基于可靠性為中心的航空保障系統(tǒng)特種裝置維修決策研究

惠寶聚，楊茂勝

（1.海裝艦技部，北京 100841；2.海軍航空工程學(xué)院 青島校區(qū)，山東 青島 266041）

航空母艦（以下簡(jiǎn)稱航母）是以艦載機(jī)為主要作戰(zhàn)武器并為其提供海上活動(dòng)基地的大型水面艦艇，是各國(guó)海軍實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)海戰(zhàn)略的關(guān)鍵裝備。航空保障（以下簡(jiǎn)稱航保）系統(tǒng)作為航母的主要系統(tǒng)之一，負(fù)責(zé)完成對(duì)艦載機(jī)的塔臺(tái)飛行起降指揮、航空機(jī)務(wù)保障和航空艦面勤務(wù)保障，是航母最具特色的全新系統(tǒng)，是航母工程中實(shí)現(xiàn)“飛機(jī)上艦”和“形成作戰(zhàn)能力”的關(guān)鍵所在［1］。

目前在俄羅斯“庫(kù)茲涅佐夫”號(hào)航母上安裝的特種裝置大多采用的是定期維修方式，如阻攔索使用次數(shù)、油液冷卻器陽(yáng)極棒使用時(shí)間到達(dá)規(guī)定時(shí)限就必須更換。這種維修模式存在著如下的弊端：一方面為了保證安全，給出的定期維修間隔期相對(duì)較短，這樣就存在較為嚴(yán)重的浪費(fèi)現(xiàn)象，使得維修費(fèi)用高，“性價(jià)比”較低；另一方面定期維修必然導(dǎo)致部分運(yùn)行狀態(tài)較好的裝備周期性停運(yùn)，使得某一時(shí)間段維修工作量集中，不利于提高維修質(zhì)量，使裝備完好率下降［2－5］。

以可靠性為中心的維修（RCM）是以裝備的故障模式和影響分析為基礎(chǔ)的，其出發(fā)點(diǎn)不是單純提高可靠性、可用率，而是考慮經(jīng)濟(jì)性與可靠性的最佳結(jié)合，即以最經(jīng)濟(jì)的方式提高可靠性［6－9］。所采用的方法是用技術(shù)分析代替經(jīng)驗(yàn)規(guī)定，用技術(shù)分析的結(jié)果作為維修決策的依據(jù)，這樣就可以克服上面所提到的定期維修所帶來(lái)的兩個(gè)問(wèn)題［10－12］。

1 航保系統(tǒng)特種裝置基本概況

航空保障系統(tǒng)特種裝置（簡(jiǎn)稱特種裝置）是航母實(shí)現(xiàn)艦機(jī)結(jié)合的關(guān)鍵裝備，在俄羅斯“庫(kù)茲涅佐夫”號(hào)航母上安裝的特種裝置主要包括：起降系統(tǒng)中的阻攔索/網(wǎng)裝置、噴氣偏流板裝置、飛機(jī)止動(dòng)裝置、起降集中控制裝置；調(diào)運(yùn)系統(tǒng)中的飛機(jī)升降機(jī)、機(jī)庫(kù)大門和調(diào)向轉(zhuǎn)盤；起飛和著艦引導(dǎo)系統(tǒng)中的光學(xué)助降裝置、起降綜合電視監(jiān)視系統(tǒng)、著艦引導(dǎo)雷達(dá)等。該類裝備的狀態(tài)完好性直接影響著航母艦載機(jī)出動(dòng)回收能力，影響艦載機(jī)的起降安全，在很大程度上決定了航母的戰(zhàn)斗力。

2 航保特種裝置維修技術(shù)保障特點(diǎn)

