系統(tǒng)工程法在直升機(jī)綜合保障工程中的應(yīng)用

景 堃

(海軍裝備研究院航空所，上海 200436)

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系統(tǒng)工程法在直升機(jī)綜合保障工程中的應(yīng)用

景 堃

(海軍裝備研究院航空所，上海 200436)

首先闡述了傳統(tǒng)技術(shù)及現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展對直升機(jī)綜合保障的影響；然后提出了系統(tǒng)工程法及其在直升機(jī)綜合保障工程中的具體應(yīng)用；最后提出系統(tǒng)工程法是一種成功而有效的方法，它能確保直升機(jī)的設(shè)計(jì)及保障資源的研制滿足使用維修要求。

系統(tǒng)工程法；綜合保障

1 直升機(jī)綜合保障所面臨的問題

1.1 傳統(tǒng)設(shè)計(jì)對直升機(jī)綜合保障的影響

在以往的型號研制中，盡管一直強(qiáng)調(diào)保障性與性能并行設(shè)計(jì)，由于管理和技術(shù)上缺乏可行的實(shí)施方法，在直升機(jī)研制中，直升機(jī)性能與保障性設(shè)計(jì)都是根據(jù)各自的準(zhǔn)則由系統(tǒng)設(shè)計(jì)和保障性分析人員分別實(shí)施，或者說，仍然采取序貫式的設(shè)計(jì)方法，在完成系統(tǒng)的圖樣設(shè)計(jì)之后，再來考慮綜合保障相關(guān)的問題，這樣的后果是：

1)不能使保障資源與直升機(jī)同時交付部隊(duì)；

2)不能保證所設(shè)計(jì)的直升機(jī)是可保障的，也不能保證所研制的保障資源能滿足直升機(jī)的使用與維護(hù)要求；

3)使用維修保障費(fèi)用成了直升機(jī)全壽命周期費(fèi)用的主要因素，正如圖1所示，使用維修保障費(fèi)用高達(dá)60%；

4)不能建立有效的資源保障體系；

5)不能滿足所規(guī)定的使用可用度要求。

圖1 直升機(jī)壽命周期的費(fèi)用分布

1.2 現(xiàn)代條件對綜合保障的影響

20紀(jì)70年代之后，下面因素對傳統(tǒng)設(shè)計(jì)造成了極大的挑戰(zhàn)，使得上述問題更為突出。

1)預(yù)算的限制；

2)直升機(jī)機(jī)載系統(tǒng)日益復(fù)雜；

3)技術(shù)的急劇發(fā)展，例如機(jī)載計(jì)算機(jī)的發(fā)展，日新月異，當(dāng)進(jìn)行保障設(shè)計(jì)時，機(jī)載計(jì)算機(jī)已經(jīng)“過時”了，地面保障設(shè)備可能就與機(jī)載設(shè)備不兼容了。

1.3 保障性與性能并行設(shè)計(jì)對保障費(fèi)用的影響

正如圖2所示，保障性與性能并行設(shè)計(jì)，將在設(shè)計(jì)階段開始3個月之后，在所有設(shè)計(jì)決策的60%確定下來的同時，有80%～90%的壽命周期也固定下來了。這種對保障性影響的設(shè)計(jì)方法意味著，盡管造成了較高的設(shè)計(jì)研發(fā)費(fèi)用，但是它降低了使用保障費(fèi)用，同時使設(shè)計(jì)的直升機(jī)是可保障的，使提供的保障資源能經(jīng)濟(jì)有效地建立滿足使用和任務(wù)要求的保障系統(tǒng)[1]。

圖2 設(shè)計(jì)的影響

在近20年的可靠性/保障性工程實(shí)踐中，盡管意識到并行設(shè)計(jì)是克服性能與可靠性/保障性設(shè)計(jì)脫節(jié)的有效方法，但在并行設(shè)計(jì)中由于管理及技術(shù)方法而存在著一定的問題。因此，盡管從上到下都強(qiáng)調(diào)并行設(shè)計(jì)，實(shí)際工作中還是自覺與不自覺地采用傳統(tǒng)的序貫式方法，分別進(jìn)行圖樣設(shè)計(jì)和保障性設(shè)計(jì)，從而導(dǎo)致綜合保障問題的依然存在。

