詹紹正，寧 寧，王 丹，楊鵬飛，黃華斌

(中國飛機強度研究所，西安 710065)

民用飛機在服役過程中不可避免地會發(fā)生各種結(jié)構(gòu)損傷，這些損傷數(shù)據(jù)是支持修理決策和修理方案制定的重要依據(jù)。飛機制造商會根據(jù)損傷數(shù)據(jù)進行評估和制定修理方案，在獲得適航批準后，飛機發(fā)往航空公司進行修理。這一過程需要用到很多的支持信息，如不同損傷類型對應(yīng)的損傷參數(shù)、不同修理類型對應(yīng)的修理參數(shù)等[1-3]。飛機實際發(fā)生的每一條損傷信息同時又包含著飛機信息、損傷位置、損傷類型、損傷尺寸、損傷發(fā)現(xiàn)時間、損傷原因、檢測方法等多源背景數(shù)據(jù)，如果不能規(guī)范、完整、準確地記錄這些信息，將直接影響結(jié)構(gòu)損傷評估和修理決策的效率及準確性[4]。

通過長期對一架飛機或一個機隊在運營中出現(xiàn)的損傷及維護數(shù)據(jù)的跟蹤和監(jiān)測，可以隨時掌握飛機的修理履歷，監(jiān)控飛機的健康狀態(tài)，為合理調(diào)整檢查間隔或檢查級別提供支持。此外，飛機結(jié)構(gòu)損傷出現(xiàn)的部位、時機和頻次也是飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計是否合理的直接反映，通過對大量結(jié)構(gòu)損傷信息的統(tǒng)計分析，設(shè)計人員可持續(xù)對飛機結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計進行改進。

傳統(tǒng)的紙質(zhì)化損傷記錄方式雖然在現(xiàn)場使用方便，但也存在記錄不統(tǒng)一、共享性差、統(tǒng)計分析不方便、大數(shù)據(jù)量管理困難等缺點。數(shù)字化管理系統(tǒng)可實現(xiàn)對檢測結(jié)果的數(shù)字化管理，是國外飛機維護機構(gòu)普遍采用的技術(shù)。這些電子化管理系統(tǒng)可以實現(xiàn)對受損結(jié)構(gòu)信息、檢測工藝信息、檢測時間、檢測結(jié)果、損傷圖像及信號特征等的規(guī)范化記錄和管理；同時，系統(tǒng)的統(tǒng)計分析功能便于維修人員和飛機設(shè)計人員直觀、快速地掌握飛機受損結(jié)構(gòu)部位和損傷狀態(tài)，使其第一時間作出響應(yīng)，保障民用飛機的持續(xù)適航性。

在飛機結(jié)構(gòu)的長期檢測過程中，企業(yè)內(nèi)部往往形成了特別多的以工具手冊、標準規(guī)范、工藝文件等文檔形式存在的無損檢測基礎(chǔ)資料，這些資料包含了很多檢測任務(wù)信息和檢測過程數(shù)據(jù)。

在飛機強度試驗過程中，民航系統(tǒng)尚未建立針對飛機結(jié)構(gòu)無損檢測信息的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，給試驗過程中的數(shù)據(jù)管理和結(jié)構(gòu)維護決策帶來不便。隨著型號研制周期和試驗效率的加快，需要構(gòu)建一個數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，以實現(xiàn)對民用飛機強度試驗中無損檢測信息的管理。筆者從無損檢測基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的功能需求、架構(gòu)設(shè)計、損傷數(shù)據(jù)源和編號規(guī)則、系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境、系統(tǒng)功能及應(yīng)用效果展示等方面詳細介紹了民用飛機結(jié)構(gòu)無損檢測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)過程。

