)用。系統(tǒng)運(yùn)行界面示例如圖7所示。

圖7 系統(tǒng)運(yùn)行界面應(yīng)用示例Fig.7 Application example of system operation interface

5 結(jié)束語(yǔ)

航空發(fā)動(dòng)機(jī)的維護(hù)維修工作是全壽命周期過(guò)程中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，如何提高發(fā)動(dòng)機(jī)維修質(zhì)量和效率、降低維修過(guò)程出錯(cuò)率、縮短維修周期成為當(dāng)前必須解決的重大瓶頸問(wèn)題。

為解決上述問(wèn)題，滿足未來(lái)發(fā)動(dòng)機(jī)維護(hù)工作的需求，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)維修企業(yè)建立一套完善的信息化系統(tǒng)，形成發(fā)動(dòng)機(jī)排故、維修、大修流程管理和數(shù)據(jù)集成的數(shù)字化新模式，能夠?yàn)楹娇瞻l(fā)動(dòng)機(jī)高效優(yōu)質(zhì)維修工作打下良好基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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