老龄化无人机维修策略分析

杨 勇

（中国航天空气动力技术研究院 北京）

随着无人机技术的进步，无人机将作为一种新生的空中作战力量出现在军事舞台。然而，正是由于其具有无人员伤亡、低战斗损耗、低维修成本等优点，设备的维修保养反而不受到重视。无人机老龄化后，频繁出现故障甚至事故，这一问题已不容忽视地摆在用户面前。

一、老龄化无人机的特点

老龄化无人机面临很多问题，例如，飞行可靠性和可使用性大大降低，起降任务的正常性无法保证，而伴随着这些问题的是故障率上升。老龄化无人机维修面临最主要的问题有4点。

1.无人机结构与设备本身的安全问题

无人机的起落架、机身加强框、龙骨架等关键的结构，应力疲劳等对其造成的影响较大，威胁飞行安全。再者，老龄无人机的飞行架次较多，机身口盖等开口区域疲劳损伤比较严重，在强气流的影响下可能会发生撕裂。无人机机载设备内电子元器件老化。完全依靠电子设备和高精度传感器是无人机区别于有人机的特点，随着飞行次数的增加，部分设备运行总时间已接近其设计寿命。

2.老龄化无人机运营成本过高

由于老龄化无人机存在安全隐患，需要对其进行改装或部分更换，来达到控制和预防老龄化无人机结构上的损伤的目的。但改装或更换设备代价较高，升级费用随着无人机的运行加速老化会持续增加，而且不同批次部件的改装或更换可能会带来新的隐患。

3.无法长时间中断任务来进行频繁保养

老龄化无人机仍然是军方战斗序列的一部分，在紧张的战斗执勤中，时间的宝贵不会允许无人机频繁地检修，否则影响起降效率，进而对任务进程产生消极影响。

4.缺乏高集中度的信息管理系统

当前的维修记录，多为纸张版的记录本或工程指令或非例行工卡，并无专业的系统存档，对数据统计不利。目前维修主要采取“出现故障才维修”的方式，缺乏完整的结构损伤数据，对于机载设备具体状况，不能够予以有效的分析，也不能够有效地预测损伤的具体发生规律。

面对这些问题，需要对老龄化无人机进行计划维修，从而减少由于工程技术和维修管理方面原因而导致的老龄化无人机飞行的安全事故。

二、计划维修的制度保证

无人机使用部门（一般为作战连队）要修订有关老龄化无人机的相关章程，使得其能够独立于常规新服役无人机保养章程之外。其中最主要的是把老龄化无人机的维修记录以规章制度的形式规范化，以更高标准来要求。

首先，质量监督部门要根据无人机的初始设计水平和试飞试验数据总结结果，确定老龄化无人机的概念，即设定一个年限或飞行架次数，超出此限制的为老龄化无人机，用以规范管理。

组织对于老龄化无人机在维修等方面的培训，建立和完善一整套电子化的信息采集系统，用于采集无人机损伤和维修的详细可信的数据。依据现在的使用状况和修理改装后的情况并结合采集的数据，选定适合老龄化无人机维修的方案并优化。

后勤保障人员需要建立每个老龄化无人机的维修档案，包括燃油箱系统、结构及起落架等的维护和改装信息要求记录详细并且保存信息。

三、计划维修策略

1.传统维修策略

传统的无人机系统预防性维修工作通常采用的都是维修日期、内容和维修时间均固定的定期维修类型，这是一种借鉴苏联设备维修的强制性执行的维修方式。定期维修方式在保障机载设备的正常可靠运行中起到预防作用，一定程度上使设备在故障发生前得到维修，且便于设备维修计划的制定、安排与管理。但由于定期维修是以设备的使用时间为基础，其依据是设备的故障率都符合浴盆曲线图（图1），即当设备处于新投入或刚大修好的状态下时，故障发生率极低，但随着使用时间的推移，故障率逐渐达到峰值。然而，实际情况并非完全如此，数据显示绝大多数的机械部件如电机、起落架等其故障率不随时间而变，这意味着对于某些机载设备而言，固定的维修周期会造成维修过剩。

图1 故障浴盆曲线规律

2.维修周期对维修有效性的影响

无人机设备运行过程中计划外停机主要有2个原因，一是机载设备出现故障造成停机，称为故障时间；二是对设备进行预防性维修时造成的停机，称为检查时间。机载设备总停机时间、故障时间和检查时间三者之间的关系如图2所示。

图2 总停机时间、故障时间和检查时间的关系

从图2可看出，维修周期的合理确定与否，直接影响到无人机机载设备维修工作能否使故障发生的概率降到可以接受的水平。维修周期过长虽然可以减少检查时间，但会出现维修不足，机载设备带病运行，出现安全性事故或影响飞行任务的可能性就越大，导致设备发生的故障次数超过可接受的程度，增大了故障时间，也会造成更大的经济损失；维修周期过短虽然可以减少故障时间，但是必然造成预防维修工作频繁，使得检查时间大幅度增加，出现维修过剩，不仅因频繁通断电影响元器件的使用寿命，增加维修成本，另一方面也会由于自身技术原因和盲目检查，维修不当反而会导致设备可靠性下降。

实践经验表明，预防性维修周期的合理确定，直接影响到机载设备维修工作的适用性和有效性，只有在故障时间和检查时间二者之间寻找平衡点，确定出最佳维修周期，最终才能实现机载设备管理维修过程优化和维修费用经济的目标。

3.合理的预防性维修策略

在无人机维修实践中，为了更加有效地利用部件寿命，同时达到降低其故障率和维修费用的目的，通常采用大小修结合的复合维修方式。对这类维修工作的决策优化，还需进一步研究和探索。复合维修方式是相较于单一维修方式而言的，其维修过程一般为：部件每经过一段时间，进行一次大修；而在每个大修周期内，则进行若干次小修。由于在实际中的大小修多采用定期更换和功能检测，所以这里以“辅以功能检测的定期更换维修”为例对这种维修方式进行研究。

零部件每经过更换间隔期Tr进行一次预防性维修或更换，一个维修周期是功能检测周期Tn的k倍，更换期内对产品进行k-1次检测，如图3所示。功能检测时，若发现潜在故障，则进行预防性维修；若无潜在故障，则继续使用。在使用过程中，若发生功能故障，则立即停机修理；到达更换周期时不管部件状态如何，都对无人机进行预防性更换。

图3 老龄无人机复合维修方式时间间隔示意图

组合维修是适用于像作战无人机这样一个复杂系统的一个维修优化策略，它一般对系统设定一个时间间隔，然后以此作为系统维修周期对系统中部分部件进行集中维修。从系统可用性或费用的角度来看，组合维修策略是优化系统维修决策的一种有效手段，尤其适合于存在拆装和工作准备费用较高或耗时较多的情况，大大方便了维修规划和管理。

四、结语

对无人机的老龄化维修与管理是个逐步认识的过程，需要平时不断积累飞行试验中维修数据，针对无人机设计和结构制造特点以及机载设备复杂程度，对老龄无人机采取有效的维修管理工作。为确保老龄化无人机的飞行安全性和任务可用性，需要设计人员和维修管理人员制定组合维修方案，并通过科学方法确定功能检测和定期维修的周期。