1 系統(tǒng)需求和分析

民用飛機結(jié)構(gòu)強度試驗和服役過程中涉及到的無損檢測數(shù)據(jù)主要有飛機結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的損傷信息以及損傷檢測的無損檢測知識信息兩類。結(jié)構(gòu)損傷信息具體包括損傷類型、損傷位置、損傷尺寸、損傷圖譜等信息；無損檢測信息包括檢測大綱、檢測標準、檢測程序、檢測工藝卡等。

目前，對多源異類數(shù)據(jù)普遍采用數(shù)據(jù)庫進行管理。數(shù)據(jù)庫是數(shù)據(jù)管理的基礎(chǔ)，具有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化、減少數(shù)據(jù)存儲冗余、較高的數(shù)據(jù)獨立性、易于擴充、便于共享等優(yōu)點[5-10]。結(jié)合結(jié)構(gòu)損傷數(shù)據(jù)和無損檢測數(shù)據(jù)的自身特點，兩種數(shù)據(jù)信息采用獨立的數(shù)據(jù)庫進行管理，即設(shè)計的無損檢測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中至少包含結(jié)構(gòu)損傷數(shù)據(jù)庫和無損檢測知識數(shù)據(jù)庫兩個數(shù)據(jù)庫。

1.1 數(shù)據(jù)庫功能分析

綜合考慮結(jié)構(gòu)損傷數(shù)據(jù)類型和日常的使用需求，結(jié)構(gòu)損傷數(shù)據(jù)庫應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)損傷數(shù)據(jù)的錄入、審批控制、損傷數(shù)據(jù)管理、損傷查詢和統(tǒng)計、損傷展示、損傷超閾值報警、損傷報告生成、損傷批量輸出等功能。

無損檢測知識數(shù)據(jù)庫應(yīng)能實現(xiàn)多種格式無損檢測工藝信息數(shù)據(jù)的輸入、審批控制、管理以及檢索查詢等功能，并能將查詢的結(jié)果進行顯示、打印、下載保存等。

系統(tǒng)需具有用戶控制權(quán)限和定期自動備份功能，以及提供第三方軟件調(diào)用數(shù)據(jù)的接口。

1.2 系統(tǒng)綜合性能分析

為便于異地數(shù)據(jù)的傳遞和共享，系統(tǒng)需在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下運行，運行用戶數(shù)量不少于20。系統(tǒng)應(yīng)操作簡便，可維護性高。系統(tǒng)支持32位、64位的Win7或更高版本的操作系統(tǒng),支持IE9或者IE11以上的瀏覽器。

2 系統(tǒng)設(shè)計及開發(fā)環(huán)境

2.1 系統(tǒng)總體框架設(shè)計

系統(tǒng)總體架構(gòu)上設(shè)計為數(shù)據(jù)建模模塊、系統(tǒng)管理模塊、結(jié)構(gòu)損傷數(shù)據(jù)管理模塊和無損檢測知識數(shù)據(jù)管理模塊，系統(tǒng)功能設(shè)計框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)功能設(shè)計框圖

數(shù)據(jù)建模模塊負責系統(tǒng)運行所需模型字典的管理，包括機型、結(jié)構(gòu)部位、檢測方法、損傷類型等數(shù)據(jù)庫中所需模型字典的創(chuàng)建及修改，并將這些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)按層級關(guān)系或飛機的組成建立關(guān)聯(lián)，完成系統(tǒng)運行所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的建立。系統(tǒng)管理模塊用來實現(xiàn)對用戶的控制、用戶角色和權(quán)限的管理、菜單管理以及數(shù)據(jù)庫的備份管理。結(jié)構(gòu)損傷數(shù)據(jù)管理模塊實現(xiàn)結(jié)構(gòu)損傷數(shù)據(jù)庫的功能。無損檢測知識數(shù)據(jù)管理模塊實現(xiàn)無損檢測知識數(shù)據(jù)庫的功能。

系統(tǒng)采用門戶網(wǎng)絡(luò)集成方案設(shè)計將瀏覽器和服務(wù)器結(jié)構(gòu)模部署在服務(wù)器上，通過服務(wù)器發(fā)布網(wǎng)絡(luò)地址進行系統(tǒng)啟動，圖2為無損檢測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計圖。

