老齡化無人機維修策略分析

楊 勇

（中國航天空氣動力技術研究院 北京）

隨著無人機技術的進步，無人機將作為一種新生的空中作戰(zhàn)力量出現在軍事舞臺。然而，正是由于其具有無人員傷亡、低戰(zhàn)斗損耗、低維修成本等優(yōu)點，設備的維修保養(yǎng)反而不受到重視。無人機老齡化后，頻繁出現故障甚至事故，這一問題已不容忽視地擺在用戶面前。

一、老齡化無人機的特點

老齡化無人機面臨很多問題，例如，飛行可靠性和可使用性大大降低，起降任務的正常性無法保證，而伴隨著這些問題的是故障率上升。老齡化無人機維修面臨最主要的問題有4點。

1.無人機結構與設備本身的安全問題

無人機的起落架、機身加強框、龍骨架等關鍵的結構，應力疲勞等對其造成的影響較大，威脅飛行安全。再者，老齡無人機的飛行架次較多，機身口蓋等開口區(qū)域疲勞損傷比較嚴重，在強氣流的影響下可能會發(fā)生撕裂。無人機機載設備內電子元器件老化。完全依靠電子設備和高精度傳感器是無人機區(qū)別于有人機的特點，隨著飛行次數的增加，部分設備運行總時間已接近其設計壽命。

2.老齡化無人機運營成本過高

由于老齡化無人機存在安全隱患，需要對其進行改裝或部分更換，來達到控制和預防老齡化無人機結構上的損傷的目的。但改裝或更換設備代價較高，升級費用隨著無人機的運行加速老化會持續(xù)增加，而且不同批次部件的改裝或更換可能會帶來新的隱患。

3.無法長時間中斷任務來進行頻繁保養(yǎng)

老齡化無人機仍然是軍方戰(zhàn)斗序列的一部分，在緊張的戰(zhàn)斗執(zhí)勤中，時間的寶貴不會允許無人機頻繁地檢修，否則影響起降效率，進而對任務進程產生消極影響。

4.缺乏高集中度的信息管理系統(tǒng)

當前的維修記錄，多為紙張版的記錄本或工程指令或非例行工卡，并無專業(yè)的系統(tǒng)存檔，對數據統(tǒng)計不利。目前維修主要采取“出現故障才維修”的方式，缺乏完整的結構損傷數據，對于機載設備具體狀況，不能夠予以有效的分析，也不能夠有效地預測損傷的具體發(fā)生規(guī)律。

面對這些問題，需要對老齡化無人機進行計劃維修，從而減少由于工程技術和維修管理方面原因而導致的老齡化無人機飛行的安全事故。

二、計劃維修的制度保證

無人機使用部門（一般為作戰(zhàn)連隊）要修訂有關老齡化無人機的相關章程，使得其能夠獨立于常規(guī)新服役無人機保養(yǎng)章程之外。其中最主要的是把老齡化無人機的維修記錄以規(guī)章制度的形式規(guī)范化，以更高標準來要求。

首先，質量監(jiān)督部門要根據無人機的初始設計水平和試飛試驗數據總結結果，確定老齡化無人機的概念，即設定一個年限或飛行架次數，超出此限制的為老齡化無人機，用以規(guī)范管理。

組織對于老齡化無人機在維修等方面的培訓，建立和完善一整套電子化的信息采集系統(tǒng)，用于采集無人機損傷和維修的詳細可信的數據。依據現在的使用狀況和修理改裝后的情況并結合采集的數據，選定適合老齡化無人機維修的方案并優(yōu)化。

