武三栓，常智勇，李聯(lián)輝

（1. 中國航發(fā)南方工業(yè)有限公司，株洲 412002；2. 西北工業(yè)大學現(xiàn)代設計與集成制造技術教育部重點實驗室，西安 710072;3. 北方民族大學機電工程學院， 銀川 750021）

作為飛機的關鍵部件，航空發(fā)動機是一個國家國防實力和科技水平的重要象征之一。在服役過程中，航空發(fā)動機需經(jīng)歷多次維修業(yè)務活動，這些業(yè)務活動是保證發(fā)動機服役質(zhì)量的關鍵過程，事關整個飛行器的飛行安全[1-4]。航空發(fā)動機維修是一個具有戰(zhàn)略意義且蘊藏著驚人經(jīng)濟效益的領域。2004年以來，全球航空維修市場價值已經(jīng)超過了航空制造價值，而發(fā)動機維修占整個航空維修市場35%以上。未來10年，航空發(fā)動機維修市場的年增長率保持在4.5%～4.7%。在這種情況下，各大航空發(fā)動機生產(chǎn)廠商紛紛調(diào)整發(fā)展戰(zhàn)略，改變只通過銷售產(chǎn)品或零備件獲利的模式，大力發(fā)展航空發(fā)動機維修業(yè)務，提高市場份額[5-8]。

航空發(fā)動機的維修業(yè)務過程涉及維修工藝設計、工裝設計、維修過程管理、質(zhì)量狀態(tài)控制、單臺份技術狀態(tài)控制、履歷數(shù)據(jù)管理等多個方面，涉及到上萬個零件，其業(yè)務流程非常復雜，技術狀態(tài)管理難度大，精度和質(zhì)量要求嚴格，對工藝管理和生產(chǎn)管理都提出了更高要求[8]。在這種情況下，如何提高發(fā)動機維修質(zhì)量和效率、降低維修過程出錯率、縮短維修周期就成為當前必須解決的重大瓶頸問題。目前，維修業(yè)務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)動機維修業(yè)務管理水平，本文設計和開發(fā)了面向航空發(fā)動機維修階段的業(yè)務流程控制、技術狀態(tài)管理、質(zhì)量管理、信息集成等需求的航空發(fā)動機維修數(shù)字化管理系統(tǒng)（Aeroengine Repair Digital Management System，ARDMS），從而形成航空發(fā)動機維修過程的數(shù)字化管理新模式，并通過在維修企業(yè)的應用驗證了其可行性。

1 問題分析

航空發(fā)動機維修數(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)及中央倉庫系統(tǒng)進行集成，實現(xiàn)信息交互、共享和重用。通過對航空發(fā)動機維修業(yè)務流程的分析，當前的人工管理、紙質(zhì)履歷的模式中存在的問題主要為以下7個方面：

（1）技術狀態(tài)管理復雜。在整個航空發(fā)動機的維護和維修過程中，需要掌握發(fā)動機物料信息，裝配過程中進行了哪些貫改？在完成服役期間進行了哪些換件？而這些信息由于時間跨度較長，同時信息分散在各處，不易進行控制和管理。

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

（3）航空發(fā)動機的維修過程中經(jīng)常發(fā)生串換件，目前的管理模式對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)動機的壽命件信息的管理不夠智能化，實現(xiàn)壽命件的換件提醒比較困難。

（5）發(fā)動機的排故和大修工作生產(chǎn)節(jié)點眾多，生產(chǎn)過程較長，涵蓋了接收、分解、清洗、故檢、修理、配套、裝配、試車、油封等各個環(huán)節(jié)，加大了管理的難度。

（6）維修現(xiàn)場的過程與質(zhì)量數(shù)據(jù)繁雜且分散度高，目前的現(xiàn)場監(jiān)控方式不夠嚴密，且現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集反饋的及時性、準確性不夠高，這些都給發(fā)動機的維修效率和質(zhì)量帶來了隱患。