圖2 無損檢測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計圖

2.2 損傷記錄數(shù)據(jù)源及編號規(guī)則設(shè)計

飛機結(jié)構(gòu)的每一處損傷都包含著多種信息，為了全面、準確地反映每一損傷信息包含的背景數(shù)據(jù)，采用包含飛機機型信息、受損結(jié)構(gòu)部位、損傷編號、損傷位置、損傷原因、損傷性質(zhì)、損傷部位的結(jié)構(gòu)類型、材料牌號、損傷尺寸、損傷圖譜、損傷發(fā)現(xiàn)時機、損傷發(fā)現(xiàn)方法、損傷處理方式等多源信息的結(jié)構(gòu)損傷數(shù)據(jù)源記錄模型。

數(shù)據(jù)源記錄模型中，損傷部位按照ATA ispec 2200(航空維修資料標準)約定的飛機結(jié)構(gòu)部位進行定義，損傷位置詳細描述損傷中心對應(yīng)的準確位置。損傷原因包括疲勞損傷、環(huán)境損傷和偶然損傷3類。損傷性質(zhì)反映損傷類型，具體包括腐蝕、裂紋、斷釘、雷擊、分層、脫膠、沖擊、積水等。損傷部位的結(jié)構(gòu)類型和材料信息反映受損結(jié)構(gòu)部位的結(jié)構(gòu)形式和材料牌號。損傷尺寸包括損傷面積、長度、深度等信息。損傷圖譜反映損傷特征的圖片信息，如損傷形貌照片、超聲或渦流信號特征圖片、射線影像圖片、磁粉和滲透的痕跡顯示圖片等。損傷發(fā)現(xiàn)時機反映損傷被發(fā)現(xiàn)的時間、飛行小時數(shù)或起落次數(shù)。損傷發(fā)現(xiàn)方法反映發(fā)現(xiàn)損傷所采用的檢測方法，包括目視檢測、超聲檢測、射線檢測等多種無損檢測方法。損傷處理方式反映后續(xù)針對損傷的處理方法，如更換、螺接修理、挖補修理、貼補修理等。

損傷編號是每一損傷信息的唯一識別碼，用來快速對損傷進行檢索,并能夠直觀反映損傷的背景信息。為了方便后續(xù)結(jié)構(gòu)損傷的識別、統(tǒng)計和分析，損傷編碼采用“型號代號-損傷部位章號-損傷部位節(jié)號-損傷性質(zhì)代碼-損傷序號”組合的損傷編號規(guī)則。損傷部位章號和損傷部位節(jié)號采用ATA ispec 2200規(guī)定的飛機結(jié)構(gòu)部位定義方式，將飛機結(jié)構(gòu)劃分為艙門、機身、短艙和吊架、尾翼、窗、機翼6大結(jié)構(gòu)模塊，損傷部位節(jié)號為依據(jù)ATA ispec 2200定義的飛機6大結(jié)構(gòu)模塊對應(yīng)的次級部位編號，采用兩位數(shù)字標識。民用飛機結(jié)構(gòu)損傷編號規(guī)則設(shè)計方法如圖3所示。

圖3 民用飛機結(jié)構(gòu)損傷編號規(guī)則設(shè)計方法

2.3 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境

系統(tǒng)基于SQL Server 2008數(shù)據(jù)庫環(huán)境，采用JAVA JDR1.8編程語言和Eclipse Mars開發(fā)工具開發(fā)。

系統(tǒng)客戶端采用IE 9及以上版本瀏覽器，最佳顯示分辨率為1 920像素×1 080像素，在其他分辨率下進行自適應(yīng)顯示。

系統(tǒng)服務(wù)器端支持Windows server 2008及以上版本環(huán)境，WEB服務(wù)器采用Tomcat7，服務(wù)器為雙CPU，內(nèi)存不低于16 G，硬盤容量不小于1 T。

