飛機機電系統(tǒng)備件保障需求分析

王 辛 劉 釗

（中國飛行試驗研究院，陜西 西安710089）

0 引言

備件作為飛機的綜合保障要素之一，其保障程度不僅決定著飛機使用階段維修保障工作的順利與否，最終還將影響到飛機戰(zhàn)備完好性水平的高低。機電系統(tǒng)作為飛機的重要系統(tǒng)，其備件保障更是直接影響著飛機整體作戰(zhàn)效能的發(fā)揮。機電系統(tǒng)備件配置的品種和數(shù)量不夠，會造成飛機大部分時間處于不可用狀態(tài)；反之，盲目地增加備件庫存量，又會導(dǎo)致飛機全壽命周期費用增加。因此，如何對飛機機電系統(tǒng)使用階段的備件配置種類及數(shù)量進行科學合理的估算，是飛機綜合保障工作中亟需解決的重要問題。

1 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

國外對包括機電系統(tǒng)在內(nèi)的飛機備件數(shù)量統(tǒng)計分析與預(yù)測研究很多。20世紀60年代起，國外就已對備件管理問題進行了大量的研究［1］，并取得了不少成果。許多理想環(huán)境下的備件庫模型被不斷提出和改進。早期的備件需求預(yù)測模型主要應(yīng)用專家決策方法，多以經(jīng)驗數(shù)據(jù)來確定備件的庫存數(shù)量。80到90年代，為了解決飛機戰(zhàn)備完好性問題，人們將可靠性、使用可用度等指標引入備件需求預(yù)測過程中。主要有以可靠性、使用可用度、戰(zhàn)備完好性等參數(shù)為基礎(chǔ)的備件需求預(yù)測方法，在預(yù)測過程中著重考慮備件的消耗過程，從零件本身的損壞機理以及備件所導(dǎo)致的后果出發(fā)，建立備件的數(shù)學模型［2］。目前，國內(nèi)針對產(chǎn)品設(shè)計、定型、生產(chǎn)過程中的備件保障工作編制了一些國家軍用標準，為指導(dǎo)飛機機電系統(tǒng)備件品種與數(shù)量的確定提供了一定的參考［3］。但主要是從程序上規(guī)范備件保障方案和備件確定過程，并不涉及具體的備件品種和數(shù)量確定的分析方法和技術(shù)，缺少對飛機機電系統(tǒng)備件保障需求預(yù)測的指導(dǎo)方法。因此，開展飛機機電系統(tǒng)備件保障的影響因素分析，結(jié)合使用過程中的維修保障流程得出飛機機電系統(tǒng)備件的需求種類和數(shù)量，是我們亟需研究的課題。

2 飛機機電系統(tǒng)備件保障影響因素分析

2.1 影響飛機機電系統(tǒng)備件種類的因素

飛機機電系統(tǒng)使用階段的備件供應(yīng)種類主要受到機電系統(tǒng)運行環(huán)境、備件貯存空間、維修體制、保障模式等因素的影響，備件的確定應(yīng)滿足每次執(zhí)行飛行任務(wù)期間不因備件供應(yīng)不足而影響到飛機機電系統(tǒng)可用度的要求。綜合來說，影響飛機機電系統(tǒng)備件種類的主要因素如圖1所示。

在飛機使用階段確定機電系統(tǒng)備件種類時，應(yīng)綜合考慮上述影響因素，包括維修方案、任務(wù)需求、使用環(huán)境、貯存方式、經(jīng)濟性等，確定實際所需的備件種類目錄，根據(jù)確定的飛機機電系統(tǒng)備件種類，再確定每種備件的實際所需數(shù)量。

圖1 飛機機電系統(tǒng)使用階段備件種類影響因素圖

2.2 影響飛機機電系統(tǒng)備件需求量的因素

確定備件需求總數(shù)是供應(yīng)保障中的一項主要工作，通常做法是統(tǒng)計一段時間內(nèi)備件需求的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，再合理分析備件的故障率、訂貨周期等因素，不斷修訂使用和維修期間所獲得的備件消耗和需求數(shù)據(jù)。影響備件需求量的主要因素包括：

（1）維修方案。維修方案是飛機保障方案的重要組成部分，一般包括維修類型及其主要內(nèi)容、修理原則、維修級別及其任務(wù)、主要保障資源、維修活動的約束條件等。