（7）航空發(fā)動機維修的特點要求對其裝配過程必須采取高效的監(jiān)控手段，進行嚴格的過程與質(zhì)量控制和管理，但是目前缺乏有效的信息化手段對其進行有效的控制。

2 系統(tǒng)結構

2.1 整體架構

按照穩(wěn)定性、易用性、開放性、模塊獨立、通用性、信息隱藏和局部化等設計原則要求，系統(tǒng)的整體架構如圖1所示。

圖1 航空發(fā)動機維修數(shù)字化管理系統(tǒng)整體架構Fig.1 Overall framework of ARDMS

由圖1可以看出，系統(tǒng)以待修發(fā)動機為輸入，以修理完成的合格發(fā)動機及其技術狀態(tài)數(shù)據(jù)為輸出。系統(tǒng)的核心業(yè)務由維修管理子系統(tǒng)、修理管理子系統(tǒng)、裝配管理子系統(tǒng)和技術狀態(tài)控制子系統(tǒng)構成。其中，維修管理子系統(tǒng)涉及發(fā)動機接收、修理技術通知編寫、發(fā)動機清洗、故檢、集件、配料等業(yè)務；修理管理子系統(tǒng)涉及零件修理的工藝編制、計劃調(diào)度等業(yè)務；裝配管理子系統(tǒng)涉及發(fā)動機部裝、總裝、試車等業(yè)務；技術狀態(tài)控制子系統(tǒng)實現(xiàn)發(fā)動機修理的物料狀態(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)動機修理履歷。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)通過計劃管理、過程控制和數(shù)字化軍檢緊密聯(lián)系，形成以發(fā)動機修理全過程管理和技術狀態(tài)控制為核心的數(shù)字化管理模式。

此外，系統(tǒng)支撐模塊主要實現(xiàn)流程引擎、安全保障控制、條碼支持和文件存儲等功能；運行維護子系統(tǒng)完成機型管理、用戶管理、日志管理、權限管理等功能；系統(tǒng)集成模塊實現(xiàn)與ERP、PDM、TDM、中央倉庫等系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換。系統(tǒng)的所有功能通過統(tǒng)一的航修中心管理門戶支持各類人員的業(yè)務需求。

2.2 多BOM間演變關系

航空發(fā)動機維修數(shù)字化管理系統(tǒng)中BOM（Bill of Material）的演變關系如圖2所示。系統(tǒng)以一臺待修的發(fā)動機作為輸入，經(jīng)分解、清洗、故檢后形成原始的發(fā)動機BOM。故檢后，各零部件根據(jù)故檢結論的不同，分別執(zhí)行使用、報廢、修理、外協(xié)、換件等子流程，并以入庫作為各子流程的結束。集件、配料時，分別以各部件為單位進行齊套性檢查。經(jīng)過總裝，修理后形成的發(fā)動機BOM與原始BOM在技術狀態(tài)上有顯著不同。試車合格后，形成合格的發(fā)動機，否則再次進行故檢，開始又一個裝試循環(huán)。在發(fā)動機分解、清洗、故檢、修理和裝配過程中，均按照PBOM統(tǒng)一管理的工藝信息執(zhí)行相應操作，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間演變關系Fig.2 Evolutionary relationships of multi-BOMs

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

2.3 與其他信息化系統(tǒng)之間的關系

本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分為兩類：一類是系統(tǒng)的基礎數(shù)據(jù)，如MBOM、PBOM、QBOM、TBOM等，在系統(tǒng)實施過程中生成，由系統(tǒng)的實施工具進行維護；另一類數(shù)據(jù)為業(yè)務過程數(shù)據(jù)，在發(fā)動機的維修和排故過程中產(chǎn)生，主要包括發(fā)動機的履歷信息、生產(chǎn)任務信息、技術狀態(tài)信息等。

