民用飛機維修工程分析方法研究

夏哲 羅輝

摘要：維修工程分析是S3000L中與維修相關(guān)的所有分析活動的集合，其分析結(jié)果是飛機編寫技術(shù)手冊、研制工具設(shè)備、制定航材計劃、確定培訓(xùn)需求等一系列保障工作的重要依據(jù)。我國民機制造商還沒有形成系統(tǒng)有效的維修工程分析體系。該文通過介紹維修工程分析的原理和方法，結(jié)合民機研制經(jīng)驗給出了維修工程分析各個分析活動的可行、有效的分析流程，為國內(nèi)開展民機維修工程分析工作提供了參考。

關(guān)鍵詞：維修工程分析 S300OL 綜合后勤保障 民機

中圖分類號： 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）07（c）-0000-00

Research on maintenance engineering analysis principle of civil aircraft

Xia Zhe， Luo Hui

（Shanghai Aircraft Customer Service Co.，Ltd，Shanghai 200241， China）

Abstract： Maintenance engineering analysis consists of all the maintenance related processes in S3000L that provides important data and resources for developing relevant aircraft service products， including technical manuals， special tools and equipment， spare schedules， training requirements， etc. Chinese commercial aircraft manufacturers are still working on building a systemic and efficient maintenance engineering analysis mechanism. In this text， based on the theory and method of maintenance engineering analysis and civil aircraft development experience， the author offered available and effective processes of each analysis activity in maintenance engineering analysis. The research could be used as reference for national manufacturers to developing maintenance engineering analysis and other related service tasks in the future.

Key words：Maintenance engineering analysis； S3000L； Integrated logistic support； Civil aircraft

S3000L《后勤保障分析國際程序規(guī)范》是由歐洲宇航與防務(wù)工業(yè)協(xié)會制定的后勤保障分析規(guī)范[1]，它規(guī)定了后勤保障分析（LSA， Logistic Support Analysis）的工作流程和工作包、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)元素和數(shù)據(jù)模型及信息交換等內(nèi)容，明確了與其它S系列規(guī)范的接口關(guān)系[2]。維修工程分析是S3000L中與維修相關(guān)的各分析活動的總稱，其目的是通過一系列分析活動，為后勤保障工作提供輸入。

大多國際主流機型制造商（包括波音、空客、龐巴迪等）已開始將S3000L標(biāo)準(zhǔn)納入到其主流機型的研制環(huán)節(jié)中，并將維修工程分析作為影響飛機維修性、可靠性、測試性設(shè)計的必要手段。目前我國民機制造領(lǐng)域?qū)S修工程分析的認(rèn)識和運用還有待提高。

該文介紹了S3000L和維修工程分析的關(guān)系，結(jié)合民機研制經(jīng)驗，給出了維修工程分析中各分析活動的目的、內(nèi)容及分析流程，對民用飛機開展維修工程分析工作提供指導(dǎo)。

1 S3000L和維修工程分析

制定S3000L的目的是促使保障性要求成為系統(tǒng)和設(shè)備要求的組成部分，以影響系統(tǒng)和設(shè)備的設(shè)計，盡早確定綜合保障存在的問題與費用需求，確定使用階段所需的保障資源以及建立保障信息的數(shù)據(jù)庫，其目標(biāo)是提高系統(tǒng)和設(shè)備的保障性與戰(zhàn)備完好性、優(yōu)化壽命周期費用與保障資源，以求在費用、進度、性能與保障性之間達到最佳的平衡。

S3000L由22個章節(jié)組成，其核心業(yè)務(wù)是各種保障性分析方法，共12個分析活動，如圖1所示。從維修的角度出發(fā)，我們將S3000L中與維修相關(guān)的6大分析活動統(tǒng)稱為維修工程分析，包括計劃維修分析（SMA， Scheduled Maintenance Analysis）、LSA相關(guān)的故障模式影響分析（LSA FMEA， LSA related Failure Modes and Effects Analysis）、損傷與特殊事件分析（DSEA， Damage and Special Events Analysis）、后勤相關(guān)使用任務(wù)分析（LROA， Logistics Related Operations Analysis）、修理級別分析（LORA， Level Of Repair Analysis）和維修任務(wù)分析（MTA， Maintenance Task Analysis）。

