■ 李欣/中國(guó)南方航空股份有限公司工程技術(shù)分公司（機(jī)務(wù)工程部）

0 引言

國(guó)家“十四五”規(guī)劃和2035 年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要將數(shù)字化轉(zhuǎn)型提高到了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高度。民航局提出智慧民航建設(shè)，以新一代信息技術(shù)為引領(lǐng)，對(duì)民航運(yùn)行管理全流程進(jìn)行數(shù)字化智能化發(fā)展。中南地區(qū)管理局同樣成立了民航維修新技術(shù)應(yīng)用研究項(xiàng)目組，南航作為核心成員單位參與其中，旨在充分利用現(xiàn)有科技發(fā)展成果，研究推動(dòng)新技術(shù)在民航維修業(yè)的應(yīng)用。

基于上述要求，南航編制了數(shù)字化三年滾動(dòng)規(guī)劃，打造以精細(xì)化構(gòu)型管理為支撐的數(shù)字化維修工程管理平臺(tái)。通過研究和探索，南航選擇以增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）作為數(shù)字化的“慧眼”，實(shí)現(xiàn)構(gòu)型數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集與更新，同時(shí)達(dá)到增強(qiáng)維修品質(zhì)，降低安全風(fēng)險(xiǎn)與維修成本的目的。

1 機(jī)務(wù)維修與AR 技術(shù)融合性發(fā)展分析

AR 技術(shù)是近年來熱門的新型技術(shù)手段，它可以將虛擬內(nèi)容與現(xiàn)實(shí)世界相疊加，達(dá)到超越現(xiàn)實(shí)的感官體驗(yàn)與應(yīng)用效果。如何將AR 技術(shù)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，融合進(jìn)傳統(tǒng)的機(jī)務(wù)維修場(chǎng)景，并與其高度契合是本節(jié)需要闡述的問題。

1.1 傳統(tǒng)機(jī)務(wù)維修局限性簡(jiǎn)述

南航豐富的機(jī)型和廣布的站點(diǎn)，給公司帶來了很多的地緣優(yōu)勢(shì)和技術(shù)儲(chǔ)備，但也同時(shí)帶來巨大的挑戰(zhàn)，安全保障要求高、維修對(duì)象復(fù)雜度高、資源調(diào)度難度大、人員技能要求高等問題一直伴隨著機(jī)務(wù)維修工作。具體到機(jī)務(wù)維修的某些場(chǎng)景中，會(huì)存在如下典型問題：

1） 工卡執(zhí)行方面，很難做到完全的“看一步，做一步，簽一步”，存在工作中斷的風(fēng)險(xiǎn)，且發(fā)生過因人為因素方面的錯(cuò)、忘、漏現(xiàn)象，給飛機(jī)帶來了安全隱患。

2） 飛機(jī)排故方面，經(jīng)驗(yàn)不足或技能欠佳的工作者時(shí)有發(fā)生排故質(zhì)量不高的現(xiàn)象，在增加維修成本的同時(shí)還有可能造成飛機(jī)延誤，給公司帶來極大的損失。

3） 航空器損傷檢測(cè)方面，此項(xiàng)工作對(duì)人員和儀器設(shè)備要求較高，如何采用更加有效的技術(shù)手段確保精準(zhǔn)探測(cè)航空器損傷是需要解決的難題。

4） 人員培訓(xùn)方面，通過培訓(xùn)可提高員工技能水平，激發(fā)員工的工作熱情，從而增強(qiáng)飛機(jī)的維修品質(zhì)。如何采用更加高效合理的培訓(xùn)手段是機(jī)務(wù)培訓(xùn)部門需要持續(xù)考慮的問題。

南航一直在創(chuàng)新性采用更先進(jìn)的管理理念與技術(shù)手段來解決上述問題，其中對(duì)于AR 技術(shù)的應(yīng)用則有顯而易見的改善效果。

1.2 人+AR 新模式探索

人+AR 的模式是維修業(yè)發(fā)展史上一個(gè)革命性的變革。AR 的引入打通了人與機(jī)器連接的最后一米，結(jié)合多種主體數(shù)字化后，將會(huì)實(shí)現(xiàn)針對(duì)不同場(chǎng)景下多個(gè)數(shù)字化主體協(xié)同合作，實(shí)現(xiàn)基于全新人機(jī)交互的維修方式變革。隨著智能維修的不斷發(fā)展，維修現(xiàn)場(chǎng)將由以人為主的“單兵作戰(zhàn)”，慢慢向以“人+AR眼鏡”為主轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)完全的數(shù)據(jù)互聯(lián)互通，以及“輕裝備，重場(chǎng)域” 的數(shù)字化智能維修方式。