2.1 要求高

航空保障系統(tǒng)作為直接保障艦載機(jī)遂行作戰(zhàn)任務(wù)的特殊裝備系統(tǒng)，是連接航母與艦載機(jī)的“紐帶”，為艦載機(jī)在母艦上的起降、著艦引導(dǎo)、轉(zhuǎn)運(yùn)、維修、供應(yīng)及飛行前后的準(zhǔn)備等各項(xiàng)航空作業(yè)提供最直接的保障。其裝備完好性是決定艦載機(jī)能否發(fā)揮應(yīng)有作戰(zhàn)效能的前提和基礎(chǔ)。因此，其維修技術(shù)保障工作對(duì)于提高航空保障系統(tǒng)的保障效能，進(jìn)而提高其對(duì)艦載機(jī)的保障能力具有重要的意義。

2.2 任務(wù)重

航母的作戰(zhàn)使命主要由艦載機(jī)來(lái)承擔(dān)和完成。作戰(zhàn)訓(xùn)練時(shí)，艦載機(jī)通常需要連續(xù)、多日、持續(xù)地執(zhí)行“多機(jī)多波次”的作戰(zhàn)訓(xùn)練任務(wù)，使得艦空保障系統(tǒng)的日工作時(shí)長(zhǎng)往往達(dá)到12 h以上。航保系統(tǒng)使用頻率高、強(qiáng)度大，壽命件、消耗件更換頻繁，保障難度大，加之系統(tǒng)組成龐大、裝備類型千差萬(wàn)別，各類裝備的突發(fā)故障需及時(shí)解決，維修技術(shù)保障工作量大、任務(wù)重。

2.3 危險(xiǎn)大

艦載機(jī)起飛、著艦等作業(yè)，可能導(dǎo)致機(jī)毀人亡、火災(zāi)和爆炸等重大災(zāi)難事故。航空保障系統(tǒng)除直接為上述作業(yè)提供保障服務(wù)外，還涉及上萬(wàn)枚航空彈藥、幾千噸噴氣燃料與幾十兆帕高壓氧氣、氮?dú)獾馁A存、轉(zhuǎn)運(yùn)、加注與補(bǔ)充等高危作業(yè)，工作中安全風(fēng)險(xiǎn)大，對(duì)裝備可靠性和安全性要求高。因此，維修技術(shù)保障工作必須做到精準(zhǔn)、高效，確保航空保障系統(tǒng)始終保持較高的完好率和可用率。

3 航保特種裝置RCM分析

運(yùn)用以可靠性為中心的維修方法（RCM）進(jìn)行分析，主要包括重要功能部件確定、故障模式及影響分析和重要功能部件RCM邏輯決斷等三個(gè)步驟［13－15］。下面以俄羅斯“庫(kù)茲涅佐夫”號(hào)航母噴氣偏流板裝置為例來(lái)介紹RCM在航保特種裝置維修決策中的應(yīng)用。

3.1 重要功能部件確定

運(yùn)用RCM輔助分析軟件進(jìn)行分析，確定方法步驟。

3.1.1 確定原則

特種裝置中滿足下列條件之一的部件應(yīng)確定為重要功能部件。

1）該部件的故障可能影響安全；

2）該部件的故障可能影響任務(wù)完成；

3）該部件的故障可能導(dǎo)致重大的經(jīng)濟(jì)損失；

4）該部件的隱蔽功能故障與另一有關(guān)的或備用部件的故障的綜合可能導(dǎo)致上述一項(xiàng)或多項(xiàng)影響；

5）該部件的故障可能引起的從屬故障將導(dǎo)致上述一項(xiàng)或多項(xiàng)影響。

3.1.2 確定步驟

確定重要功能部件是一個(gè)自上而下的、粗略的過(guò)程，如果沒(méi)有準(zhǔn)確的信息表明某一部件是否為重要功能部件，應(yīng)將該部件暫時(shí)劃為重要功能部件。確定過(guò)程中，對(duì)部件故障后果一般應(yīng)采用工程判斷方法進(jìn)行決斷。重要功能部件的確定一般應(yīng)按如下步驟進(jìn)行：

1）從系統(tǒng)級(jí)開始至可在裝備上直接更換或修復(fù)的最低層次上的單元為止，逐層列出各個(gè)部件，形成裝備的結(jié)構(gòu)框圖；

2）從系統(tǒng)級(jí)開始自上而下地對(duì)各個(gè)層次上的部件進(jìn)行重要功能部件判定。如果某一部件被確定為重要功能部件，則應(yīng)繼續(xù)判定其下一層次的部件是否為重要功能部件。此過(guò)程反復(fù)進(jìn)行，直至非重要功能部件可在裝備上直接更換或修復(fù)的最低層次上的單元為止。

