基于知识图谱的民用航空飞机维修可视化分析
2021-03-05刘琦
刘琦
摘要： 为清晰地展示中国民用航空飞机维修的研究热点及前沿方向，借助 CiteSpace 软件对相关文献进行可视化分析，以期为后续行业发展及学术研究提供参考与借鉴。以中国知网数据库自建库至2020年12月收录的中国民用航空飞机维修相关文献信息作为数据源，应用信息可视化工具CiteSpace软件对发表年份、期刊、机构、作者、关键词进行分析，并绘制相关知识图谱。 共纳入文献2672篇，本领域年发文量整体呈上升趋势，《航空维修与工程》刊文量最多。核心团队以南京航空航天大学的左洪福团队为代表。此外，引领行业研究发展的发文机构还包括广州民航职业技术学院、上海飞机设计研究院、北京飞机维修工程有限公司等。研究方向主要集中在民用飞机系统建模与故障分析、民航飞机维修风险管理等方面。中国民用航空飞机维修发展正处于上升阶段，通过知识图谱可以充分展现发展脉络，缕清研究热点以及前沿趋势，为我国民航维修发展提供相关参考。
关键词：民用航空飞机维修知识图谱可视化分析
Visualization Analysis of Aircraft Maintenance in Civil Aviation Based on Knowledge Graph
LIU Qi
（Southwest Line Center of Aircraft Maintenance & Engineering Corporation， Chengdu， Sichuan Province， 610200 China）
Abstract：In order to clearly show the research hotspot and frontier of civil aviation aircraft maintenance in China， the relevant literature is visually analyzed with the help of CiteSpace software， for providing the reference for subsequent industry development and academic research. Taking the literature information related to aircraft maintenance of China civil aviation industry collected from the self-built database of CNKI until December 2020 as the data source， the publication year， journals， institutions， authors and keywords were analyzed by using the information visualization tool CiteSpace， and the relevant knowledge map was drawn. A total of 2672 literatures were included in present research. In general， the annual number of documents issued in this field was on the increase recently， especially，
Key Words： Civil aviation， Aircraft maintenance， Knowledge graph， Visualization analysis
近年來中国民航业飞速发展，从新机型ARJ21投入使用，到我国自主研发的大飞机C919试飞成功，均标志着我国由一个民航大国到民航强国的转变。而作为民航安全运行的根本保障，民航飞机维修已受到社会各界的关注[1-2]。民用航空飞机维修主要包括飞机机体结构与附件修理、装配和调试、飞机试飞及其故障诊断和排故、飞机修理技术管理、飞机外场维护等工作内容[3]。为紧跟日新月异的飞机制造技术，提高民航飞机的安全性，保障人民生命及财产安全，飞机维修技术及相关研究也需要不断地提升与发展。由此可见，了解本领域发展趋势、前沿动态、研究热点在行业发展模式、深化改革等方面都具有重要意义[4-5]。