1.4 綜合保障工程與系統(tǒng)工程方法

綜合保障所存在的上述問題，事實(shí)上是綜合保障工程的問題。從綜合保障工程的角度來看，它所解決的問題，既是與保障有關(guān)的直升機(jī)設(shè)計(jì)問題，又有大量的與直升機(jī)使用維修有關(guān)的保障資源的研制問題，并且要把這些問題協(xié)調(diào)起來。因此，綜合保障工程是由可靠性、維修性、測試性、保障性、及各系統(tǒng)專業(yè)組成的綜合學(xué)科。

以往的經(jīng)驗(yàn)表明，解決這些復(fù)雜的多專業(yè)組成的綜合學(xué)科的有效方法是一種系統(tǒng)工程法。

本文試圖以這種系統(tǒng)工程法，控制和實(shí)現(xiàn)圖樣與綜合保障工程的并行設(shè)計(jì)，以確保綜合保障工程目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

2 系統(tǒng)工程方法

2.1 系統(tǒng)工程方法概述

系統(tǒng)工程法[2]，如圖3所示，這是一種反復(fù)迭代的方法，它從系統(tǒng)的研發(fā)目標(biāo)開始，直到經(jīng)合格審定滿足使用需求并為用戶接受而結(jié)束。

圖3 系統(tǒng)工程法

2.2 系統(tǒng)工程方法在直升機(jī)綜合保障工程中的應(yīng)用

2.2.1 用戶需求

就直升機(jī)綜合保障而言，用戶的總的要求是：在直升機(jī)交付的同時，以最低的費(fèi)用提供與裝備相匹配的保障資源，建立相應(yīng)的保障系統(tǒng)。具體要求如下：

1)及時性。所有的保障資源必須與直升機(jī)同時布置到部隊(duì)，保證及時使用，使直升機(jī)盡快形成戰(zhàn)斗力。

2)經(jīng)濟(jì)性。要降低直升機(jī)壽命周期的使用維修保障費(fèi)用。

3)有效性。要保證保障資源與直升機(jī)相匹配，所研制的保障資源適合部隊(duì)使用操作。

4)系統(tǒng)性。要使交付的各類保障資源有機(jī)結(jié)合起來形成使用保障系統(tǒng)[3]。

2.2.2 綜合保障的要求或工作內(nèi)容

從綜合保障的角度，即要將用戶提出的保障資源需求轉(zhuǎn)化為綜合保障工作8大要素的相應(yīng)要求。

1)人員數(shù)量與技術(shù)等級。這是指負(fù)責(zé)保養(yǎng)、檢查和維修直升機(jī)以滿足其處于可用狀態(tài)的技術(shù)人員的數(shù)量及技術(shù)水平。它們影響可靠性維修性參數(shù)MTTR、MMH/FH。

例如，直XX型機(jī)1個中隊(duì)維修12架機(jī)，其外場維修人員為42人，其中技師12人，維修人員30人。

2)備件供應(yīng)。這里的備件是指非計(jì)劃維修所需要的部件。它通常以備件種類及相應(yīng)數(shù)量來定義。顯然維修缺乏所需部件就無法完成相應(yīng)的維修任務(wù)，因此備件供應(yīng)對于確保直升機(jī)的維修，保證整個機(jī)群的完好性是重要的。

3)設(shè)備保障。這里是指使用和維修所需的地面檢測設(shè)備、各種工具等。如ATE及專用試驗(yàn)設(shè)備。這些保障設(shè)備和工具對于故障診斷和隔離、設(shè)備的拆卸和安裝是重要的。它也影響著使用可用度A0、MTTR、MMH/FH等參數(shù)質(zhì)量。