圖1 S3000L與維修工程分析的關(guān)系

民用飛機維修工程分析工作是一項與飛機研制并行的系統(tǒng)工程，它一方面通過分析工作輸出對設(shè)計的反饋意見，實現(xiàn)對飛機設(shè)計的影響，確保飛機在較低運營成本需求前提下具備良好的維修性、可靠性、測試性等性能；另一方面，通過規(guī)范、健全設(shè)計分析工作，為飛機客戶服務(wù)產(chǎn)品（包括地面支援設(shè)備/工具項目及功能確定、維修類出版物編制、航材計劃制訂等）的研制提供科學(xué)有效的工作輸入，從而為運營后的飛機支援工作打下堅定的基礎(chǔ)。

維修工程分析是基于飛機設(shè)計結(jié)果，結(jié)合飛機可能運營環(huán)境，從飛機維護角度對飛機進行系統(tǒng)性全面分析，設(shè)計合理的飛機維護和維修總體方案，確定所有可能的正常維護任務(wù)、故障排除任務(wù)和損傷修復(fù)任務(wù)，并確定這些維修任務(wù)的維修程序、維修地點、環(huán)境、間隔、工具設(shè)備、耗材、備件、人員、設(shè)施等。

2 維修工程分析各分析活動介紹

維修工程分析包括6大分析活動，其相互的輸入輸出關(guān)系如圖2所示。其中SMA用于確定計劃維修任務(wù)，LSA FMEA、DSEA用于確定糾正性維修任務(wù)，LROA用于確定運營相關(guān)任務(wù)，所有這些任務(wù)經(jīng)過匯總合并后進入到MTA和LORA中，經(jīng)過分析后得到每項任務(wù)的詳細操作步驟及相應(yīng)的資源需求，為飛機維修手冊（AMM， Aircraft Maintenance Manual）、故障隔離手冊（FIM， Fault isolation Manual）等飛機技術(shù)出版物的編寫提供輸入，同時也為航材計劃制定、工具設(shè)備研制、培訓(xùn)內(nèi)容確定等飛機客戶服務(wù)產(chǎn)品提供數(shù)據(jù)支持。

圖2 維修工程分析內(nèi)部各分析活動之間的輸入輸出關(guān)系

2.1 LSA FMEA

LSA FMEA是確定飛機系統(tǒng)相關(guān)的修復(fù)性維修任務(wù)清單以及排故任務(wù)清單的主要工作，是整個維修工程分析的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。LSA FMEA只對由內(nèi)因?qū)е碌娘w機系統(tǒng)/部件故障引發(fā)的修復(fù)性維修及排故需求進行分析，此處的“由內(nèi)因?qū)е碌墓收稀眱H指可探測的顯性故障，不可探測的隱性故障不屬于LSA FMEA 分析的范疇。

LSA FMEA分析是在航線可更換件層面上開展的、以確認(rèn)系統(tǒng)修理任務(wù)及排故任務(wù)清單為目的的分析工作，其中，系統(tǒng)修理任務(wù)清單主要通過LSA FMEA 分析產(chǎn)生，排故任務(wù)清單主要通過排故任務(wù)分析（TSA， Trouble Shooting Analysis）產(chǎn)生。本文給出LSA FMEA的分析流程見圖3，主要包括以下分析步驟：

（1）LSA系統(tǒng)樹構(gòu)建；

（2）工程 FMEA 報告整合；

（3）故障模式分組（不可探測故障、可直接定位故障和需要排故才能定位的故障）；

（4）故障模式探測方法分析，產(chǎn)生的不可探測故障清單給MSG-3分析提供參考；

（5）故障模式定位方法分析；

（6）排故需求分析，不能直接定位的故障作為候選項為后續(xù)的排故分析提供輸入；

（7）LSA FMEA輸出可直接定位故障產(chǎn)生的維修任務(wù)清單，作為后續(xù)MTA和LORA的輸入；

（8）排故分析，輸出不可直接定位故障產(chǎn)生的維修任務(wù)清單，作為后續(xù)MTA和LORA的輸入。

圖3 LSA FMEA分析流程

2.2 DSEA

損傷是指功能的失效或降低，不包含固有的故障（固有可靠性），例如擦傷、裂縫等。特殊事件是在產(chǎn)品生命周期內(nèi)發(fā)生的無法被認(rèn)作是一種正常操作情形的事件，例如鳥撞等。

進行DSEA的目的主要有兩點：第一，確定并量化飛機在役期間可能發(fā)生的特殊事件和損傷，并將結(jié)果作為維修任務(wù)分析的輸入，用于制定正確、合理的維修任務(wù)，從而保證損傷和特殊事件發(fā)生時，飛機的持續(xù)適航能力；第二，通過分析結(jié)果，改進飛機系統(tǒng)、子系統(tǒng)、部件的設(shè)計方案，使其得到更好地保護，從而優(yōu)化飛機設(shè)計。