后勤保障人員需要建立每個老齡化無人機的維修檔案，包括燃油箱系統(tǒng)、結構及起落架等的維護和改裝信息要求記錄詳細并且保存信息。

三、計劃維修策略

1.傳統(tǒng)維修策略

傳統(tǒng)的無人機系統(tǒng)預防性維修工作通常采用的都是維修日期、內容和維修時間均固定的定期維修類型，這是一種借鑒蘇聯設備維修的強制性執(zhí)行的維修方式。定期維修方式在保障機載設備的正常可靠運行中起到預防作用，一定程度上使設備在故障發(fā)生前得到維修，且便于設備維修計劃的制定、安排與管理。但由于定期維修是以設備的使用時間為基礎，其依據是設備的故障率都符合浴盆曲線圖（圖1），即當設備處于新投入或剛大修好的狀態(tài)下時，故障發(fā)生率極低，但隨著使用時間的推移，故障率逐漸達到峰值。然而，實際情況并非完全如此，數據顯示絕大多數的機械部件如電機、起落架等其故障率不隨時間而變，這意味著對于某些機載設備而言，固定的維修周期會造成維修過剩。

圖1 故障浴盆曲線規(guī)律

2.維修周期對維修有效性的影響

無人機設備運行過程中計劃外停機主要有2個原因，一是機載設備出現故障造成停機，稱為故障時間；二是對設備進行預防性維修時造成的停機，稱為檢查時間。機載設備總停機時間、故障時間和檢查時間三者之間的關系如圖2所示。

圖2 總停機時間、故障時間和檢查時間的關系

從圖2可看出，維修周期的合理確定與否，直接影響到無人機機載設備維修工作能否使故障發(fā)生的概率降到可以接受的水平。維修周期過長雖然可以減少檢查時間，但會出現維修不足，機載設備帶病運行，出現安全性事故或影響飛行任務的可能性就越大，導致設備發(fā)生的故障次數超過可接受的程度，增大了故障時間，也會造成更大的經濟損失；維修周期過短雖然可以減少故障時間，但是必然造成預防維修工作頻繁，使得檢查時間大幅度增加，出現維修過剩，不僅因頻繁通斷電影響元器件的使用壽命，增加維修成本，另一方面也會由于自身技術原因和盲目檢查，維修不當反而會導致設備可靠性下降。

實踐經驗表明，預防性維修周期的合理確定，直接影響到機載設備維修工作的適用性和有效性，只有在故障時間和檢查時間二者之間尋找平衡點，確定出最佳維修周期，最終才能實現機載設備管理維修過程優(yōu)化和維修費用經濟的目標。

3.合理的預防性維修策略

在無人機維修實踐中，為了更加有效地利用部件壽命，同時達到降低其故障率和維修費用的目的，通常采用大小修結合的復合維修方式。對這類維修工作的決策優(yōu)化，還需進一步研究和探索。復合維修方式是相較于單一維修方式而言的，其維修過程一般為：部件每經過一段時間，進行一次大修；而在每個大修周期內，則進行若干次小修。由于在實際中的大小修多采用定期更換和功能檢測，所以這里以“輔以功能檢測的定期更換維修”為例對這種維修方式進行研究。

零部件每經過更換間隔期Tr進行一次預防性維修或更換，一個維修周期是功能檢測周期Tn的k倍，更換期內對產品進行k-1次檢測，如圖3所示。功能檢測時，若發(fā)現潛在故障，則進行預防性維修；若無潛在故障，則繼續(xù)使用。在使用過程中，若發(fā)生功能故障，則立即停機修理；到達更換周期時不管部件狀態(tài)如何，都對無人機進行預防性更換。

圖3 老齡無人機復合維修方式時間間隔示意圖

組合維修是適用于像作戰(zhàn)無人機這樣一個復雜系統(tǒng)的一個維修優(yōu)化策略，它一般對系統(tǒng)設定一個時間間隔，然后以此作為系統(tǒng)維修周期對系統(tǒng)中部分部件進行集中維修。從系統(tǒng)可用性或費用的角度來看，組合維修策略是優(yōu)化系統(tǒng)維修決策的一種有效手段，尤其適合于存在拆裝和工作準備費用較高或耗時較多的情況，大大方便了維修規(guī)劃和管理。

四、結語

對無人機的老齡化維修與管理是個逐步認識的過程，需要平時不斷積累飛行試驗中維修數據，針對無人機設計和結構制造特點以及機載設備復雜程度，對老齡無人機采取有效的維修管理工作。為確保老齡化無人機的飛行安全性和任務可用性，需要設計人員和維修管理人員制定組合維修方案，并通過科學方法確定功能檢測和定期維修的周期。