作为文献计量学常用的知识图谱工具，CiteSpace软件可对样本文献进行发表年份、作者、机构、关键词等方面的信息梳理与分析，实现某研究领域的研究趋势或前沿热点的视觉化描述和直观化展示，以揭示该领域的发展状况及未来方向[6]。鉴于此，本文利用文献计量学方法和知识图谱可视化方法对中国民航飞机维修的相关文献进行分析、挖掘，通过运用可视化工具CiteSpace软件对本领域文献的发表年份、期刊、机构、作者、关键词开展研究，图谱化构建出本领域的整体情况，缕清发展历程，揭示其研究热点及发展规律等，以期为中国民航飞机维修的后续研究和长远发展提供有益借鉴与参考。
1 资料与方法
1.1数据收集与筛选
首先，以（SU=“民航” OR SU=“民用航空” OR SU=“民用飞机” OR SU=“客机”）AND（SU=“维修” OR SU=“修理” OR SU=“改装”）为检索式，在中国知网（CNKI）数据库中进行专业检索，检索时间设置为建库至2020年12月，检索日期为2020年12月15日。其次，对检索所得样本文献进行查重和筛选，排除重复发表文献、会议通知、报纸、广告等与研究主题不相关的文献。经筛选后的目标文献以Refworks格式导出，导出数据信息应该涵盖发表年份、文献来源、题名、机构、作者、摘要、关键词等信息。
1.2数据可视化分析
通过CiteSpace5.7.R3软件实现中国民用航空飞机维修相关文献的可视化分析，从发表年份、期刊、机构、作者、关键词等5个角度来探究本领域的整体概况。首先，时间参数范围选择1980—2020年，时间切片设置为1年。其次，当节点类型选择作者和机构时，每个切片阀值设置为50。此外，为达到关键词可视化分析与图谱化表达的最佳聚类效果，时间切片设为2年，每个切片阀值（c，cc，ccv）分别设置为（1，2，20）、（2，2，20）、（4，3，20），并使用Pathfinder剪裁方式简化图谱。值得注意的是文献作者、机构和关键词的可视化分析结果与关联关系采用知识图谱的形式进行呈现，图中每个节点分别代表作者、机构和關键词，节点面积与频次呈正相关，各节点间的连线代表共线频次，线条粗细与各节点的联系程度呈正相关。
2 结果与分析
初步检索共获得文献2979篇，经查重与筛选后最终纳入文献2672篇，其中包括期刊1978篇，学位论文640篇，会议论文54篇。
2.1文献发表时间分布
对文献发表时间分布进行分析可揭示中国民用航空飞机维修的研究趋势。如图1所示，本领域的文献发表数量总体呈上升趋势，其中，最早的相关文献发表于1981年。由图可知，本领域的发文时间趋势大致分为3个阶段：第一阶段为1981—1993年，相关研究的发文量较少，可能与我国民航事业处于发展初期相关;第二阶段为1994—2016年，在此期间，我国民航事业蒸蒸日上，亦使民航维修的相关研究热度大幅提升，2016年最高达237篇;第三阶段为2017—2020年，年发文量趋势呈现波动，但年均发文量仍然较高。
2.2文献发表期刊发布
为了更好地了解我国民航维修的业内关注度，将纳入后的1978篇期刊论文按所属期刊进行统计分析，分析结果表明，本领域的期刊论文共发表于467家期刊，如表1所示，刊文量排名前10的期刊载文量占本领域总发文量的38.9%，表明文献发布高度集中于民航维修及相关领域的主流核心期刊，反映出相关文献的发文质量受到业内同行认可。其中，《航空维修与工程》创办于1956年，被评为中国核心期刊、国家优秀期刊和中国航空工业总公司优秀科技期刊，是中国唯一公开发行的航空工程与维修技术杂志。分析结果表明，《航空维修与工程》刊文量最多，高达361篇，占民航飞机维修研究总发文量的18.25%，提示相关研究受到民航维修专业人士的持续关注。
2.3作者合作网络分析