（2）修復(fù)性維修和預(yù)防性維修活動。在預(yù)防性維修過程中，更多考慮的是壽命到期產(chǎn)品的備件需求；而修復(fù)性維修過程中，則依賴于產(chǎn)品故障發(fā)生概率即故障率，故障率高的產(chǎn)品，備件需求相應(yīng)也要增加。

（3）產(chǎn)品互換性?，F(xiàn)代航空產(chǎn)品設(shè)計時一般都有互換性的強制要求，互換性不僅要求結(jié)構(gòu)上互換，而且還要求功能上能夠互換?；Q性受設(shè)備技術(shù)狀態(tài)影響較大，技術(shù)狀態(tài)如有變化（例如結(jié)構(gòu)尺寸更改、功能更改、核心軟件改版等），產(chǎn)品不能直接互換，勢必會影響到備件的技術(shù)狀態(tài)和需求量。

（4）產(chǎn)品測試性。飛機機電系統(tǒng)內(nèi)部的故障自檢測裝置（也稱為機內(nèi)自檢測裝置，BITE）的故障檢測隔離能力和機外測試設(shè)備的測試能力都會影響到故障隔離等級，隔離到外場可更換單元LRU級別還是進一步隔離到內(nèi)場可更換單元SRU級別，隔離級別的不同將會使飛機機電系統(tǒng)在不同維修級別場所的備件配置需求不同。

（5）產(chǎn)品重要程度。某些產(chǎn)品是影響到飛機安全的，稱之為核心系統(tǒng)或設(shè)備；某些產(chǎn)品是飛機完成某項特定任務(wù)所必需的，稱之為任務(wù)系統(tǒng)或設(shè)備；還有一些產(chǎn)品故障僅僅會造成一定的經(jīng)濟后果，則稱之為一般系統(tǒng)或設(shè)備。顯而易見，前2類系統(tǒng)或設(shè)備發(fā)生故障時應(yīng)能立即獲取備件，保證通過換件的方式使其功能迅速恢復(fù)。

2.3 影響飛機機電系統(tǒng)備件的經(jīng)濟性因素

從飛機備件費用成本、貯存空間考慮，高價備件（A類）為高價周轉(zhuǎn)件，該類備件占總數(shù)量的20%，卻占了80%的備件費用；B類備件為中價可修件；C類為低價消耗件和標準件。在確定飛機機電系統(tǒng)備件項目時，應(yīng)重點關(guān)注A類和B類備件，并考慮備件的周轉(zhuǎn)周期、訂貨周期，然后逐項評審確定。A、B、C類備件產(chǎn)品特性如表1所示。

表1 A、B、C類備件產(chǎn)品特性表

2.4 影響飛機機電系統(tǒng)備件的壽命分布因素

結(jié)合飛機機電系統(tǒng)訓(xùn)練中對備件的需求，并考慮到實際作戰(zhàn)任務(wù)，將飛機機電系統(tǒng)備件的壽命分布分為2類：正態(tài)分布和威布爾分布。文獻［4］給出了這2種壽命分布類型的適用范圍，具體如表2所示。

表2 飛機機電系統(tǒng)備件的壽命分布類型及其適用范圍

綜上所述，由于影響飛機機電系統(tǒng)備件保障的因素復(fù)雜，所以想要準確地估計備件需求情況就要綜合考慮多方因素，只有這樣才能確定備件需求量相應(yīng)的特征指標參數(shù)。

3 飛機機電系統(tǒng)備件需求量模型的建立及驗證

3.1 平均更換間隔MTBR的定義

平均更換間隔（Mean Time Between Removals，MTBR）是與保障資源有關(guān)的一種可靠性參數(shù)。其度量方法為：在規(guī)定的條件下和規(guī)定的期間內(nèi)，產(chǎn)品壽命單位總數(shù)與從該產(chǎn)品上拆下其組成部分的總次數(shù)之比，其中不包括為便于其他維修活動或改進產(chǎn)品而進行的拆卸［5］。

平均更換間隔MTBR是對影響備件復(fù)雜因素的綜合反映，也是對機電產(chǎn)品故障率內(nèi)在規(guī)律的一種客觀描述。MTBR反映和描述的因素主要體現(xiàn)在如表3所示的3個方面。