“駱都督膽子其實(shí)不大，但是他也不蠢，今日司禮監(jiān)為閣老出面，是犯了錦衣衛(wèi)的大忌——錦衣衛(wèi)絕不會(huì)放任內(nèi)閣與司禮監(jiān)聯(lián)手的?！狈綇脑瓶嘈σ宦?，“而且錦衣衛(wèi)監(jiān)視朝臣這種事……也算是駕輕就熟了，我敢保證，他們派出的監(jiān)視人手，絕對(duì)讓你抓不到任何把柄！所以閣老，千萬要暫且忍耐，不能輕舉妄動(dòng)！”

2 AR 技術(shù)環(huán)境設(shè)備搭建研究

如何能將AR 技術(shù)的優(yōu)勢(shì)最大化地賦能傳統(tǒng)維修方式，直接的“拿來主義”并不可取，南航對(duì)此做了一系列充分的準(zhǔn)備，研究出適合南航的環(huán)境需求及設(shè)備規(guī)范，并采取針對(duì)性方案措施。

2.1 5G 環(huán)境搭建

AR 眼鏡系統(tǒng)能否順暢運(yùn)行，高速率低時(shí)延的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境搭建是重中之重的基礎(chǔ)工作。今年南航與中國(guó)電信在廣州正式簽約“智慧機(jī)務(wù)”5G 專網(wǎng)，標(biāo)志著全國(guó)首個(gè)民航維修領(lǐng)域5G 專網(wǎng)正式啟動(dòng)。中國(guó)電信充分發(fā)揮“云-網(wǎng)-安”高度融合的數(shù)字化能力優(yōu)勢(shì)，為南航提供了一張廣域接入、云邊協(xié)同、安全可信的全國(guó)5G 定制專網(wǎng)，并且部署了1 萬多臺(tái)終端設(shè)備，將5G 網(wǎng)絡(luò)信號(hào)全面覆蓋南航22 家維修單位。

2.2 硬件標(biāo)準(zhǔn)

AR 眼鏡系統(tǒng)最核心的就是顯示及相關(guān)技術(shù)，包括透過率、透視偏差、亮度對(duì)比度、分辨率顯示角度等需要滿足工作者對(duì)于現(xiàn)有工作場(chǎng)景的需求；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范方面，安全性、舒適性和擴(kuò)展性都是需要考慮的指標(biāo)；高擴(kuò)展性，可以快速連接如測(cè)距模組、雷達(dá)模組、測(cè)溫模組、便攜探頭等多種設(shè)備，適應(yīng)不同的維修檢查環(huán)境；電源要求對(duì)AR 眼鏡同樣非常重要，通過優(yōu)化芯片、顯示等提升續(xù)航能力，確?？梢宰銐蛲瓿梢欢ǖ淖鳂I(yè)量；嘈雜的航空維修現(xiàn)場(chǎng)需要設(shè)備有噪聲抑制和后聲音還原能力；頭戴式攝像頭必須要解決防抖、防眩暈的問題，降低暈動(dòng)癥等。

2.3 軟件標(biāo)準(zhǔn)

軟件是AR 眼鏡系統(tǒng)的核心價(jià)值點(diǎn)。如果沒有精準(zhǔn)的圖像識(shí)別和人工智能（AI）算法，就不能給工作者提供精準(zhǔn)有效的輔助信息，眼鏡的價(jià)值就大打折扣。

圖像識(shí)別一般需要包括圖像采集、圖像處理、特征提取和圖像識(shí)別。首先采用AR 眼鏡對(duì)圖像進(jìn)行采集，然后通過圖像增強(qiáng)、降噪、圖像分割、邊緣檢測(cè)等手段處理圖像識(shí)別過程中的關(guān)鍵步驟，然后將關(guān)鍵的信息利用計(jì)算機(jī)圖像信息進(jìn)行特征提取，最后針對(duì)飛機(jī)上的每個(gè)維修項(xiàng)目建立開發(fā)識(shí)別模型，形成一套完整的飛機(jī)維修智能圖像識(shí)別算法。

圖像識(shí)別之后，就需要通過后臺(tái)的AI 算法進(jìn)行分析，自動(dòng)給出輔助建議提示。構(gòu)建AI 算法的核心則是構(gòu)建面向飛機(jī)維修的知識(shí)圖譜。首先要進(jìn)行知識(shí)庫的構(gòu)建，通過樣本數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)建立關(guān)系抽取模型；然后進(jìn)行知識(shí)庫的存儲(chǔ)，抽取和存儲(chǔ)各故障信息及關(guān)系，逐步構(gòu)建飛機(jī)維修知識(shí)圖譜，并通過可視化方式展示；最后利用構(gòu)建的故障維修智能化平臺(tái)進(jìn)行維修信息智能查詢和知識(shí)問答，根據(jù)查詢到的信息輔助故障原因分析和維修決策，與AR 眼鏡相結(jié)合，直接為AR 眼鏡提供決策信息支持。