作者合作网络分析可以从整体体现出本行业核心作者发文数量及团队合作情况。在发文量方面，在民航维修研究领域排名前3的作者有左洪福、蔡景、蓝楠（表2）。其中，左洪福教授和蔡景教授都来自南京航空航天大学，主要致力于航空发动机维修技术研发和飞机系统故障诊断与维修诱导，在适航管理方面也深有研究。作者蓝楠来自《航空维修与工程》杂志社，主要对我国民航维修现状及技术发展开展调查研究。综上所述，这些作者在本研究领域均有一定的影响力，对我国民用航空飞机维修技术的研究与发展均发挥了积极作用。
在团队合作方面，选取作者，应用CiteSpace软件对每年发文量前50的作者构建合作网络图谱，分析结果显示，共纳入作者892名，连线数570条，网络密度0.0014。由图2可知，作者合作网络存在多个子网络，说明与民用航空飞机维修相关的研究团队较多，并以左洪福团队、蔡景团队、戎翔团队等为一系列核心团队。其中，左洪福不仅发文量最多，且与其他研究团队联系紧密，合作较多，形成了本领域多维协作的核心团队。此外，各团队之间联系较为分散，说明团队之间合作较少，但团队内部合作紧密。同时，图谱中散落的独立节点显示有部分学者从事独立研究或两两之间的合作研究。
2.4发文机构网络分析
本领域的研究机构在提升我国民航飞机维修的发展与创新方面发挥着行业引领与示范作用，对不同机构发表论文进行分析，可以了解中国民用航空维修研究实力的分布情况。通过对相关机构的发文量进行排名（表3），发文量靠前的机构主要集中在航空院校、科研机构以及航空维修的相关单位3个方面。南京航空航天大学民航学院发文量最高为92篇、紧随其后的有广州民航职业技术学院、上海飞机设计研究院、北京飞机维修工程有限公司以及上海飞机客户服务有限公司等。如图3所示，本领域机构网络共现图谱共包括节点数558个，连线数129条，网络密度为0.0008。一方面，从整体来看机构之间合作关系较为分散，机构之间的合作主要集中在上海、北京及广州地区的航空院校、科研机构以及维修单位。另一方面，本行业核心机构的辐射带动作用比较突出，与其他机构以不同的合作形式紧密联系，形成以核心机构为中心的学术共同体，如北京飞机维修工程有限公司和上海飞机客户服务有限公司等。
2.5关键词分析
2.5.1关键词共现分析
关键词共现分析可实现文献的核心知识点的识别，有助于挖掘和探究中国民用航空维修研究领域的核心热点和发展方向。关键词图谱分析结果如图3所示，该图共有节点898个，连线1981条，网络密度为0.0049。其中，共有28个频次大于25的关键词（表4）。值得注意的是，“民用飞机”“民航维修”“飞机维修”的出现频次最高，分别为221次、159次和138次。除此之外，高频关键词均与民用航空器维修相关，如“机务维修”“发动机维修”“民航局”“可靠性”“维修单位”等。
在关键词共现分析中，各节点的中介中心性是衡量该节点在整体网络中关联强度的重要指标，中心性值与节点的联系强度呈正比，一般认为以中心性值大于0.1的节点即为该网络的重要节点。根据图4可知，在关键词共现分析知识图谱中，具有重要作用的关键词包括“民航维修”“飞机维修”“民用航空”“发动机维修”“民航局”“发动机”，说明现阶段中国民用航空飞机维修研究领域中关注度高、影响力大的热点问题主要集在民航飞机维修、民航局政策颁布以及发动机维修等方面。
2.5.2关键词聚类分析
基于网络重要节点所涵盖的节点属性值和相关信息，关键词聚类分析可更好地解读各关键词之间的密切联系。采用LLR算法对关键词共现图谱中的关键词进行标签聚类，共获得具有较高一致性的10个聚类（图5），模块值Q=0.3594（>0.3）表明相关关键词具有明显的聚类现象，轮廓值S=0.8923（S>0.5）提示聚类成员一致性较高，聚类分析结果合理且具有较高的可信度。关键词聚类图谱中呈现聚类重叠现象，说明各模块形成的聚类之间联系紧密;因此可将我国民用航空飞机维修现状研究归纳为“民用飞机系统故障建模与分析”“民航飞机维修风险管理”“维修人员培养和维修方案制定”“航空发动机维修”以及“中国民用航空维修发展战略”5个研究主题。表5对不同聚类中所包含的关键词进行归纳。
2.5.3关键词时间线分析
时间线视图可以呈现民航飞机维修研究领域各个聚类发展的时间跨度和研究进度，直观反映本领域的研究趋势。运用CiteSpace软件生成关键词的时间线图谱（图6），X轴代表关键词出现的年份，Y轴则为聚类标签。分析结果表明，从最初“民用飞机”“飞机维修”等概念提出至不同理念、模型、体系、方法的应用，中国民航维修的关键词发展亦随时间呈现多元化、精细化、高科技、结构化、规范化等特征。在维修技术方面，重心从可靠性维修逐渐转移为以可靠性为主，预防性维修和利用大数据数字化维修相结合的维修方式;发动机维修从最初的故障维修转变为大型民机制造反推实训教学;维修人员从最初的机械员发展为理论与技术相结合的工程技术人才。