表3 MTBR反映和描述的因素

3.2 有壽命要求的可修件需求量計算

對于有壽命要求的可修機電系統(tǒng)備件，其需求量S應(yīng)包括2部分：一是計劃更換所需備件量S1，二是非計劃更換所需備件量S2。

式中，n為飛機架數(shù)；u為單機安裝機電產(chǎn)品件數(shù)；th為年平均運行小時（h）；TAT為平均維修周轉(zhuǎn)時間（d）；P為運行比；L1為有壽件的壽命期限（h）（當L1不知時，可以用零部件的維修期或維修間隔期限的均值來代替）；MTBR為平均更換間隔（h）。

可得：S＝［S1＋S2］，其中［］表示取整數(shù)。

3.3 無壽命要求的可修件需求量計算

無壽命要求的可修機電系統(tǒng)備件，其需求量S由非計劃更換所決定。S是滿足下式的最小整數(shù)：

3.4 備件需求量計算結(jié)果的修正

備件需求量的數(shù)學計算模型是從歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)總結(jié)而來，但是導(dǎo)致備件消耗的因素是復(fù)雜的，如用戶的使用水平、管理能力和維護修理能力，備件使用強度等，備件的實際消耗往往會與模型的估算結(jié)果有一定的誤差，一般在實踐中采用相關(guān)的修正方法對模型估算結(jié)果進行適當修正。本文所采用的主要變量是MTBR，使這個變量不斷得到修正，估算結(jié)果就會更加接近準確值。

修正MTBR的主要方法是通過歷史數(shù)據(jù)計算得到備件消耗量并分析相關(guān)原因，按照備件的實際MTBR對理論MTBR進行修正，隨著歷史數(shù)據(jù)資料的逐步分析和調(diào)整，實際結(jié)果就會越來越接近真實值。

備件需求量修正主要采取如下3種方法進行：

（1）按月份統(tǒng)計備件消耗。按實際每月統(tǒng)計備件真實消耗量，對各類備件進行動態(tài)監(jiān)控。特別是對消耗量突然出現(xiàn)異常的備件，要分析其發(fā)生變化的內(nèi)在原因，采取針對性措施。

（2）按年度統(tǒng)計備件消耗。以月份統(tǒng)計歷史數(shù)據(jù)為依據(jù)，依年度統(tǒng)計消耗量，通常以近3年的消耗量為依據(jù)，計算實際的MTBR指標。剔除統(tǒng)計數(shù)據(jù)中備件的異常消耗情況，如人為破壞因素造成的故障等，然后根據(jù)統(tǒng)計資料得出MTBR值，并以此來修正理論值。

（3）其他特殊的備件消耗統(tǒng)計。除上述2種統(tǒng)計方法外，由于飛機機電系統(tǒng)的特殊使用環(huán)境，可有針對性地進行一些特殊的備件消耗統(tǒng)計。

3.5 備件需求量模型驗證

以某型飛機傳感器這一典型的機電系統(tǒng)設(shè)備為例，每架飛機安裝4個該型號的傳感器，飛行機組中隊共配備有3架飛機，每架飛機平均年飛行小時為1000h，傳感器的MTBR為300h，平均修理周期為30天，運行比為1，傳感器是有壽命要求的可修理件，壽命期限為600h，利用計算模型，可求出備件需求量。

由上得出，為保證飛機執(zhí)行任務(wù)，該傳感器應(yīng)該配備5件。

4 結(jié)語

對于飛機機電系統(tǒng)的備件配置，首先應(yīng)根據(jù)使用條件下維修方案、貯存方式、經(jīng)濟性等因素，確定實際需要的備件種類目錄，然后根據(jù)確定的備件種類以及影響備件數(shù)量的因素分析來預(yù)估出每種備件的需求數(shù)量，最后根據(jù)MTBR對統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行修正后得到飛機使用階段真正需要的備件數(shù)量。飛機機電系統(tǒng)備件需求量計算方法的確定，對設(shè)計部門調(diào)整供應(yīng)計劃和部隊接裝意義重大，其能保證飛機在執(zhí)行任務(wù)期間不會因機電系統(tǒng)備件缺貨而導(dǎo)致任務(wù)不能完成。

［1］任敏，陳全慶，沈震，等.備件供應(yīng)學［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2013

［2］葉心太，余仁波.裝備保障中備件需求量確定方法研究［J］.艦船電子工程，2010（5）

［3］單志偉.裝備綜合保障工程［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2007

［4］GJB4355—2002 備件供應(yīng)規(guī)劃要求［S］

［5］徐宗昌.保障性工程［M］.北京：兵器工業(yè)出版社，2008