其中，系統(tǒng)基礎數(shù)據(jù)中的MBOM信息應該由ERP系統(tǒng)獲取，而用于指導生產(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)應該從PDM中獲取。在生產(chǎn)過程中，系統(tǒng)需要與ERP系統(tǒng)通信獲取配料信息、生產(chǎn)計劃以及返廠發(fā)動機在外場的服役情況，同時從PDM系統(tǒng)中間接地獲取當前生產(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)，與立體倉庫交換電子訂單數(shù)據(jù)，并從立體倉庫中獲取庫存信息，如圖3所示。

3 關鍵功能設計

3.1 技術狀態(tài)管理

技術狀態(tài)管理是指應用技術和管理手段對產(chǎn)品技術狀態(tài)進行標識、控制、審核和紀實的活動。具體到本系統(tǒng)對于航空發(fā)動機的技術狀態(tài)管理，就是通過信息化系統(tǒng)對于在發(fā)動機維修或者裝配過程中用了什么東西，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)容應包含以下信息：發(fā)動機物料信息、貫改執(zhí)行情況、技術文件及所使用工藝、質(zhì)量表單（包括檢驗表、故檢表、轉(zhuǎn)工單）、超差、技術通知、故檢歸零。

（1）物料信息管理。接收工藝員在接收發(fā)動機時填寫發(fā)動機的基本信息。分解員在分解階段填寫部件的信息。故檢員在故檢時需要確認零件狀態(tài)在生成條碼的同時將零件信息錄入，零件的狀態(tài)包括用、拋修、報廢、修、辦單。用、拋修的零件入庫；修的零件兩種處理途徑：一種辦理轉(zhuǎn)工單至機加線修理；一種是辦理轉(zhuǎn)工單至外廠修理；報廢的零件需要通過ERP等流程申請新件。集件員在收集零件時填寫報廢件的替換件信息，成附件信息及消耗件（必換件、易損件）信息。在集件期間，當轉(zhuǎn)工件、報廢件不能及時到位時會進行換件。在此期間，將成附件、報廢件、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。貫改信息作為整個大修過程中最為關注的技術狀態(tài)信息之一，系統(tǒng)將通過以下方式對其進行管理。

·機型貫改信息的生成。系統(tǒng)將建立機型貫改信息庫，由實施人員在進行機型實施的過程中，錄入所有該機型中需要執(zhí)行的貫改。包括貫改編號、名稱、貫改文件、備注信息、貫改對應的物料編號及備注等。

·發(fā)動機貫改信息的生成。工藝員接收發(fā)動機后，填寫接收文檔，同時將該發(fā)動機對應機型所可能執(zhí)行的所有貫改信息展示出來，由工藝員根據(jù)外場履歷本依次去掉所有已經(jīng)執(zhí)行過的貫改信息，由此確定所有需要在大修發(fā)動機上執(zhí)行的貫改。

·貫改的執(zhí)行。當操作員執(zhí)行一項貫改時，操作員調(diào)出貫改確認界面，選擇所執(zhí)行的貫改信息，并打卡確認（對于需要檢驗員確認的貫改，將加入檢驗員打卡操作），系統(tǒng)將自動記錄貫改的執(zhí)行者、執(zhí)行時間、檢驗者。

·貫改的檢查。系統(tǒng)提供一個統(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，由管理人員隨時查閱。

（3）質(zhì)量表單管理。系統(tǒng)隨著整個維修發(fā)動機各個生產(chǎn)任務的逐步展開，記錄了發(fā)動機的各項質(zhì)量表單，并對于有需要的重要表單進行結構化存儲，如圖5所示。

3.2 條碼管理

條碼技術（Barcode Technology）是在計算機的應用實踐中產(chǎn)生和發(fā)展起來的一種自動識別技術。它是為實現(xiàn)對信息的自動掃描而設計的，是一種實現(xiàn)快速、準確而可靠的采集數(shù)據(jù)的有效手段。條碼技術的應用解決了數(shù)據(jù)錄入和數(shù)據(jù)采集的瓶頸問題，為現(xiàn)代物流及供應鏈管理提供了有效的技術支持。