DSEA總體分析流程圖如圖4所示，可分為5 個主要步驟。

（1）確定特殊事件是DSEA的第一步，應(yīng)利用飛機系統(tǒng)描述文件和其它支持材料（如相似機型飛機的類似分析）分析飛機生命周期每一個階段可能引發(fā)特殊事件的原因，確定所有相關(guān)的飛機使用階段，羅列每一個使用階段可能發(fā)生的特殊事件，并估算特殊事件的發(fā)生概率，并對特殊事件進行歸類。

（2）對于與特殊事件相關(guān)的所有飛機子系統(tǒng)/部件，確定使用的技術(shù)及其熟悉程度，評估使用的技術(shù)對損傷的敏感性，并確定技術(shù)/損傷評估等級。

（3）確定需要考慮的部件，在此步驟應(yīng)重點考慮那些對損傷或特殊事件敏感的部件。例如，特殊事件造成的液體泄漏，如果其影響到的部件是由腐蝕敏感材料制成的，則應(yīng)對這些部件重點關(guān)注。

（4）確認(rèn)受到影響的部件（設(shè)備、結(jié)構(gòu)）、功能、功能故障及影響，并根據(jù)功能故障的影響程度對其進行分類，如災(zāi)難性、危險、非常嚴(yán)重、輕微、無影響等。

（5）通過進行維修任務(wù)需求分析，確定相應(yīng)的維修任務(wù)。

圖4 DSEA分析流程

2.3 LROA

除了維護和修理任務(wù)外，飛機還應(yīng)考慮后勤相關(guān)的使用和操作等相關(guān)方面的因素。后勤相關(guān)的使用是一項獨立的任務(wù)，不能歸類到飛機的運行領(lǐng)域或是維修領(lǐng)域。LROA的目的是確定飛機不能指派給運行或維修的任務(wù)，這些任務(wù)的完成方便飛機每天的運行和維修（例如牽引、清洗、除冰和系留等等）。

LROA總體分析流程圖如圖5所示，可分為5個主要步驟。

（1）確定LRO判斷準(zhǔn)則。后勤相關(guān)的使用任務(wù)可以直接指派為飛機運行任務(wù)或飛機維修任務(wù)，三者之間的邊界是很主觀的，并且需要依據(jù)項目來定義，需要制定相關(guān)的判斷準(zhǔn)則。

（2）確定LRO候選項。通過分析飛機運行要求、設(shè)計和性能規(guī)范、勤務(wù)、地面處理、使用支持、MMEL要求等等，確定LRO候選項并建立初始清單。

（3）運用第一步中確定的判斷準(zhǔn)則，判斷潛在的LRO候選項。

（4）按分類準(zhǔn)則對確定的LRO進行分類，把LRO項目歸入適當(dāng)?shù)念悇e。

（5）記錄相應(yīng)的維修任務(wù)并進行編號，以報告形式輸出。

圖5 LROA分析流程

2.4 SMA

SMA的目的在于確定預(yù)防性維修工作。目前國際主流民用飛機制造商均遵照MSG-3邏輯分析方法進行SMA，通過制定飛機系統(tǒng)、動力裝置、結(jié)構(gòu)、區(qū)域和閃電高強度輻射場防護系統(tǒng)的初始最低預(yù)定維修/檢查要求，形成飛機維修審查委員會報告（Maintenance Review Board Report，MRBR），經(jīng)適航管理當(dāng)局批準(zhǔn)后作為飛機持續(xù)適航主要文件之一，是為航空運營人使用飛機準(zhǔn)備的基本文件。

MSG-3分析過程相對復(fù)雜，但已形成一定的分析邏輯和程序，可參照MSG-3文件[4]中的規(guī)定內(nèi)容執(zhí)行，在此不進行詳述。

2.5 LORA

LORA是指在裝備的研制、生產(chǎn)和使用階段，對預(yù)計有故障的產(chǎn)品，進行非經(jīng)濟性或經(jīng)濟性的分析，是通過考慮技術(shù)、商業(yè)、運營和環(huán)境數(shù)據(jù)等因素來確定可行的修理或報廢的維修級別的過程，決定部件故障是否修、如何修、在哪里修的問題[3]。