3 基于AR 的工作新方式

完成了AR 技術(shù)環(huán)境設(shè)備搭建的準(zhǔn)備工作后，就可以使用AR 眼鏡改善機(jī)務(wù)維修四個(gè)方面的典型問題。

3.1 AR 工卡

執(zhí)行AR 工卡的步驟大致如下，首先從結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)中獲取工卡信息，按照需要下載執(zhí)行的工卡，在智能眼鏡和手持終端上顯示并引導(dǎo)完成相關(guān)任務(wù)，然后針對(duì)關(guān)鍵流程（滑油口蓋等）進(jìn)行AI識(shí)別，最后作業(yè)執(zhí)行完成后進(jìn)行電子簽名確認(rèn)，將作業(yè)全程產(chǎn)生的資料上傳到系統(tǒng)。在工卡下載和執(zhí)行時(shí)，以消息形式通知到平臺(tái)或相關(guān)人員，對(duì)執(zhí)行過程中的視頻添加水印，例如時(shí)間、航班號(hào)、執(zhí)行人等，將工卡執(zhí)行情況、視頻等形成一份簡(jiǎn)單報(bào)告。重點(diǎn)流程示意圖如圖1 所示。

圖1 AR 工卡執(zhí)行示意圖

使用AR 工卡還具備如下亮點(diǎn)特色，例如工作程序中的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)梳理嵌入到了AR 眼鏡的使用中，實(shí)現(xiàn)工作中的即時(shí)提醒。通過建立模型算法，還能夠?qū)χ匾踩?jié)點(diǎn)的場(chǎng)景進(jìn)行AI 識(shí)別訓(xùn)練，輔助人的檢查，將安全關(guān)口前移。當(dāng)狀態(tài)異常時(shí)會(huì)發(fā)出提醒，并拒絕后續(xù)步驟的繼續(xù)執(zhí)行。例如識(shí)別飛機(jī)滑油口蓋狀態(tài)，當(dāng)滑油口蓋未正確蓋好時(shí)發(fā)出提醒，經(jīng)過南航多次測(cè)試驗(yàn)證，目前識(shí)別率可以達(dá)到98%以上，AI 識(shí)別過程達(dá)到毫秒級(jí)。工作者還可以自行對(duì)施工中的疑似點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記，所有的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)和疑似點(diǎn)都會(huì)被記錄并列入復(fù)查清單，確保維修安全。施工中的文字、圖片或視頻多種信息流也會(huì)被實(shí)時(shí)記錄，提供更加豐富的維修記錄形式，或生成多維綜合性施工報(bào)告。

現(xiàn)如今，南航的AR 工卡項(xiàng)目已經(jīng)在南航河南維修廠完成了三百余次的使用，完全滿足正常的航線業(yè)務(wù)需求。

3.2 AR 排故

AR 排故，可分為個(gè)人排故與后臺(tái)支援兩部分。個(gè)人排故是利用AR 眼鏡識(shí)別飛機(jī)故障信息，后臺(tái)同步調(diào)用知識(shí)庫，推送排故指導(dǎo)方案，輔助工作者進(jìn)行高質(zhì)量的排故。后臺(tái)支援則是建立機(jī)務(wù)AR 遠(yuǎn)程協(xié)助平臺(tái)，通過AR 眼鏡把現(xiàn)場(chǎng)人員的視覺傳達(dá)給遠(yuǎn)程專家，同時(shí)把遠(yuǎn)程專家的專業(yè)知識(shí)帶到現(xiàn)場(chǎng)，讓遠(yuǎn)在千里之外的專業(yè)指導(dǎo)近在眼前，很好地解決了企業(yè)需求痛點(diǎn)。

現(xiàn)在南航AR 遠(yuǎn)程協(xié)助平臺(tái)已經(jīng)與商飛進(jìn)行了密切的合作，這是南航AR技術(shù)平臺(tái)初次嘗試開放接口與飛機(jī)制造廠商合作，將系統(tǒng)嵌入商飛全科急診室遠(yuǎn)程會(huì)診系統(tǒng)。借助AR 眼鏡實(shí)現(xiàn)ARJ21 飛機(jī)廠家以第一視角介入排故工作，以三方實(shí)時(shí)協(xié)作的方式大大降低了溝通的時(shí)間，縮短了飛機(jī)停場(chǎng)時(shí)間。與商飛合作服務(wù)平臺(tái)示意圖如圖2 所示。