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

整個條碼在系統(tǒng)中的管理包含以下幾個方面：條碼的編碼、條碼的生成、條碼信息的管理等，為此我們設計了相應的物料條碼應用方案，對其約定如下：

·一個條碼只對應一類物料，對于相關重件進行單件管理；對于小件可一次管理多件。

·使用物料號作為系統(tǒng)中物料所對應的唯一標識。

·系統(tǒng)中存儲的數(shù)據(jù)應支持根據(jù)條碼在系統(tǒng)中查詢出條碼所對應物料的物料名稱、物料圖號、批次號或單件號、所屬發(fā)動機、所屬部件。

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

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

·故檢過程中，標注為“廢”的物料在用于替換廢件的新件入庫時進行條碼的生成操作。

·倉庫批量采購的新件，在進入車間入庫時，進行條碼的生成操作。

·對于轉(zhuǎn)工完成，需要入庫的物料，如果條碼在轉(zhuǎn)工過程中已經(jīng)損毀，則在入庫時補打條碼。

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：成品檢驗驗收、固定項目提交、技術文件控制、質(zhì)量問題處理與跟蹤等。數(shù)字化軍檢通過對修理過程中的關鍵節(jié)點控制，實現(xiàn)了對發(fā)動機修理全過程的數(shù)字化質(zhì)量監(jiān)督。

成品驗收流程如圖6所示。首先，由總裝檢驗員向軍代表提交成品檢驗。系統(tǒng)暫停，等待軍代表處理。軍代表進行電子履歷本的審查，并檢查發(fā)動機的外觀質(zhì)量，當這兩項都合格以后，通過總裝軍檢；否則，軍代表將處理意見反饋給總裝檢驗員，等待總裝檢驗員再次處理。

圖6 成品驗收流程Fig.6 Approval process of finished product

軍代表在系統(tǒng)中完成總裝軍檢任務的步驟如下：

（1）進入首頁后，看“我的任務”中是否有“為發(fā)動機審查檢驗試車”項，若有，則點擊進入“檢驗試車審批”。

（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）當前述工作完成以后，軍代表在“檢驗試車審批”頁面中選擇“同意”，就可以完成對檢驗試車的審批，同時系統(tǒng)自動在軍檢首頁中生成一項新的任務“為發(fā)動機判斷是否滿足質(zhì)量要求”。

（5）軍代表在現(xiàn)場完成對發(fā)動機實物質(zhì)量的檢查。

（6）實物質(zhì)量合格以后，軍代表進入系統(tǒng)，選擇“為發(fā)動機判斷是否滿足質(zhì)量要求”的任務，對發(fā)動機質(zhì)量給予確認。這一步工作完成以后，整機在裝配車間的任務才全部完成，發(fā)動機可以進入下一步試車工序。

4 應用示例

針對維修業(yè)務流程的實際需求，借助信息化技術開發(fā)出了ADEMS。該系統(tǒng)是在航空發(fā)動機維修業(yè)務流程模型研究的基礎上結合工作流、結構化表單等技術，實現(xiàn)對維修業(yè)務的過程管理控制和電子履歷的生成，已在某航空發(fā)動機維修企業(yè)進行了應用。系統(tǒng)運行界面示例如圖7所示。

圖7 系統(tǒng)運行界面應用示例Fig.7 Application example of system operation interface

5 結束語

航空發(fā)動機的維護維修工作是全壽命周期過程中至關重要的環(huán)節(jié)，如何提高發(fā)動機維修質(zhì)量和效率、降低維修過程出錯率、縮短維修周期成為當前必須解決的重大瓶頸問題。

為解決上述問題，滿足未來發(fā)動機維護工作的需求，在航空發(fā)動機維修企業(yè)建立一套完善的信息化系統(tǒng)，形成發(fā)動機排故、維修、大修流程管理和數(shù)據(jù)集成的數(shù)字化新模式，能夠為航空發(fā)動機高效優(yōu)質(zhì)維修工作打下良好基礎。

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