飞机机电系统备件保障需求分析

王 辛 刘 钊

（中国飞行试验研究院，陕西 西安710089）

0 引言

备件作为飞机的综合保障要素之一，其保障程度不仅决定着飞机使用阶段维修保障工作的顺利与否，最终还将影响到飞机战备完好性水平的高低。机电系统作为飞机的重要系统，其备件保障更是直接影响着飞机整体作战效能的发挥。机电系统备件配置的品种和数量不够，会造成飞机大部分时间处于不可用状态；反之，盲目地增加备件库存量，又会导致飞机全寿命周期费用增加。因此，如何对飞机机电系统使用阶段的备件配置种类及数量进行科学合理的估算，是飞机综合保障工作中亟需解决的重要问题。

1 国内外发展现状

国外对包括机电系统在内的飞机备件数量统计分析与预测研究很多。20世纪60年代起，国外就已对备件管理问题进行了大量的研究［1］，并取得了不少成果。许多理想环境下的备件库模型被不断提出和改进。早期的备件需求预测模型主要应用专家决策方法，多以经验数据来确定备件的库存数量。80到90年代，为了解决飞机战备完好性问题，人们将可靠性、使用可用度等指标引入备件需求预测过程中。主要有以可靠性、使用可用度、战备完好性等参数为基础的备件需求预测方法，在预测过程中着重考虑备件的消耗过程，从零件本身的损坏机理以及备件所导致的后果出发，建立备件的数学模型［2］。目前，国内针对产品设计、定型、生产过程中的备件保障工作编制了一些国家军用标准，为指导飞机机电系统备件品种与数量的确定提供了一定的参考［3］。但主要是从程序上规范备件保障方案和备件确定过程，并不涉及具体的备件品种和数量确定的分析方法和技术，缺少对飞机机电系统备件保障需求预测的指导方法。因此，开展飞机机电系统备件保障的影响因素分析，结合使用过程中的维修保障流程得出飞机机电系统备件的需求种类和数量，是我们亟需研究的课题。

2 飞机机电系统备件保障影响因素分析

2.1 影响飞机机电系统备件种类的因素

飞机机电系统使用阶段的备件供应种类主要受到机电系统运行环境、备件贮存空间、维修体制、保障模式等因素的影响，备件的确定应满足每次执行飞行任务期间不因备件供应不足而影响到飞机机电系统可用度的要求。综合来说，影响飞机机电系统备件种类的主要因素如图1所示。

在飞机使用阶段确定机电系统备件种类时，应综合考虑上述影响因素，包括维修方案、任务需求、使用环境、贮存方式、经济性等，确定实际所需的备件种类目录，根据确定的飞机机电系统备件种类，再确定每种备件的实际所需数量。

图1 飞机机电系统使用阶段备件种类影响因素图

2.2 影响飞机机电系统备件需求量的因素

确定备件需求总数是供应保障中的一项主要工作，通常做法是统计一段时间内备件需求的经验数据，再合理分析备件的故障率、订货周期等因素，不断修订使用和维修期间所获得的备件消耗和需求数据。影响备件需求量的主要因素包括：

（1）维修方案。维修方案是飞机保障方案的重要组成部分，一般包括维修类型及其主要内容、修理原则、维修级别及其任务、主要保障资源、维修活动的约束条件等。

（2）修复性维修和预防性维修活动。在预防性维修过程中，更多考虑的是寿命到期产品的备件需求；而修复性维修过程中，则依赖于产品故障发生概率即故障率，故障率高的产品，备件需求相应也要增加。

（3）产品互换性。现代航空产品设计时一般都有互换性的强制要求，互换性不仅要求结构上互换，而且还要求功能上能够互换。互换性受设备技术状态影响较大，技术状态如有变化（例如结构尺寸更改、功能更改、核心软件改版等），产品不能直接互换，势必会影响到备件的技术状态和需求量。

（4）产品测试性。飞机机电系统内部的故障自检测装置（也称为机内自检测装置，BITE）的故障检测隔离能力和机外测试设备的测试能力都会影响到故障隔离等级，隔离到外场可更换单元LRU级别还是进一步隔离到内场可更换单元SRU级别，隔离级别的不同将会使飞机机电系统在不同维修级别场所的备件配置需求不同。

（5）产品重要程度。某些产品是影响到飞机安全的，称之为核心系统或设备；某些产品是飞机完成某项特定任务所必需的，称之为任务系统或设备；还有一些产品故障仅仅会造成一定的经济后果，则称之为一般系统或设备。显而易见，前2类系统或设备发生故障时应能立即获取备件，保证通过换件的方式使其功能迅速恢复。

2.3 影响飞机机电系统备件的经济性因素

从飞机备件费用成本、贮存空间考虑，高价备件（A类）为高价周转件，该类备件占总数量的20%，却占了80%的备件费用；B类备件为中价可修件；C类为低价消耗件和标准件。在确定飞机机电系统备件项目时，应重点关注A类和B类备件，并考虑备件的周转周期、订货周期，然后逐项评审确定。A、B、C类备件产品特性如表1所示。

