PHM技术在先进飞机上应用对基地级维修保障的影响分析

2018-01-29王洪涛王纬国顾正伟

中国设备工程 2018年20期

王洪涛，王纬国，顾正伟

（中国人民解放军第五七二〇工厂安徽省航空设备测控与逆向工程实验室，安徽芜湖 241007）

国外能够独立研制先进航空装备的国家高度重视PHM技术的研究，PHM技术已经成为国外现役和新研飞机使用可靠性、安全性、维修性的重要依赖技术手段。

我国基地级工厂实行定时维修，定时维修的优点是可降低功能性故障发生率，减少停机时间，但是一般通过最差工作区间确定维修时机，装备往往在拆换之前还有相当的寿命，容易导致维修过剩和维修不足，在维修过程中，会引入附加损伤，当前的发展趋势是利用PHM技术实现装备寿命的最大化。

1 PHM对的基地级工厂生产的影响

飞机进场后根据作业的不同划分为大修、检修和改装等作业，其中大修是基地级工厂的主要工作。基地级工厂生产流程为进场飞机按LRU（外场最小可更换单元）进行分解，分解的方式是一种大拆大卸的方式；分解后的LRU送内场进行维修，内场负责产品修理（包括机体）并将修理好的产品送总装厂；总装厂按工序进行装配、调试；调试完成的飞机送外场进行试飞，试飞合格的飞机交付部队，从而完成飞机的维修生产任务。产品修理的主要工作包括必换件更换、SRU（内场最小可维修单元）修理、LRU调试、计划外修理（包括产品返修、故障外排、故障件修理）等，对不具备修理能力的产品外委修理或串件修理或直接换新。

目前基地级工厂生产过程中的主要问题如下：（1）基地级工厂采用这种机械化的定时维修方式来组织生产具有一定盲目性。这种方式使得生产任务繁重，需要投入大量的人力、物力、财力和管理成本，很多生产任务都是在做无用功，结果导致基地级工厂产能一直提升不上来，产能不足是基地级工厂与部队需求之间存在的突出问题。（2）必换件的确定缺乏科学依据。基地级工厂相当一部分的必换件确认是依照过去的技术条件和修理经验，不对产品进行详细的区分，造成修理过程中需要更换大量的元器件，特别是随着修理深度以及修理次数的增加，必换件的数量陡增，变相的增加了工作量和修理成本。（3）器材供货难以保障。飞机修理时间相对生产时间滞后，很多产品都已很少生产或者停产，基地级工厂与制造单位是一种竞合关系，导致器材价格高昂、交货周期长、器材供货难以保障，对于进口飞机和国产二代机这个问题更为突出。（4）外委产品修理周期过长。外委厂家通常为产品制造单位，制造单位没有建立有效的维修体系，送修产品得不到重视，产品修理周期得不到保障。（5）产品串件居高不下。由于以上原因，产品修理往往不能在计划时间内完成，问题的长期积压，导致恶性循环，使得串件修理日趋严重。

PHM技术的应用将引起基地级工厂生产方式的变革，表现如下：（1）利用PHM技术可以精确检测那些通常需要定期大修产品的健康状态，在大修时取消多个部附件的修理或推迟修理，减少了维修任务，从而节省大量的成本。（2）有效的降低必换件的数量。一方面是因为需要大修的产品的数据减少了；另一方面PHM技术使得必换件确认更加科学，避免了因修理经验和技术不足造成的原本非必换件被误认为必换件的情况。（3）有效的降低库存规模。PHM技术可以促进外场更快地识别、隔离产品故障，更好地进行维修计划安排，促使基地级工厂提前做好器材供应和维修准备，有效的降低基地级工厂库存规模，外场也无需贮存大量备件。（4）PHM技术一方面使基地级工厂掌握飞机的使用情况与剩余寿命，可以合理安排生产任务，提早采购器材和安排外委产品修理，有效降低串件修理，以保证在计划时间内完成修理任务；另一方面PHM技术可以促进制造单位关注维修工作，进而优化生产，提高产能，保证优质交付。