3.1.3 特種裝置重要功能部件匯總

按此分析方法得到的噴氣偏流板裝置重要功能部件見(jiàn)表1。

表1 噴氣偏流板裝置重要功能部件匯總Table 1 Collection of parts with important functions in the Jet blast deflector

3.2 故障模式及影響分析

進(jìn)行故障模式和影響分析，具體分析過(guò)程通過(guò)RCM輔助分析軟件進(jìn)行分析。分析內(nèi)容包括各重要功能部件故障原因、故障模式、對(duì)裝置各層次影響等，形成FMEA匯總表。

以噴氣偏流板裝置中的冷卻面板為例，分析過(guò)程如圖1和圖2所示。其故障模式有兩種，即安裝螺釘松動(dòng)和冷卻板損壞，其中導(dǎo)致安裝螺釘松動(dòng)的原因是偏流板受到振動(dòng)或者較大沖擊載荷，這就有可能影響到冷卻面板的使用，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致面板與底板的連接脫落，不能完成降溫作用。造成冷卻面板損壞的原因主要是：冷卻面板經(jīng)常受到發(fā)動(dòng)機(jī)高溫氣流作用，而且正對(duì)著發(fā)動(dòng)機(jī)噴口處的氣溫最高，而偏流板裝置四周處冷卻面板承受的溫度相對(duì)較低，因此正對(duì)著發(fā)動(dòng)機(jī)噴口處的冷卻面板容易損壞，從而影響到整個(gè)噴氣偏流板的降溫偏流作用實(shí)現(xiàn)。

圖1 冷卻面板故障模式分析Fig.1 Analysis of the failure modes for Jet blast deflector

圖2 冷卻面板故障原因分析Fig.2 Analysis of the failure causes for Jet blast deflector

3.3 重要功能部件RCM邏輯決斷

運(yùn)用RCM邏輯決斷圖確定重要功能部件維修工作類型、維修等級(jí)、預(yù)防性維修間隔和時(shí)機(jī)。

1）RCM邏輯決斷方法。應(yīng)用邏輯決斷確定預(yù)防性維修工作類型，如圖3所示。針對(duì)以可靠性為中心的維修分析部件各功能故障原因應(yīng)按邏輯決斷圖的流程進(jìn)行分析，選擇適用而有效的預(yù)防性維修工作類型。對(duì)于沒(méi)有找到適用的和有效的維修工作類型的部件，應(yīng)根據(jù)其故障后果的嚴(yán)重程度確定是否更改設(shè)計(jì)。

2）維修工作類型。維修工作類型包括保養(yǎng)、操作人員監(jiān)控、定期檢查、技術(shù)檢測(cè)、定時(shí)拆修、定期報(bào)廢、綜合工作等。對(duì)于冷卻面板，除了日常保養(yǎng)外，當(dāng)達(dá)到一定的使用時(shí)限就應(yīng)該進(jìn)行定期報(bào)廢。

3）特種裝置重要功能部件維修等級(jí)。維修等級(jí)分為三級(jí)：艦員級(jí)、中繼級(jí)和基地級(jí)。對(duì)于冷卻面板的更換，適用于艦員級(jí)。

4）特種裝置重要功能部件的預(yù)防性維修間隔和時(shí)機(jī)。以故障規(guī)律與故障特征為依據(jù)，但為了便于執(zhí)行，應(yīng)盡可能與現(xiàn)有的維修制度的規(guī)定一致。除非特殊需要，一般應(yīng)將分析出的預(yù)防性工作按分析要求的間隔期就近靠在現(xiàn)有制度規(guī)定的間隔期上。間隔期一般應(yīng)成倍數(shù)關(guān)系，這樣便于維修管理與操作。對(duì)于冷卻面板，其預(yù)防性維修間隔期為×××次，即當(dāng)使用×××次后，不管面板損壞與否，都應(yīng)進(jìn)行更換處理，避免因超期使用出現(xiàn)預(yù)想不到的嚴(yán)重后果。