例如RAH-66，其外場維修僅30套通用工具和20套專用工具，T800發(fā)動機(jī)也只需工具5件。

4)技術(shù)資料。這是指為維修人員提供維修活動所需的技術(shù)文件。它包括主要維護(hù)建議或維修大綱、維護(hù)手冊、布線圖冊、機(jī)載設(shè)備維護(hù)手冊、結(jié)構(gòu)修理手冊等。這些手冊對于直升機(jī)的維修和維修安全是重要的。

5)培訓(xùn)和培訓(xùn)保障。這是指為使用和維修人員所制定的培訓(xùn)計(jì)劃、課程設(shè)置、訓(xùn)練計(jì)劃、提供教材、培訓(xùn)設(shè)備等。其目的是使維修人員熟悉直升機(jī)，正確保養(yǎng)、維護(hù)直升機(jī)。

除此以外還包括：機(jī)場設(shè)施，包裝、裝卸、貯存和運(yùn)輸，計(jì)算機(jī)資源保障。

篇幅所限，不展開敘述。總之，要把用戶的需求轉(zhuǎn)化為綜合保障的具體要求。

2.2.3 保障性分析

綜合保障要素所相應(yīng)的保障資源要求，是以可靠性維修性信息為輸入，通過保障性分析來確定；保障性分析包括：FMECA，RCA/MSG，維修級別分析，使用與維修工作分析。

保障性分析過程如圖4所示。

保障資源確定如表1所示。

圖4 保障性分析

通過保障性分析，便可確定每一項(xiàng)維修工作所需的保障資源。如果對于全機(jī)糾正性維修、預(yù)防性維修分析所確定的全部維修工作，進(jìn)行如圖4所示的維修級別分析及使用與維修工作分析，那么，便可得到全機(jī)保障資源的分析結(jié)果。這一結(jié)果如果使要求得不到滿足，那么便返回設(shè)計(jì)，進(jìn)行設(shè)計(jì)更改，然后進(jìn)行新一輪分析過程。這樣反復(fù)迭代通過保障性分析來影響設(shè)計(jì)。

2.2.4 設(shè)計(jì)的綜合/一體化

這里所說的綜合/一體化，即正如如上所述，通過保障性來影響設(shè)計(jì)，從而獲得可保障直升機(jī)設(shè)計(jì)，同時獲得與直升機(jī)使用維修相匹配的保障資源。

在方案階段，將可靠性、維修性要求與重量、性能一起作為系統(tǒng)參數(shù)，進(jìn)行權(quán)衡協(xié)調(diào)，選擇合理的系統(tǒng)方案。而在設(shè)計(jì)階段，從綜合保障角度應(yīng)把綜合保障8要素，即保障資源的要求作為設(shè)計(jì)變量影響設(shè)計(jì)。

例如，在直XX型機(jī)電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)時，為接近調(diào)壓保護(hù)控制盒而開啟地板上的口蓋需要擰30多個緊固螺釘，顯然，對調(diào)壓保護(hù)控制盒維修時需要更多的時間進(jìn)行拆卸安裝。后經(jīng)協(xié)調(diào)，在保證結(jié)構(gòu)完整要求的同時，減少螺釘數(shù)量，滿足使用維修要求。

總之，正如圖4所示，通過保障性分析來影響設(shè)計(jì)，以便形成既滿足性能要求，又滿足使用維護(hù)要求的設(shè)計(jì)。

表1 保障性分析與維修保障資源要求

2.2.5 保障資源的試用與評估

我們可以借用大家所熟知的格言：“時間是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”。顯然，保障資源的外場試用與評估，可以檢查上述的分析和設(shè)計(jì)是否合理或通過反饋進(jìn)一步修改設(shè)計(jì)，最終，使設(shè)計(jì)的直升機(jī)是可保障的，所提供的保障資源與直升機(jī)的使用與維修是匹配的。