圖2 南航與商飛合作服務(wù)平臺(tái)工作流程示意圖

3.3 AR 航空器損傷檢測(cè)

通過AR 眼鏡系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)飛機(jī)表面缺陷的檢測(cè)，并將缺陷的位置進(jìn)行標(biāo)記；將缺陷結(jié)果上傳到數(shù)據(jù)中心，并按缺陷類別存儲(chǔ)，按需推送至AR 終端，飛機(jī)檢修人員根據(jù)缺陷數(shù)據(jù)進(jìn)行缺陷處理。

在飛機(jī)機(jī)庫四周分為上下兩層，布局若干圖像采集單元。每個(gè)圖像采集單元由攝像機(jī)和二維旋轉(zhuǎn)臺(tái)構(gòu)成，二維旋轉(zhuǎn)臺(tái)可以改變攝像機(jī)圖片拍攝的方位角和俯仰角，同時(shí)利用攝像機(jī)的電動(dòng)變焦鏡頭，獲取一個(gè)區(qū)域內(nèi)的飛機(jī)表面圖片，通過方位、俯仰角度和鏡頭變焦參數(shù)，以及事先標(biāo)定得到的采集單元，確定圖片拍攝空間參數(shù)。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)通過5G 網(wǎng)絡(luò)獲取測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量數(shù)據(jù)，利用圖像處理方法，對(duì)飛機(jī)表面圖片進(jìn)行處理，對(duì)飛機(jī)表面缺陷特征，如劃傷、刻痕、凹坑、腐蝕等進(jìn)行提取、定位和判別，實(shí)現(xiàn)圖片中缺陷結(jié)果輸出。結(jié)合圖像拍攝的圖像采集單元序號(hào)以及拍攝空間參數(shù)，在飛機(jī)機(jī)身上完成缺陷特征定位。最后通過5G 網(wǎng)絡(luò)回傳判斷結(jié)果至AR 終端，對(duì)飛機(jī)表面缺陷的異常結(jié)果進(jìn)行人工核查。

3.4 AR 培訓(xùn)

談起輔助培訓(xùn)的高科技手段，第一印象首先會(huì)想到VR（虛擬現(xiàn)實(shí)）技術(shù)。機(jī)務(wù)工程師利用該技術(shù)，逼真模擬飛機(jī)維修的現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景，從而進(jìn)行繞機(jī)檢查、部件位置識(shí)別、航線例行工作和發(fā)動(dòng)機(jī)維修等相關(guān)工作的交互性培訓(xùn)。實(shí)際上，使用AR 技術(shù)對(duì)提升一線人員教學(xué)品質(zhì)同樣非常明顯，AR 技術(shù)重點(diǎn)可用于進(jìn)行飛機(jī)機(jī)型的實(shí)操培訓(xùn)中。一般機(jī)型的實(shí)操項(xiàng)目會(huì)包含部件位置識(shí)別、功能測(cè)試/操作測(cè)試、拆卸/安裝、模擬排故等，工作者接近真實(shí)飛機(jī)進(jìn)行實(shí)操培訓(xùn)時(shí)，AR 眼鏡可以識(shí)別含實(shí)操內(nèi)容要求的飛機(jī)關(guān)鍵位置，并給出實(shí)操要點(diǎn)和注意事項(xiàng)，使工作者在進(jìn)行實(shí)操時(shí)思路更清晰，步驟更標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)操質(zhì)量更加有保證。

4 結(jié)束語

基于AR 系統(tǒng)的工作方式對(duì)航空維修領(lǐng)域帶來的提升非常明顯，不僅可以顯著降低飛機(jī)維修成本、提高飛機(jī)維修的質(zhì)量、效率和航空安全水平，而且實(shí)時(shí)客觀的數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)還可作為航空公司的寶貴數(shù)據(jù)資源，用于精準(zhǔn)化飛機(jī)構(gòu)型管理、例行飛機(jī)維護(hù)與排故等多個(gè)方面。南航機(jī)務(wù)一直不斷致力于打造基于AR 技術(shù)的維修新模式，并與中國(guó)電信、中國(guó)商飛、亮亮視野科技有限公司、清華大學(xué)等眾多合作伙伴一起持續(xù)進(jìn)行相關(guān)技術(shù)的探索研究與驗(yàn)證升級(jí)。因此筆者相信，在未來的民航機(jī)務(wù)維修領(lǐng)域的各項(xiàng)工作中，AR 技術(shù)將會(huì)以更廣闊的專業(yè)崗位覆蓋、更全面的維護(hù)應(yīng)用、更深入的維護(hù)體驗(yàn)得以呈現(xiàn)，給每位航空維修機(jī)務(wù)人員帶來不一樣的絕妙體驗(yàn)。