航空装备视情维修的应用实践与发展

■ 曹卫华/国营芜湖机械厂

0 引言

《世界航空公司技术使用词汇》中对视情维修给出的定义为：一种主要的维修方式,它是以重复性检测和测试来确定器件、系统或结构部位的有关持续的适用性的状况[1]。视情维修属于一种预测性维修方式,这种维修方式的主要特征是：以精确掌握装备“实际技术状态”为前提；以少拆、少卸、少修为原则；以最大限度延长机件工作时间和提高经济效益为目标[2]。视情维修使系统仅仅在需要的时候才进行维修工作,因此可以减少维修费用,及时消除故障,使系统发挥最大效能,并减少库存。相对传统的“定期维修”,视情维修可以防止飞机过维修和欠维修,有效降低维修成本,提高检查质量和系统利用率,能有效预防偶然故障,提高维修的有效性和经济性[3]。

图1 CM、TBM和CBM三种维修方式分类及优缺点图

1 视情维修的发展历程

航空维修思想发展历经了故障后维修、以预防为主的维修和以可靠性为中心的维修过程。按一般维修方式分,有修复性维修（CM)、事后维修（FBM)、定时维修（TBM)、视情维修（CBM)等维修策略,其维修方式分类及优缺点见图1,维修思想与维修方式的关系见图2[4]。视情维修是以故障统计分析为基础,从设计出发,在装备使用寿命期内,以装备可靠性和技术性能状况为维修时机控制标准,为消除潜在故障（或功能故障）而进行的精确维修活动,适用于飞机具体设备、系统、机件等的磨损、疲劳、烧蚀、腐蚀、老化、失调等故障模式。

目前,我军航空装备的修理主要采取定时维修模式,随着装备设计和修理保障理念的迭代发展,视情维修作为推进航空装备维修保障领域改革的重点内容,各项研究论证和试点等工作迅速展开,以三代机维修保障为抓手的部分机载部附件修理视情维修改革正在实施,空军航空装备修理保障的视情维修也从修理模式研究进入试点实践阶段。

图2 维修思想与维修方式联系图

2 视情维修的理论依据

视情维修的理论依据是P-F曲线时间延迟模型（见图3）,展示了系统由完好状态到发生潜在故障,最终发展为功能故障的过程。为了减少系统功能故障的发生,需定期安排对系统的检测工作,以便在出现功能故障前就对系统进行预防性维修。

3 视情维修的优势、可行性

3.1 视情维修是提升航空装备完好率的重要手段

视情维修是基于装备设计和制造的技术性能变化、故障发生概率、损伤扩展趋势等信息,兼顾可靠性、安全性和经济性的修理决策,是建立在设计和故障统计分析基础上,对装备的实际技术状态实施的精准修理,这种修理方式较定时维修具有更强的维修针对性、更好的计划合理性、更强的管理灵活性。民航飞机广泛采用的修理模式就是视情维修的最好典范,例如,波音727飞机定期维修时,9架飞机液压系统一年内拆下1200个附件送修,实施视情维修后仅送修33件（只占2.75%）；波音747飞机在设计研制之初就充分考虑了维修保障性,视情修理项目占99.7%,定期维修项目仅为0.3%,极大提高了运营效率[5]。MBA智库百科在介绍美军视情维修开展情况的例证时说：20世纪70年代,美军为了提高航空装备维修的经济性和有效性,推广民航经验,海军的P-3飞机和S-3A飞机取消了55%的检查项目,拆修工时节省50%,飞机准备时间缩短了40%,维修停用时间减少79.1%。在海湾战争中,美军通过有效的视情维修保障和及时的战场抢修,使F-15E和F-16战斗机的战备完好率分别高达95.5%和95.4%[3]。

3.2 视情维修是降低航空装备维修成本的有效途径

视情维修的修理保障目标明确,使维修资源得到有效利用,其少拆、少卸、少修的原则特征,不但缩小了维修范围,也大大减少了维修工作量,与定时维修相比,维修保障备件储备做到有的放矢,减少了备件闲置和储存管理、供应管理等不必要的大量经费开支,实现了“趋零储备”,降低了航空装备的维修成本。MBA智库百科在介绍美国视情维修开展情况的例证时说：美国联合航空公司和联邦航空局最早在道格拉斯DC-8飞机和波音727飞机上试验采用这种维修方式,试验结果是维修费用下降了30%,备件库存量减少了50%以上。

图3 P-F曲线图

3.3 视情维修改革是提升现役装备维修保障能力的有效措施

视情维修具有更强的维修针对性、更好的计划合理性、更强的管理灵活性等明显优势。视情维修以设计为源头,通过确定处于潜在故障点的具体系统、设备和机件,不但避免了定时维修存在的维修不足、过渡修理的缺点,使具体系统、设备和机件在故障发生之前得到有效预防、排除和控制,充分利用有效工作寿命,有效降低装备故障率,遏制严重故障的发生,保证装备较高的无故障工作时间,提升装备完好率。据美军统计,其现役三代飞机航电系统故障率约占全机故障总数的40%[6]。这为我军视情维修改革实践提供了方向。从目前正在推进实施的某型国产三代飞机视情维修改革实践来看,在加强机上故障检查深度和范围的基础上,近200项机载航空电子产品中,离位后分解修理仅为55项（占28%）,其余均开展视情维修,必将有效缓解该型飞机大修时航空电子产品的维修保障压力。