LORA分析主要有兩個目的：提供客戶選擇最佳修理方案的決策指導(dǎo)，并依據(jù)LORA結(jié)果對設(shè)計進行優(yōu)化。

LORA的分析流程圖如圖6所示，可分為以下幾個主要步驟。

（1）確定LORA候選項目清單，包括修理級別分析和更換級別分析兩種分析的候選項。

（2）對各候選項目進行可修理分析，判斷候選項目是否可修理。通常將技術(shù)上不可修或維修明顯不經(jīng)濟的項目判斷為不可修。對于不可修的項目采取報廢的處理方式。

（3）當(dāng)依據(jù)有限的數(shù)據(jù)就能得出最優(yōu)的決策時，可利用簡單LORA方法進行分析。簡單LORA通常是定性分析，主要利用最佳工程判斷或成本的粗略比較等方法來得出最優(yōu)決策。

（4）如果簡單LORA不能提供一個最優(yōu)修理級別的合理建議，則需要進行詳細LORA，即經(jīng)濟性LORA。經(jīng)濟性LORA是定量的分析方法，通過考慮所有影響修理/報廢成本的因素來得出合理的決策。

圖6 LORA分析流程

2.6 MTA

MTA的目的是確定飛機維修任務(wù)的具體執(zhí)行程序，以及執(zhí)行該任務(wù)所需的所有維修資源，（包括備件、消耗品、支援設(shè)備、人員、設(shè)施和任務(wù)持續(xù)時間等要求），并從維修性、經(jīng)濟性的角度對飛機設(shè)計提出優(yōu)化建議。

MTA是維修工程分析中處于下游的分析活動，其分析流程如圖7所示，可分為以下幾個步驟：

（1）匯總來自LSA FMEA、DSEA、SMA、LROA的任務(wù)，對相同的MTA任務(wù)進行合并以減少分析的量，并計算合并以后的維修任務(wù)頻率；

（2）任務(wù)合并后，分析給出下一步任務(wù)的工作內(nèi)容；

（3）創(chuàng)建任務(wù)結(jié)構(gòu)，將任務(wù)分解成相應(yīng)的子任務(wù)，并做好必要的任務(wù)引用記錄；

（4）任務(wù)資源需求分析，確定每個子任務(wù)所需要的資源；

（5）考慮順序方式和并行方式，確定任務(wù)時長（平均任務(wù)時長和工時）和子任務(wù)順序；

（6）任務(wù)信息匯總并形成報告，作為后續(xù)手冊編寫、工具設(shè)備研制、航材計劃制定等工作的輸入。

圖7 MTA分析流程

3 結(jié)語

隨著新技術(shù)和方法在我國飛機研制的應(yīng)用，對飛機維修性設(shè)計和后勤保障工作提出了更高的要求，需要應(yīng)用國際最新的標(biāo)準(zhǔn)來提高我國飛機的使用維護和保障水平。維修工程分析方法是當(dāng)前國際上非常先進的保障性分析方法，對于建立和完善我國民機維修保障體系具有重要意義。目前S3000L中并未介紹維修工程分析所包含各分析活動的詳細分析程序，該文在S3000L理論的基礎(chǔ)上，對維修工程分析的內(nèi)容進行了描述，并給出了詳細的分析程序，有助于我們在民機研制過程中借鑒相應(yīng)的分析流程和方法，為民機維修工程工作的開展提供參考。

參考文獻

[1]Aerospace and Defense Industries Association of Europe. S3000L International procedure specification for Logistics Support Analysis （LSA）. Issure 1 2010-04-01. Chapter 1.

[2]庚桂平. S3000L《后勤保障分析國際程序規(guī)范》介紹[J].航空標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量， 2013 （3）：49-53.

[3]李良峰， 陳柏松， 王曉偉， 等. 國內(nèi)外修理級別分析對比研究[J]. 裝備制造技術(shù)， 2011（8）： 140-143.

[4]ATA MSG-3 Operator/Manufacturer Scheduled Maintenance Development， Revision 2011. 2011.01.

作者簡介

夏哲（1984-），男，工程師，2008年西北工業(yè)大學(xué)航空宇航制造工程專業(yè)碩士，2012年法國高等航空航天學(xué)院系統(tǒng)工程專業(yè)碩士。2008年就職于中國商飛上海飛機客戶服務(wù)有限公司至今，主要從事飛機維修手冊編寫、維修工程分析、飛機地面支援設(shè)備及工具的研制與服務(wù)等工作。

羅輝（1986-），男，工程師，2011年上海交通大學(xué)航空航天學(xué)院碩士。2011年就職于中國商飛上海飛機客戶服務(wù)有限公司至今，主要從事S1000D飛機維修手冊編寫工作。