3 系統(tǒng)功能及效果展示

開發(fā)的民用飛機結(jié)構(gòu)無損檢測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)啟動界面采用用戶登錄控制，系統(tǒng)登錄界面和主界面如圖4所示。用戶既可以通過企業(yè)門戶網(wǎng)站實現(xiàn)單點登錄，也可以輸入注冊的用戶名和密碼進行登錄。登錄后系統(tǒng)具體包括結(jié)構(gòu)損傷數(shù)據(jù)管理、無損檢測知識數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)建模和系統(tǒng)管理等4個主要單元模塊。

圖4 系統(tǒng)登錄界面和主界面

3.1 數(shù)據(jù)建模

數(shù)據(jù)建模模塊包含機型添加、結(jié)構(gòu)部位添加、機型與結(jié)構(gòu)部位管理、模型字典添加、模型字典管理等功能，可用來實現(xiàn)對損傷數(shù)據(jù)庫所需的機型創(chuàng)建、結(jié)構(gòu)部位的定義和管理、損傷類型以及檢測方法等一些公用信息的定義和管理。機型模型和結(jié)構(gòu)部位創(chuàng)建功能界面如圖5所示。

圖5 機型模型和結(jié)構(gòu)部位創(chuàng)建功能界面

3.2 系統(tǒng)管理

系統(tǒng)管理模塊包含用戶管理、角色管理、菜單管理、數(shù)據(jù)庫備份、報警管理以及損傷顯示顏色的管理等功能，可實現(xiàn)用戶的添加、用戶角色權(quán)限的設(shè)定、系統(tǒng)菜單管理、損傷報警閾值管理以及損傷標識管理等功能。通過用戶添加和用戶角色管理可以創(chuàng)建新的用戶并賦予相應(yīng)的系統(tǒng)權(quán)限。數(shù)據(jù)庫備份能夠?qū)崿F(xiàn)通過頁面即可在服務(wù)器上進行數(shù)據(jù)備份；通過報警管理能夠?qū)崿F(xiàn)在用戶錄入損傷數(shù)據(jù)時，對尺寸超過設(shè)定閾值的損傷進行報警提示，提醒檢測人員重點關(guān)注或增加檢測頻次。損傷顯示顏色設(shè)置用來定義不同位置的損傷在飛機結(jié)構(gòu)全局顯示中的顏色，方便用戶直觀了解損傷的全局分布。

3.3 結(jié)構(gòu)損傷數(shù)據(jù)管理

結(jié)構(gòu)損傷數(shù)據(jù)管理單元負責結(jié)構(gòu)損傷信息的錄入、管理、統(tǒng)計分析、展示和輸出等功能。在損傷數(shù)據(jù)錄入時，為了確保錄入損傷的準確性，數(shù)據(jù)庫中設(shè)計了審批功能，檢測人員錄入的損傷數(shù)據(jù)只有通過型號主管審批通過后才可錄入數(shù)據(jù)庫中。系統(tǒng)針對數(shù)據(jù)中的每一條損傷數(shù)據(jù)，自動生成一個唯一性的損傷識別二維碼，可在飛機實際結(jié)構(gòu)損傷部位進行噴繪或黏貼，后續(xù)檢測人員通過掃描二維碼與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)鏈接，方便對損傷進行及時跟蹤和擴展監(jiān)測。數(shù)據(jù)庫中的損傷信息能夠由EXCEL表格批量輸出。

系統(tǒng)利用WebService方式向第三方系統(tǒng)提供了損傷數(shù)據(jù)庫訪問接口，可供其他系統(tǒng)訪問損傷數(shù)據(jù)庫并提取損傷信息。