表1 A、B、C类备件产品特性表

2.4 影响飞机机电系统备件的寿命分布因素

结合飞机机电系统训练中对备件的需求，并考虑到实际作战任务，将飞机机电系统备件的寿命分布分为2类：正态分布和威布尔分布。文献［4］给出了这2种寿命分布类型的适用范围，具体如表2所示。

表2 飞机机电系统备件的寿命分布类型及其适用范围

综上所述，由于影响飞机机电系统备件保障的因素复杂，所以想要准确地估计备件需求情况就要综合考虑多方因素，只有这样才能确定备件需求量相应的特征指标参数。

3 飞机机电系统备件需求量模型的建立及验证

3.1 平均更换间隔MTBR的定义

平均更换间隔（Mean Time Between Removals，MTBR）是与保障资源有关的一种可靠性参数。其度量方法为：在规定的条件下和规定的期间内，产品寿命单位总数与从该产品上拆下其组成部分的总次数之比，其中不包括为便于其他维修活动或改进产品而进行的拆卸［5］。

平均更换间隔MTBR是对影响备件复杂因素的综合反映，也是对机电产品故障率内在规律的一种客观描述。MTBR反映和描述的因素主要体现在如表3所示的3个方面。

表3 MTBR反映和描述的因素

3.2 有寿命要求的可修件需求量计算

对于有寿命要求的可修机电系统备件，其需求量S应包括2部分：一是计划更换所需备件量S1，二是非计划更换所需备件量S2。

式中，n为飞机架数；u为单机安装机电产品件数；th为年平均运行小时（h）；TAT为平均维修周转时间（d）；P为运行比；L1为有寿件的寿命期限（h）（当L1不知时，可以用零部件的维修期或维修间隔期限的均值来代替）；MTBR为平均更换间隔（h）。

可得：S＝［S1＋S2］，其中［］表示取整数。

3.3 无寿命要求的可修件需求量计算

无寿命要求的可修机电系统备件，其需求量S由非计划更换所决定。S是满足下式的最小整数：

3.4 备件需求量计算结果的修正

备件需求量的数学计算模型是从历史统计数据总结而来，但是导致备件消耗的因素是复杂的，如用户的使用水平、管理能力和维护修理能力，备件使用强度等，备件的实际消耗往往会与模型的估算结果有一定的误差，一般在实践中采用相关的修正方法对模型估算结果进行适当修正。本文所采用的主要变量是MTBR，使这个变量不断得到修正，估算结果就会更加接近准确值。

修正MTBR的主要方法是通过历史数据计算得到备件消耗量并分析相关原因，按照备件的实际MTBR对理论MTBR进行修正，随着历史数据资料的逐步分析和调整，实际结果就会越来越接近真实值。

备件需求量修正主要采取如下3种方法进行：

（1）按月份统计备件消耗。按实际每月统计备件真实消耗量，对各类备件进行动态监控。特别是对消耗量突然出现异常的备件，要分析其发生变化的内在原因，采取针对性措施。

（2）按年度统计备件消耗。以月份统计历史数据为依据，依年度统计消耗量，通常以近3年的消耗量为依据，计算实际的MTBR指标。剔除统计数据中备件的异常消耗情况，如人为破坏因素造成的故障等，然后根据统计资料得出MTBR值，并以此来修正理论值。

（3）其他特殊的备件消耗统计。除上述2种统计方法外，由于飞机机电系统的特殊使用环境，可有针对性地进行一些特殊的备件消耗统计。

3.5 备件需求量模型验证

以某型飞机传感器这一典型的机电系统设备为例，每架飞机安装4个该型号的传感器，飞行机组中队共配备有3架飞机，每架飞机平均年飞行小时为1000h，传感器的MTBR为300h，平均修理周期为30天，运行比为1，传感器是有寿命要求的可修理件，寿命期限为600h，利用计算模型，可求出备件需求量。

由上得出，为保证飞机执行任务，该传感器应该配备5件。

4 结语

对于飞机机电系统的备件配置，首先应根据使用条件下维修方案、贮存方式、经济性等因素，确定实际需要的备件种类目录，然后根据确定的备件种类以及影响备件数量的因素分析来预估出每种备件的需求数量，最后根据MTBR对统计数据进行修正后得到飞机使用阶段真正需要的备件数量。飞机机电系统备件需求量计算方法的确定，对设计部门调整供应计划和部队接装意义重大，其能保证飞机在执行任务期间不会因机电系统备件缺货而导致任务不能完成。

［1］任敏，陈全庆，沈震，等.备件供应学［M］.北京：国防工业出版社，2013

［2］叶心太，余仁波.装备保障中备件需求量确定方法研究［J］.舰船电子工程，2010（5）

［3］单志伟.装备综合保障工程［M］.北京：国防工业出版社，2007

［4］GJB4355—2002 备件供应规划要求［S］

［5］徐宗昌.保障性工程［M］.北京：兵器工业出版社，2008