4 视情维修的发展方向

4.1 基于性能的视情维修是较好的全寿命保障措施

基于性能的视情维修是基于性能保障（PBL）的有效手段,可充分发挥基地级维修保障单位的主观能动性,是通过军民融合,应用“四新”技术有效提升现役装备保障能力和水平的最佳途径。据统计,通过实施合同化购买服务的PBL模式,美国武器装备的可用性提高了20%～40%,成本最多减少了15%[7]。美军F/A-18E/F战机、C-17战术运输机通过PBL模式,应用“四新”技术代替过时、性能不稳定的元器件、材料,保证装备固有性能的可靠性,使C-17的能执行任务率始终保持在85%左右,战斗机可用度平均达到了72%[8]。

4.2 自主式保障是未来航空装备维修保障的发展方向

随着信息技术的飞速发展,四代以上军用航空装备均设计采用先进的传感器技术,并借助各种算法和智能模型来诊断、预测、监控和管理飞机的工作状态,即将可靠性、维修性和故障预测与健康管理（PHM）设计到飞机中,建立了基于性能的自主式保障（AL）系统[8]、涵盖整个装备的PHM系统,使装备自身具备了预测和健康管理能力,故障通报及时,提高了维修保障的针对性和效率,降低了保障成本；故障诊断准确,自动化程度高；提高了视情维修的快速反应能力,且保障系统具有灵活性等突出优势[9],是适应视情维修更高的发展阶段,代表了视情维修未来发展趋势和方向。视情维修自主保障使维修人员能通过嵌入到装备中的“监控”设备,及时掌握装备的工作动态,随时掌握装备的运行状态,大大降低无故障维修对装备的损坏。装备状态智能化管理,不仅可以对航空电子系统及设备进行故障的检测、定位和隔离,还可对许多非航空电子系统进行监控和处理,基于状态的视情维修是提高新型航空装备维修效率的关键手段。美军F-35飞机采用预测与状态管理技术,通过自主诊断自身的健康状况,在事故发生前预测故障,并给出使飞机维修时间最少的解决办法,有效减少了停场时间,出动架次率达到了F-16C的1.5～2.3倍[8]。

5 视情维修改革对航空修理企业的挑战

5.1 修理模式变革的挑战

视情维修模式改革以缩短修理周期、节约修理经费、保证修理质量、提高装备完好率为目标,取消了“机体修理与机载产品同步实施大修”的修理模式,突出了整机故检的作用,根据故障检查结果开展后续修理工作,必将对航空修理企业长期“定时维修”生产组织体系、技术支撑体系、质量保证体系、组织结构设计、资源配置以及适应现有保障模式的工艺流程及工艺分工、飞机交接装和修理周期、质量、成本等造成较大影响。

5.2 拓展技术能力的挑战

视情维修的核心是基于状态,掌握故障预测技术、故障快速诊断与排除、状态监控与信息决策支持技术等是能否真正做到视情维修的关键,需要全体工程技术人员迅速适应和弥补技术短板,充分发挥修理经验,以及对故障信息的统计分析优势,全力参与总师单位“视情维修大纲”“大修技术要求”等的编制,积极向总师单位提供机载电子产品视情修理建议。同时,开展“三代+”等新型装备部附件维修工作类型的视情维修分析预判和研究,增强修理保障能力建设的有效性。

5.3 知识与技能的挑战

视情维修模式诊断技术涉及多种学科,掌握它需要相关的专业知识和一定的理论水平。维修工程技术人员不但要有实践经验,还要懂得维修理论,且掌握专门维修技能,才能适应视情维修模式改革的挑战。“让机器去工作,让人去决策”的人机协作等智能化维修手段,将逐渐在维修作业中得到使用,对维修人员的专业知识能力和技术综合素质提出了更高的要求。例如,洛•马公司在F-35研制过程中,其主承包商对可靠性与维修性工程师提出了明确要求,要求必须具有工程、数学、物理或计算机科学专业的学士学位；而PHM系统工程师则应具有工程（电子工程、机械工程）学士学位,且希望有5～8年以上的工作经验[8]。

6 结束语

视情维修是一种先进的维修方式,在国外军民用飞机的维护中已广泛应用,也是有效解决我国现役航空装备完好率和维修保障积压矛盾的重要手段。作为航空装备修理企业,一定要在视情维修改革实践中加深理解、转变思想,通过自主创新和军民深度融合的战略合作、技术合作、合资合作等手段,建立基于视情维修的生产组织、技术管理、质量管理和器材保障等修理保障新体系,以维修保障需求和实际问题为导向,针对性地开展“四新”应用修理保障技术研究,将一些“四新”技术和方法引入装备的维修保障工作,提升现役主修装备快速维修保障能力和飞机机群的完好率。

[1] 任翀,赵大磊,左传友. 装备视情维修技术发展前景研究分析[J].军民两用技术与产品,2015(10)(下).

[2] 黎漫斯,陈春良,张惠霞,尚永爽. 视情维修条件下舰载机维修保障的动态分析[J].电光与控制,2014(3).

[3] 李郑琦,陈跃良.飞机视情维修策略及模型研究[J].航空科学技术,2011(3).

[4] 宋彪,王旭.飞机视情维修的应用现状及发展[J].中国民航大学学报,2012(5).

[5] 郝世勇,刘震霆,骆彬.视情维修在机载设备中的应用[J].科学时代,2011(9).

[6] 朱斌,栗琳,王绪智.“基于状态的维修”在美军装备维修中的应用[C].发展军民两用维修技术提高装备维修保障能力学术研讨会,2008.

[7] 王崑声,袁建华 等.国外基于性能的保障模式的实践及启示[J].中国航天,2011(9).

[8] 张宝珍 主编.国外新一代战斗机综合保障工程实践[M].北京:航空工业出版社,2014.