维修性设计在飞机中的应用研究

维修性设计在飞机中的应用研究

文倩，唐蕃，杨欣蓉

陕西飞机工业有限责任公司，陕西省汉中市，723213

摘要：飞机的出勤率，维修工作量及维修成本直接决定了用户最关心的一般质量特性—维修性水平。伴随着现代航空装备技术的日益发展，人们对于飞机的维修性提出了更高的要求，要求从机型出发就要注重维修性的研究。借鉴国内外维修性与保障性工程理论方法与经验，本文提出了基于S3000L（《后勤保障分析国际程序规范》以下简称《规范》）设计阶段飞机维修性分析方法，包括维修任务分析与可达性分析流程，并运用到型号中加以验证，使维修性设计与型号研制同步进行，保证型号研制早期能及时发现维修性缺陷，加以改进，提高整机维修性。

关键词：维修性设计；飞机；应用研究

引言：维修性作为通用的质量特性被产品设计赋予了固有的性质，它具有易维修，速度快，效率高，经济实用等特点，所以在进行设计时必须给予特别注意。伴随着现代航空装备技术的日益发展，人们对于飞机的维修性提出了更高的要求，要求从机型出发就要注重维修性的研究。从经验看，如果在1美元的开发过程中加大维修性投入，可望取得寿命周期费用减少50~100美元的效益，而维修需求引起的设计变更费用随设计工作而成倍增加。所以在飞机发展前期，合理安排维修性工作能够降低或者避免因故障造成的损失与危险。

1.设计阶段维修任务分析流程

S3000L《规范》作为欧洲宇航与防务工业协会后勤保障分析规范的组成部分，全球大部分主流机型制造商（波音、空客、庞巴迪等）都把S3000L标准列入了其主流机型研制环节，影响了飞机维修性，可靠性和测试性[1]。所以，维修工程的传统分析方法仍是基于S3000L《规范》，而综合分析维修工程，就能得到具体任务与程序，从而达到维修目的。在设计之初，获得必要的维修任务项目（包括修复性强，计划维修任务多）是必不可少的。为此，本文将修复性修理转化为设备/外场可更换单元（LRU）分析，并对计划修理分析作了适当调整，总结了保障任务项目的使用经验，从而得出了适用于设计阶段修理任务分析的流程，见图1。

图1 设计阶段早期的维修任务分析流程

2.维修性设计过程

2.1设备/LRU分析

通过将保障性分析故障模式效应分析（LSAFMEA）与“五性”的分析数据相融合，将其作为拆装维修任务的输出，并规定所有LRU必须具备通过维修口盖进行拆装的能力。

2.2系统/动力装置计划维修

借鉴MSG-3中的计划检修分析理念，并对其进行了精心的优化，提出了一个专门针对设计阶段的计划检修分析流程。该方法以整个设计周期为基本框架来研究计划检修问题，它既考虑到了各部分之间相互联系又充分考虑到了实际运行情况，从而使之更符合实际需求。在此基础上，将分析目标纳入系统/动力装置的构成要素，并制定了一套系统/动力装置的计划检修分析流程，详见图2。

图2 系统/动力装置计划维修分析流程

2.3保障分析

S3000L《规范》第9章“利用保障分析”提供了确认和判断与综合保障有关的使用任务的分析方法。由于设计人员常常不知如何决定一个装置或设备所要完成的任务及如何达到这些任务，致使整个计划检修盲目性、随意性较大。GJB1371就是把使用保障分析同维修工作分析结合起来，从而达到综合分析使用及维修工作。目的是通过系统分析和研究某种设备在使用和保障中各种要素间的相互关系和变化规律，寻找出影响该系统正常工作的薄弱环节和故障产生的规律，以达到改善或排除薄弱环节的目的。充分考虑型号的典型任务剖面，服役时间，服役环境及保障对象效能几个方面的影响，最后确定服役保障包括航前巡检，航后巡检，提前机务准备，直接机务准备和再次出动机务准备几个项目。

2.4维修任务需求

对设备/LRU分析和维护任务的需求就是把它确定为要拆卸和维护的任务。因为该阶段能够识别出影响系统可靠性或者部件可靠性的关键因素，从而为维修策略的制定，系统性能的提高和飞行安全的保障奠定了基础。完成各个分系统的信息进行填写与汇总，以便计划维修分析与使用保障分析。将这些内容进行记录和整理，可以让设备在设计阶段了解设备的技术状况。填写时应充分考虑前期型号研制过程中累积的设备/部件维修手册，维修检查要求等维修性文件指定的维修项目等，保证维修工作全面准确。

3.维修可达性分析

飞机修理时，由于靠近不同零件而导致的难度比较大，也就是可达性问题，这将是必须攻克的难题。维修性可达分析覆盖三个方面，视觉上可达，实体上可达和操作空间上可达。

3.1可视性

根据所观察的视野区域内维修部位的分布情况，进行可视性评价，具体得分情况详见表1。通过对故障树进行定性分析，可以得到各个部件之间发生概率相等的条件下，各维修单位能够提供给用户最大可用度为目标函数时的最优维修方案。随着得分的提高，所呈现的可视性也逐渐减弱。

表1可视性评价标准

3.2实体可达

实体可达性就是修理部件在修理过程中能否有效接触到的一种特性。通过处理某型发动机检修时各零件的故障数据，计算出相应的可视度指标。手或者手持工具能否触及维修部位是评判工具可触及程度高低的关键。影响实体可达性的各个指标之间具有相关性和不确定度，导致传统的评价方法不能正确反映实体的真实情况，从而也就不能更好的指导实践。在手与手持工具可达性研究的基础上，本文分析了实体可达性，给出相关评价值，其具体评分见表2。实体可达性随评分增加而下降。

表2实体可达性评价标准

3.3操作空间分析

在做有关修理动作前，一定要保证工具和手臂间留有充分空隙，保证修理过程完整准确。由于缺少虚拟维修环境模拟软件作为维修工具选择及运动干涉分析的支撑，操作空间分析时可依据手部位置判断操作空间大小并近似换算成实体可达性，而参照可达性评价标准评价操作空间，具体得分见表3。操作空间随评分升高逐步缩小。

表3操作空间评价标准

根据以上评估结果可定性与定量地分析维修可达性的难易程度，指出不满足项及存在的特定问题。对评分不高的器材尤其是LRU要加以改进。在定量分析中，依据实际维修性评价及专家评估法确定可视性权重为0.3、实体可达权重为0.3、操作空间权重为0.4，加权计算评分结果为：当维修性可达性评估难度大于0.5分，则该维修性任务应该作为重点项目提出完善或者以实物维修性检查为主，当维修性评估难度大于0.76分，则设计更改及重新制定维修性评估势在必行。

结论：

综上所述，本文通过对S3000L标准的深入学习和消化，结合装备/LRU、计划维修分析、使用保障分析等维修任务项目，以及维修可达性分析方法，提出了一套适用于飞机实际情况的设计阶段维修性分析方法，有效解决了飞机设计阶段初期维修任务输入不足和面向设计阶段初期维修性分析评估过程欠缺等问题，且该方法同样适用于各型号飞机设计阶段维修性分析的需求。

参考文献：

[1]王洁萱.基于系统工程方法的民用飞机维修性设计[J].民用飞机设计与研究,2022(3):123-127.

[2]刘艺涛.现代飞机作动系统余度设计和维修性分析[J].机床与液压,2015,43(16):199-203.

[3]尹松,周文强,张智峰,杨子昕.波音787飞机全电刹车系统的设计性和维修性分析[J].航空维修与工程,2023(1):29-32.