在結(jié)構(gòu)損傷數(shù)據(jù)庫中，通過選定機型、受損結(jié)構(gòu)部位、損傷類型等信息后,系統(tǒng)會根據(jù)損傷編號規(guī)則自動生成損傷編號，避免人工編號帶來的誤差和錯誤。針對每一編號損傷，通過依次錄入損傷位置、損傷特征圖譜、損傷坐標、受損結(jié)構(gòu)形式及材料、損傷尺寸、檢測方法、檢測時間、檢測人員等信息完成對完整損傷數(shù)據(jù)的錄入。

圖6為結(jié)構(gòu)損傷數(shù)據(jù)管理功能界面，該功能可以實現(xiàn)新?lián)p傷數(shù)據(jù)的添加以及對數(shù)據(jù)庫中已有損傷數(shù)據(jù)的編輯、刪除等操作。在損傷統(tǒng)計功能下，用戶對數(shù)據(jù)庫中的損傷數(shù)據(jù)可以按結(jié)構(gòu)部位、損傷類型、結(jié)構(gòu)形式、檢測方法、時間節(jié)點和損傷擴展情況等進行獨立條件或多條件的關(guān)聯(lián)統(tǒng)計分析，獲得不同結(jié)構(gòu)部位、不同損傷形式的發(fā)生數(shù)量和占比。

圖6 結(jié)構(gòu)損傷數(shù)據(jù)管理功能界面

3.4 無損檢測知識數(shù)據(jù)管理

無損檢測知識數(shù)據(jù)管理單元負責實現(xiàn)對無損檢測標準、規(guī)范、工藝文件等檢測知識數(shù)據(jù)的錄入、審批、管理、檢索和輸出等功能。

圖7為結(jié)構(gòu)無損檢測知識數(shù)據(jù)庫管理界面，通過數(shù)據(jù)庫，擁有相應(yīng)權(quán)限的用戶可以創(chuàng)建目錄，將圖片、word、pdf等多種格式的檢測工藝文件錄入數(shù)據(jù)庫，供現(xiàn)場檢測人員查詢和下載，指導(dǎo)現(xiàn)場檢測人員的檢測作業(yè)。同時，現(xiàn)場檢測人員也可把現(xiàn)場的檢測結(jié)果、檢測報告等數(shù)據(jù)錄入平臺，供檢測工藝設(shè)計人員分析和優(yōu)化檢測工藝使用。數(shù)據(jù)庫提供了按文件名稱、文件編號、檢測方法、結(jié)構(gòu)形式等多種條件進行檢索的功能，方便用戶在大量數(shù)據(jù)中及時獲取需要的檢測知識信息。在數(shù)據(jù)錄入時，為了保證錄入數(shù)據(jù)的質(zhì)量，系統(tǒng)設(shè)計了審批控制功能，確保錄入數(shù)據(jù)的準確性。

圖7 結(jié)構(gòu)無損檢測知識數(shù)據(jù)庫管理界面

4 結(jié)語

針對民用飛機無損檢測數(shù)據(jù)電子化管理的迫切需求，設(shè)計并開發(fā)了飛機結(jié)構(gòu)損傷與無損檢測知識數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了對民用飛機結(jié)構(gòu)強度試驗過程中的結(jié)構(gòu)損傷數(shù)據(jù)和無損檢測工藝知識數(shù)據(jù)的規(guī)范化、電子化和網(wǎng)絡(luò)化管理，提高了無損檢測數(shù)據(jù)管理、傳遞和挖掘再利用的便捷性。系統(tǒng)方便了用戶及時獲取飛機結(jié)構(gòu)在強度試驗過程中的易損結(jié)構(gòu)部位、高發(fā)損傷類型、損傷發(fā)生時間及擴展趨勢、損傷檢測方法及工藝方案等信息，可為結(jié)構(gòu)安全評估和修理方案的制定提供完整、準確的無損檢測數(shù)據(jù)資源，并可為飛機結(jié)構(gòu)的優(yōu)化改進和外場服役中的檢測維護提供支持。