以此類推，對(duì)裝置的每個(gè)重要功能部件都按照上面的分析方法進(jìn)行決斷，最后經(jīng)過(guò)匯總就可以得到整個(gè)噴氣偏流板裝置的維修工作類型、維修等級(jí)和維修間隔期等重要數(shù)據(jù)。由于該方法具有通用性，因此可直接推廣應(yīng)用到整個(gè)航保系統(tǒng)特種裝置的維修決策分析中。

圖3 冷卻面板RCM邏輯決斷圖Fig.3 Logic chart of RCM for the flats

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)航保系統(tǒng)特種裝置維修保障特點(diǎn)分析，提出了以基于可靠性為中心的維修決策方法，并以噴氣偏流板裝置為例對(duì)該方法的分析過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)闡述。通過(guò)研究，得到如下結(jié)論。

1）RCM可有效地應(yīng)用于航保系統(tǒng)特種裝置維修分析中，可為機(jī)關(guān)決策提供理論參考。

2）航保系統(tǒng)維修保障具有要求高、任務(wù)重和危險(xiǎn)大等特點(diǎn)，在實(shí)際工作中各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)應(yīng)加強(qiáng)管理、勤于研究、善于總結(jié)，以提高維修保障質(zhì)量。

3）保障人員應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)定的維修保障類型和間隔期進(jìn)行維修作業(yè)，尤其是在對(duì)特種裝置各種重要功能部件進(jìn)行維修時(shí)，應(yīng)高度重視、加倍小心，避免出現(xiàn)人為差錯(cuò)。

4）裝備在試驗(yàn)和使用中反應(yīng)出來(lái)的各種數(shù)據(jù)是進(jìn)行基于可靠性為中心的維修決策的重要依據(jù)，各類保障人員應(yīng)加強(qiáng)對(duì)所執(zhí)掌裝備的研究力度，注意收集裝備在使用和維修中的各種性能參數(shù)，尤其是對(duì)那些典型故障的故障現(xiàn)象、故障原因及故障處理方法，應(yīng)做好詳細(xì)記錄，并進(jìn)行分類保存，為后續(xù)裝備維修保障和研究奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 楊茂勝，畢玉泉，陳躍良.簡(jiǎn)析阻攔索裝置定長(zhǎng)沖跑控制閥［J］.海軍航空工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2012，27（2）：223－227.YANG Mao-sheng，BI Yu-quan，CHEN Yue-liang.Studying on the Working Principle and Familier Trouble of the Constant Runout Value for the Arresting Gear［J］.Journal of Naval Aeronautical and Astronautical University，2012，27（2）：223－227.

［2］ 張彥宏，賴長(zhǎng)江，郭建科.海上艦船裝備維修保障建設(shè)探討［J］.裝備環(huán)境工程，2007，4（4）:81－84.ZHANG Yan-hong，LAI Chang-jiang，GUO Jian-ke.Discussion on the Construction of Maritime Warships Equipment Maintenance and Support［J］.Equipment Environmental Engineering，2007，4（4）:81－84.

［3］ 黃君玲，張來(lái)斌，段禮祥.基于狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷的RCM技術(shù)［J］.石油機(jī)械，2011，39（4）:60－63.HUANG Jun-ling，ZHANG Lai-bin，DUAN Li-xiang.The Condition Monitoring and Fault Diagnosis-based RCM Technology［J］.China Petroleum Machinery，2011，39（4）:60－63.

［4］ 白文柱，馮文奇，葉劍.基于RCM的海上設(shè)備維修管理模式［J］.中國(guó)修船，2013，26（4）:51－53.BAI Wen-zhu，F(xiàn)ENG Wen-qi，YE Jian.RCM-based Management Model of Equipment Maintenance on Offshore Oil Platform［J］.China Shiprepair，2013，26（4）:51－53.