2 PHM下的基地级工厂技术工作的影响

由于受原来设计水平和修理水平限制，修理技术还没有完全发展成一门精确地工程科学，缺乏有效的技术标准、修理工艺和工程控制手段。

基地级工厂技术工作的主要问题有：（1）修理工艺过于粗放。工艺文件的设计水平，与技术人员基本专业素质，技术人员对系统、产品的掌握程度，依据性资料完整、准确性，设计任务周期安排合理性等都有密切关系。如果以上几个方面出现问题将直接导致技术人员很难设计出好的维修工艺。工艺问题层出不穷，技术人员忙于工艺改进和优化，已成为基地级工厂一个突出问题。（2）依据性资料缺乏。飞机制造单位及产品供应单位出于自身利益的考虑，提供的修理技术条件和标准也不够完善，生产时也会设置一些维修障碍，如软件加密等，这对基地级工厂造成极大的修理困难，往往需要花费高昂的资金引进资料、以获得技术支持，造成了极大的浪费。（3）故障定位困难。飞机修理过程就是不断与故障作斗争的过程。基地级工厂受限于技术认知，对系统工作原理研究不够深入，对交联系统更是缺乏了解，往往不能很准确的定位故障点，有时候甚至需要多次开车、反复更换才能定位故障点，技术人员疲于应付故障处理，穷于应付问题整改，对故障以及深层次问题缺乏思考。（4）大量有价值的工程数据未被充分利用，甚至忽视和浪费，不利于产品和工艺的改进提升。

PHM技术在飞机修理上的应用，对基地级工厂技术工作影响如下：（1）促进建立有效的修理技术标准与修理技术条件，使得修理工艺更加精细、更能指导现场操作。（2）故障处理与分析更加科学。PHM最主要的功能就是故障诊断、隔离、跟踪、预测。通过PHM技术构建系统及跨系统的综合诊断，可以实现故障的准确定位，有效的避免传统排故方法的弊端。（3）充分挖掘基地级维修和故障数据的价值。基地级工厂掌握大量的维修和故障数据，这些数据的挖掘可以促进产品设计改进和工艺问题优化，对于飞机实现和完善PHM都有极大的帮助。

3 PHM对基地级工厂质量的影响

现有修理模式下，基地级工厂存在维修过剩与维修不足两方面质量问题。维修过剩，即将不必要的维修施加给使用状态较好或者没有变坏迹象的产品，经常出现“小病大治”、“无病亦治”的盲目维修的现象，是基地级工厂质量问题的主要表现；维修不足，即飞机修理过程中没有准确识别故障产品或即将发生故障产品而导致飞机在大修期未到时产生局部故障，维修不足引起的质量问题有逐年增加的趋势。

当前，基地级工厂维修质量问题主要有：（1）一些状态良好的产品，因维修过剩和维修不足而出现故障或潜在故障，对产品本身质量和寿命有很大的不良影响，维修达不到恢复产品原有可靠性的作用。（2）产品计划外应急维修频率高，产品长时间处于排故状态，严重影响了飞机在外场使用。（3）人为因素造成产品修理质量问题时有发生。

PHM技术在飞机上应用，使基地级工厂的维修工作建立在科学化、规范化和现代化的基础上，有效避免了因传统修理维修过剩和维修不足情况引起的故障和“次生灾害”，显著提高基地级工厂飞机修理质量。基于PHM技术的飞机修理受维修人员本身素质的影响很小，所以在很大程度上避免了单凭人的经验来判断产品状态优劣的弊病。

4 PHM对基地级工厂测试设备的影响

目前，基地级工厂采用的测试设备可以将故障隔离到LRU级别，通过更换LRU内部组件、直接测量、间接分析等的方式将故障定位到SRU级别，然后利用更精确的测试设备定位故障点。基地级工厂LRU和SRU级别的测试设备以专用设备为主，存在着测试效率低、安全性低、成本高等缺点，难以适应大批量、多品种生产、复杂程度高的需要。新一代飞机设计了PHM系统，大大提升了故障诊断能力，可以将故障准确定位到SRU级别，基地级工厂在原LRU测试与故障诊断的基础上，应更加注重SRU级的测试和故障诊断能力。

基层级工厂快速维修保障要求测试设备必须具备更精确、更可靠的测试与故障定位能力，传统测试设备和手段无法满足新的维修保障要求。

测试设备的综合化、通用化能够明显降低设备的数量和成本，通用测试平台是基地级测试设备的发展趋势，是满足PHM条件下基地级测试设备的选择，例如，美军为基地级修理厂提供的通用测试平台——洛马之星（LM—STAR），有效的较低了测试设备硬件数量、工程费用、测试程序集成时间以及成本。