3讨论
本文以中国知网自建库以来至2020年收录的与中国民用航空飞机维修发展相关的2672篇文献为研究对象，应用CiteSpace5.7.R3软件分别对文献作者、发文机构、关键词进行可视化分析，并绘制知识图谱，勾勒出近几十年关于我国民航飞机维修领域研究现状与发展趋势的概貌。
现阶段，国家“十四五”规划时期将开启“一加快两实现”新时代民航强国战略新征程，我国民航事业将迎来发展改革的高光时期[7-8]。与此同时，在民航高速发展浪潮裹挟下，作为民航运输业赖以生存和发展的根本保障，民航维修业也迎来了巨大的发展机遇。目前，仅有两篇文章分别对通用航空领域热点研究及国内民机适航开展文献计量分析[9-10]，而本篇文章重点关注民航飞机维修研究领域，填补了相关空白，以期为行业发展建言献策。
关键词聚类结果提示中国民用航空飞机维修研究涉及飞机故障诊断、航空安全、人员资质要求、航空发动机维修以及维修发展战略部署等各个方面。本文在此展开详细讨论：其一，在民用飞机系统建模与故障分析方面，聚类#0的结果显示，在飞机维修系统中比例强度模型研究较多，并且多采用预防性维修方案。因此，在日常民航飞机维修中可以将建立系统模型，设置故障类型，优化排故方案等手段运用于修理调试、技术维护等环节，不仅可以提高飞机利用率，亦可节省运营成本。其二，针对民航飞机维修风险管理，聚类6#提示加强维修质量的管理，提高机务人员的风险意识，分析造成事故的风险因素，能极大地提高飞行的安全性。同时，聚类#1和聚类#4从飞行事故征候以及飞机失事案例分析影响维修质量的人为因素并进行专项整治，聚类3#说明影响维修质量的因素亦涵盖维修单位的生产管理、人员配置以及工时利用率等方面。其三，在维修人员培养和维修方案制定方面，聚类5#和聚类9#结果显示，维修人员的培养和维修方案的制订是飛机维修中不可或缺的部分。因此，应落实国务院于2012 年和 2016 年印发 的《关于促进民航业发展的若干意见》和《关于促进通用航空业发展的指导意见》，加大紧缺专业人才培养力度，强化民航院校行业特色，培养飞行、适航、航空器和发动制造维修等专业技术和管理人才。其四，围绕航空发动机维修，聚类2#、聚类7#和聚类8#显示航空发动机制造和维修技术亦是飞机维修领域研究的热点。航空发动机被誉为飞机制造业”皇冠上的明珠”，其作为飞机的心脏，不仅是飞机的动力来源，更是一个国家航空工业水平的体现，也是制约我国航空工业发展的软肋。对此，我国民航维修业亦在发动机维修培训、业务提升、基地健设、智能调试等方面开展了一系列的探索与研究。最后，在中国民用航空飞机维修发展战略方面，聚类7#和聚类8#结果说明，为了保证中国航空工业的发展，提升中国航空维修水平，应该制订自上至下的长期发展计划，从中国民用航空总局、飞机制造商、维修单位进行贯彻实施，为我国的航空业发展战略部署做好充分准备。
基于本研究的分析结果，立足于我国民航飞机维修的现状，本文提出以下两点建议。（1）落实监管职能，强化行业发展。中国民航局及相关监管部门应立足于本国国情，参考先进国家在民航维修领域的经验与手段，驱动“智慧民航”建设，推动民航维修业现代化、信息化、科技化、多样化发展，开辟该领域科技创新与高效循环的发展道路[11-13]。（2）发挥专业职能，多方协同合作。一方面，鼓励不同机构实现研究实力的传播与提升。如，民航高校可通过研讨会、论坛、科普等方式指导科技进步、传播技术手段;机务人员是民航维修的技术中坚，应定期开展高阶化、高水平的技能培训，提升专业知识储备及研究热情[14-16]。另一方面，应促进相关科研机构、民航院校以及维修单位形成科技创新、协同联动的合作机制，建立有效和持续的合作关系，共同实现多维联动的研究体系，从而全面提升多元利益方在我国民航维修进程中的核心地位。
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