［5］ 喻剛，王國(guó)生，張春龍.RCM方法在裝備維修策略研究中的應(yīng)用［J］.裝備制造技術(shù)，2013，10（6）:76－78.YU Gang，WANG Guo-sheng，ZHANG Chun-long.Application of RCM Method in Research of Equipment Repair Policy［J］.Equipment Manufacturing Technology，2013，10（6）:76－78.

［6］ 董信宏，王莉芳.基于RCM的流程型生產(chǎn)線設(shè)備維修決策方法研究［J］.醫(yī)藥工程設(shè)計(jì)，2006，27（3）:25－27.DONG Xin-hong，WANG Li-fang.Research of Decision Method for Maintenance of Equipment in Flow Production Line Based on RCM［J］.Pharmaceutical&Engineering Design，2006，27（3）:25－27.

［7］ 李佳偉，潘尚峰.基于RCM的絲桿軸承周期維修策略［J］.機(jī)床與液壓，2012，40（23）:178－180 LI Jia-wei，PAN Shang-feng.Periodic Maintenance Strategy for Screw Bearing Based on RCM［J］.Machine Tool&Hydraulics，2012，40（23）:178－180.

［8］ 汪文峰，宋黎.武器裝備備件維修任務(wù)預(yù)測(cè)［J］.裝備環(huán)境工程，2009，6（5）：42－44.WANG Wen-feng，SONG Li.Prediction of Equipment Spare Part for Maintenance Task［J］.Equipment Environmental Engineering，2009，6（5）：42－44.

［9］ LI Chao，LI Xiang-ke，WANG Xiao-ming.Diversity-oriented Synthesis of Bicyclic Ring Systems Via a Conjugate Addition/Aldol/RCM Process［J］.Science China（Chemistry），2013，56（3）:337－341.

［10］ 張西山，閆鵬程，孫江生.基于RCM的維修保障信息平臺(tái)［J］.兵工自動(dòng)化，2011，30（5）:30－32.ZHANG Xi-shan，YAN Peng-cheng，SUN Jiang-sheng.Maintenance Support Information Platform Based on RCM［J］.Ordnance Industry Automation，2011，30（5）:30－32.

［11］ 關(guān)金發(fā)，吳積欽，王旭東.接觸網(wǎng)RCM維修策略研究［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2013（7）:97－101.GUAN Jin-fa，WU Ji-qin，WANG Xu-dong.Study on Optimized Maintenance Strategy of Overhead Contact Line System Based on RCM Technology［J］.Railway Standard Design，2013（7）:97－101.

［12］ 胡少波.螺栓-法蘭連接系統(tǒng)RCM分析及故障風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)［J］.石油化工設(shè)備，2013，42（2）:66－71.HU Shao-bo.Reliability Centered Maintenance and Risk Assessment of the Bolt-flange Connection System［J］.Petro-Chemical Equipment，2013，42（2）:66－71.

［13］ 但斌斌，鄔俊惠，容芷君.基于RCM的冶金單體設(shè)備預(yù)防性維修模型［J］.武漢科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，34（6）:458－461.DAN Bin-bin，WU Jun-hui，RONG Zhi-jun.RCM-based Preventive Maintenance Model of the Single Metallurgical Equipment［J］.Journal of Wuhan University of Science and Technology，2011，34（6）:458－461.

［14］ 左飛，賈佳，符萌.基于RCM的鐵路信號(hào)設(shè)備維修周期的分析［J］.鐵路計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2010，19（4）:11－14.ZUO Fei，JIA Jia，F(xiàn)U Meng.Analysis of Railway Signal Equipment Maintenance Cycle Based on RCM［J］.Railway Computer Application，2010，19（4）:11－14.

［15］ 朱日春，謝立軍，周偉.航空保障裝備RCM輔助分析決策系統(tǒng)研究［J］.信息技術(shù)，2013（4）:107－109 ZHU Ri-chun，XIE Li-jun，ZHOU Wei.Research on Aviation Guaranteeing Equipment Auxiliary Analysis Decision System Based on RCM［J］.Information Technology，2013（4）:107－109.