2.2.6 綜合保障工程活動的監(jiān)控

為了協(xié)調(diào)、監(jiān)督和控制直升機(jī)研制過程中的綜合保障各項(xiàng)工作，很重要的是建立相應(yīng)的組織管理機(jī)構(gòu)。例如在NH90研制中，便建立了如圖5所示的ILS(綜合后勤保障)機(jī)構(gòu)，實(shí)施對整個綜合保障的組織管理與協(xié)調(diào)監(jiān)控。

2.2.7 經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)

在以往的型號研制中，我們不是遵循上述的系統(tǒng)工程方法進(jìn)行綜合保障工程的研發(fā)工作，而往往是在工程圖樣結(jié)束之后，通過有限的外場調(diào)研以及與相似機(jī)種的簡單比較，以綜合保障建議書的形式，提出型號保障資源的配置要求。

在以往的型號研制過程中，也缺乏如圖5所示的管理監(jiān)控組織機(jī)構(gòu)。

這樣所提出的保障資源配置要求，盡管做過多次不同層次的評審，最終提交的保障資源不可避免地存在前面所述的問題。

3 結(jié)論

從上面的討論中，可以得出如下結(jié)論：

1)從直升機(jī)設(shè)計(jì)一開始，就進(jìn)行綜合保障工程的研究分析、綜合權(quán)衡，以影響系統(tǒng)的圖樣和性能設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)綜合保障工程與圖樣的并行設(shè)計(jì)。

圖5 NH90綜合后勤保障管理機(jī)構(gòu)

2)在整個研制過程中，通過反復(fù)迭代與綜合權(quán)衡，使得所設(shè)計(jì)的直升機(jī)是可保障的，使得研制的綜合保障資源經(jīng)濟(jì)有效地滿足使用與維護(hù)要求。

3)由于設(shè)計(jì)一開始將保障工程的要求作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的參數(shù)考慮，使保障資源得到優(yōu)化配置，正如圖6所示，它將大大降低直升機(jī)壽命周期內(nèi)的使用維修費(fèi)用。

圖6 不同設(shè)計(jì)方法的費(fèi)用比較

4)正如下式所示，由于采用系統(tǒng)工程法使所研制的保障資源得到優(yōu)化配置，它將大大減少因?yàn)槿藛T能力、備件供應(yīng)、運(yùn)輸?shù)仍蛩斐傻难诱`時間，從而滿足使用可用度要求。

式中，MTBF:平均故障間隔時間；MTTR：平均修復(fù)時間；MLDT：平均保障延誤時間。

顯然，系統(tǒng)工程法是一種成功而有效的方法，它能確保直升機(jī)設(shè)計(jì)及綜合保障資源的研制滿足使用維修要求。

[1] Van Deventer L I H，Kluit I J C P. Integrated Logistic Support in the NH90 Protect[C]. 15th European Rotorcraft Forum ，Amsterdam ，September 1989.

[2] System Engineering Approach to Carefree Maneuvering in the Balog[C] .Presented at AHS 61st Annual Forum， Grapevine TX， June2005.

[3] 彭秀云.談武器裝備綜合保障工作[J].海軍裝備，2001(5)：20-21.

Application of Systematic Engineering Method in Helicopter Integrated Support Engineering.

JING Kun

(Institute of Aviation Equipment, Naval Academy of Armament， Shanghai 200436, China)

This paper expounded the influence of traditional technology and modern technology development to the integrated support of helicopter and then put forward the systematic engineering method and its specific application in the integrated support engineering of helicopter. Last but not the least, it expounded that the systematic engineering method was a kind of successful and effective method which could ensure the design of helicopter and the development of support resource to meet the requirement of application and maintenance.

systematic engineering；integrated support

2015-02-01

景 堃(1983)，男，山西洪洞人，本科，工程師，主要研究方向：海軍航空裝備綜合保障方向。

1673-1220(2015)02-067-05

V267；V37

A