基于场景分析的航空发动机维修性评估方法研究

顾海健 邵传金

摘要：以某型航空发动机风扇进气锥前段为例，结合具体的维修对象介绍维修性评估的全过程。通过确定航空发动机各部件系统相关维修对象和维修场景，分析维修步骤，建立维修流程，进行维修性定量和定性要求评估，制定出一套基于场景分析的航空发动机维修性评估方法。

关键词：维修对象；维修场景；维修流程；维修性评估

Keywords： maintenance object；maintenance scenarios；maintenance process；maintainability evaluation

0 引言

维修性是指产品在规定的条件下和规定的时间内，按规定的程序和方法进行维修时保持或恢复到规定状态的能力[1]。航空发动机是工业皇冠上的明珠，在航空发动机的设计研发中保证其功能、性能、强度、适航达标是研制过程中的最低要求，同时，维修性的好坏将直接影响到客户的选择进而影响到航空发动机的商业成功[2]。因此，在航空发动机的研制过程中需要开展维修性设计，同时开展维修性的分析评估，并在整个研发中不断地设计优化，最终达到维修性的最优化，保障航空发动机的顺畅运营。

本文以某型航空发动机风扇进气锥前段的维修性评估过程为例，阐述发动机各部件系统维修对象、相关维修对象的维修场景、相应维修场景下维修对象的维修步骤以及维修流程的确定方法和建立过程，制定一套基于场景分析的航空发动机维修性评估方法。图1为基于场景分析的发动机维修性评估流程示意图。

1 确定维修对象

航空发动机维修对象的确定应遵循以下4个步骤。

1）确定维修对象需求

参考目前主流的相似机型，梳理手册（ESM）中的每一项维修任务，确定维修对象，按ATA章节号进行分类，形成参考机型各部件系统维修清单。维修对象的层级细化到ATA的第6位，如71-11-01左风扇罩。

2）分析组件明细表

零组件明细表列出了组件的下一级零组件清单以及相应的装配数量。根据零件目录、工程图纸和零组件明细表进行分析，确定各部件系统组件明细表中承担部件系统功能的零组件。

3）确定航线可更换单元（LRU）清单

参考国内外相似机型LRU制定经验和某型航空发动机的结构方案，再依据LRU的基本划分原则，包括是否限寿件、传感器、冗余、故障率等方面，最终形成某型航空发动机的LRU清单。

4）形成维修对象清单

参考成熟机型的维修对象清单，依据某型航空发动机部件系统的组件明细表以及LRU清单，确定各部件系统维修对象清单，维修对象清单应涵盖计划维修任务和非计划维修任务。

以某型航空发动机风扇增压级为例，其维修对象清单如表1所示。

2 确定维修场景

航空发动机维修场景的确定应包括以下3個步骤。

1）确定维修任务需求

梳理相似机型手册（ESM）中的维修任务，包括拆卸安装、检查、勤务、测试、恢复等。按相应的维修对象整理对应的维修任务，最后形成相似机型各部件系统维修任务清单。

2）确定维修任务

参考并梳理维修工程分析出的计划维修任务和非计划维修任务，包括润滑或勤务、使用/目视检查、检查/功能检查、恢复、报废等。同时，梳理某型航空发动机各部件系统装配工艺文件，形成装配工艺文件清单。各部件系统维修任务应包含以上两部分内容。

3）形成相关维修对象的维修场景

结合相似机型的维修任务及某型航空发动机部件系统的维修任务，结合航线维修及车间维修的实际情况，确定某型航空发动机各部件系统最大维修任务清单，并明确相应维修对象的维修场景。

根据表1中风扇增压级维修清单涉及的维修对象，维修场景可按表2所示进行划分。

3 确定相关维修场景下的维修流程

航空发动机各部件系统维修对象相关维修场景下的维修流程应包括以下3个步骤。

1）确定维修步骤需求

梳理维修任务清单中相似机型维修任务的主要维修步骤，包括维修步骤中涉及的维修工具、地面支援设备、消耗品、人员姿势、维修时间等。

2）分析装配工艺

梳理维修任务清单中各部件系统装配的主要工艺步骤，包括装配工艺中涉及的工具工装、消耗品、人员姿势、人工时等。

3）建立维修对象在相关维修场景下的维修流程

参考类似机型维修任务步骤及某型航空发动机各部件系统装配工艺，结合航线维修及车间维修的实际情况，建立各部件系统维修对象在XX维修场景下的维修流程。

以表2中拆卸/安装场景下的风扇进气锥前段为例，建立的维修流程如表3所示。

4 维修性定量分析

4.1 定量设计要求

航空发动机维修性相关的定量设计要求为航线可更换单元（LRU）的平均更换时间，所对应维修对象为发动机LRU，维修场景为拆卸/安装。针对整机提出的维修性定量设计要求，经维修性建模分配后得到各部件系统相关LRU在拆装场景下的平均更换时间，例如，风扇进气锥前端在拆卸/安装场景下的平均更换时间为21min。

维修对象中非LRU件暂不进行定量分析。

4.2 维修性定量分析

以表3中建立的拆卸/安装场景下风扇进气锥前段的维修流程为例，参考美军标MIL-HDBK-470A[3]并结合工程实践，给出每个维修步骤的实际维修时间，如表4所示。

进气锥前段的维修性定量分析表明，进气锥前段拆卸/安装时间共计17min，满足“风扇进气锥前端在拆卸/安装场景下的平均更换时间不大于21min”的维修性要求。

5 维修性定性分析

5.1 定性设计要求

维修性相关的定性设计要求可分为可达性、可操作性、标准化、互换性、模块化、防差错、标记标识、维修安全性、人机工程及可修复性，适用于第2节中确定的所有维修对象，也适用于第3节确定的所有维修场景。换言之，各部件系统维修对象在相关维修场景下应满足维修可达性、可操作性、标准化、互换性、模块化、防差错、标记标识、维修安全性、人机工程及可修复性等要求，如风扇叶片在拆卸安装时应满足互换性要求。

5.2 维修性定性分析

以表3中建立的拆卸/安装场景下风扇进气锥前段的维修流程为例，结合实际工程设计情况，给出进气锥前段维修性设计要求的符合性说明，如表5所示。

进气锥前段的维修性定性分析表明，进气锥前段的设计基本满足可达性设计要求、可操作性设计要求、标准化设计要求、标识设计要求和维修安全性设计要求，维修性水平良好。

6 结论

建立了基于场景分析的航空发动机维修性评估方法，并结合具体维修对象风扇进气锥前段进行了维修性定量及定性分析评估后，得出以下结论：

1）基于建立的发动机维修性评估方法，经维修性定量分析，拆卸/安装场景下的风扇进气锥前段的平均更换时间为17min，满足维修性定量设计要求。

2）基于建立的发动机维修性评估方法，经维修性定性分析，拆卸/安装场景下的风扇进气锥前段的设计基本满足可达性设计要求、可操作性设计要求、标准化设计要求、标识设计要求和维修安全性设计要求，维修性水平良好。

3）风扇进氣锥前段的维修性分析结果表明，建立的基于场景分析的航空发动机维修性评估方法适用于航空发动机设计阶段的维修性评估工作，并可扩展应用于其他维修对象各种维修场景下的维修性水平分析，为后续维修性设计更新迭代提供反馈。

参考文献

[1] GJB 451A 可靠性维修性保障性术语[S].

[2] 郑作棣.我国民机的发展历程和经验教训[J].航空工业经济研究，2006（5）：3-22.

[3] MIL-HDBK-470A，Designing and Developing Maintainable Products And Systems [S].