軍用飛機保障性分析設(shè)計與研究

拜　斌

(海軍裝備部，陜西 西安 710089)

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軍用飛機保障性分析設(shè)計與研究

拜斌

(海軍裝備部，陜西 西安 710089)

摘要：保障性分析作為支持綜合保障工作的一種系統(tǒng)分析方法，是飛機研制過程中實現(xiàn)完好性與保障性目標的有效手段。通過對保障性分析基本概念、保障性分析的過程及分析技術(shù)方法的介紹，并結(jié)合保障性分析的具體示例，對飛機研制過程中如何運用保障性分析理論，實現(xiàn)飛機及其系統(tǒng)、設(shè)備之間保障要素的相互協(xié)調(diào)進行了初步的探討。

關(guān)鍵詞：綜合保障；保障性分析；飛機研制

0引言

隨著現(xiàn)代飛機設(shè)計向電子化、數(shù)字化、智能化發(fā)展，飛機的技術(shù)復(fù)雜程度不斷增加，飛機作戰(zhàn)效能的發(fā)揮更加依賴于裝備保障性與保障能力[1]。而以可靠性、維修性、測試性、保障性為核心的綜合保障工程則是保證飛機完好性、提高飛機出勤率、降低飛機全壽命周期費用的主要手段[2]。在以往飛機研制過程中，由于更多地考慮飛機技術(shù)性能，而忽視了保障性的研究；由于缺乏配套的保障設(shè)備、設(shè)施、備件及使用維修手冊等保障條件，加之研制時沒有考慮人員的編制、技術(shù)水平及訓(xùn)練等保障因素，大大降低了飛機的使用效能。由于對飛機綜合保障問題沒有給予足夠的重視，已成為制約飛機作戰(zhàn)效能發(fā)揮、影響飛機完好性的重要問題。

1保障性和保障性分析

1.1基本概念

飛機的使用與維修保障看起來是部署使用后的工作，但是，能否獲得及時、經(jīng)濟和有效地保障，首先取決于其設(shè)計特性與資源要求[3-4]。比如說，飛機(或系統(tǒng))操作使用技術(shù)難度很大，故障多樣且排除故障需要多種復(fù)雜的設(shè)備與設(shè)施，使用和維修所用的專用設(shè)備、工具品種、規(guī)格較多等，那么，保障部門及保障人員對這種飛機則難以實施良好、有效的保障。所以，飛機是否可保障、易保障，是飛機的一種固有特性—保障性[5]。

保障性是裝備的設(shè)計特性和計劃的保障資源滿足平時戰(zhàn)備完好性和戰(zhàn)時利用率要求的能力[6]。保障性分析是在裝備的整個壽命周期內(nèi)，為確定與保障有關(guān)的設(shè)計要求，影響裝備設(shè)計，確定保障資源要求，使裝備得到經(jīng)濟有效的保障而開展的一系列分析活動。

1.2保障性分析的目的

1.2.1提出有關(guān)保障性的設(shè)計因素

根據(jù)飛機的任務(wù)需求確定戰(zhàn)備完好性與保障性目標，提出并確定可靠性、維修性、測試性、運輸性等有關(guān)保障性的設(shè)計要求以影響飛機的設(shè)計，使研制的飛機具有可保障與易于保障的設(shè)計特性。

1.2.2確定保障資源的要求

根據(jù)飛機系統(tǒng)的戰(zhàn)備完好性與保障目標，確定保障要求和制定保障方案，制定保障計劃和確定保障資源要求，確保建立經(jīng)濟有效的保障系統(tǒng)并使系統(tǒng)高效運行。

2保障性分析的基本過程

在飛機研制的方案論證階段，通過飛機—系統(tǒng)—分系統(tǒng)—設(shè)備由上而下的保障性分析，通過設(shè)計接口影響飛機的保障特性設(shè)計。在工程研制階段，通過詳細的維修規(guī)劃，自下而上地詳細標識全部保障資源。此外，在壽命周期的各個階段還要進行保障性的驗證與評價工作。

2.1制定飛機的保障性要求

在方案論證階段，從分析飛機的任務(wù)要求和使用要求出發(fā)，根據(jù)飛機的使用方案，提出與預(yù)期使用有關(guān)的保障要求。即在新研飛機的設(shè)計特性、使用特性、保障特性的基礎(chǔ)上，參照現(xiàn)有的保障條件，通過比較分析，根據(jù)新研飛機的作戰(zhàn)需求和部隊的使用保障約束條件，制定包括戰(zhàn)備完好性、可靠性、維修性以及保障資源等保障性要求，將其寫入《飛機研制任務(wù)書》中，指導(dǎo)飛機設(shè)計。

2.2確定維修保障方案

根據(jù)飛機的初步使用方案和保障性要求，并參照飛機的任務(wù)剖面，分析確定飛機在預(yù)期環(huán)境下所必須具備的使用、維修與保障功能，制定能滿足使用與保障要求的維修保障方案。

即在現(xiàn)有的保障條件和預(yù)期的使用環(huán)境下，對飛機維修保障進行總體規(guī)劃，確定飛機的維修保障方案，其內(nèi)容主要包括：維修級別劃分、維修專業(yè)劃分、維修類型、修理策略，預(yù)計主要維修資源和維修活動約束條件等，影響飛機(或系統(tǒng))的設(shè)計。

2.3運用保障性分析技術(shù)，進行保障要素級的保障性分析

在工程研制階段，通過運用保障性分析技術(shù)，確定飛機的全部保障資源要求。首先利用故障模式影響分析(FMEA)、以可靠性為中心的維修性分析(RCMA)，確定飛機、系統(tǒng)、設(shè)備的維修工作類型；再通過維修工作分析，詳細分析每項工作的步驟，確定所需的保障資源；然后，通過修理級別分析，確定故障產(chǎn)品的維修策略；最后，將所有分析結(jié)果填入相應(yīng)的分析表格，并形成保障性分析報告。

通過這一分析過程，及早發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有使用環(huán)境下的保障措施能否滿足保障資源要求。必要時，可通過對飛機設(shè)計、作戰(zhàn)使用、維修要求進行調(diào)整或更改，從而達到保障水平與保障資源充分協(xié)調(diào)及有效運用。

2.4確定和優(yōu)化保障資源

根據(jù)保障性分析的結(jié)果，對所需的保障資源進行優(yōu)化配置，優(yōu)化的原則是在保證飛機使用與維護所需的保障資源前提下，盡量減少保障資源配套的種類和數(shù)量。

2.5保障性評估與驗證

通過保障性評估和驗證，可以考核所建立的維修保障系統(tǒng)在裝備使用期間是否達到規(guī)定的保障目標，判明偏離的原因，確定糾正措施以便有效地加以解決。

3保障性分析方法

3.1故障模式影響分析(FMEA)分析步驟

(1)定義被分析的系統(tǒng)。系統(tǒng)定義包括就系統(tǒng)的每項任務(wù)、每一任務(wù)階段及每一種工作方式相對應(yīng)的功能的詳細描述。

(2)繪制功能和可靠性方框圖。描繪各功能單元的工作過程、相互影響和相互依賴關(guān)系。系統(tǒng)的所有接口設(shè)備都應(yīng)在方框圖中得到表示。

(3)確定產(chǎn)品及接口設(shè)備所有潛在的故障模式，并確定它們對相關(guān)功能或產(chǎn)品的影響，以及對系統(tǒng)和所需完成任務(wù)的影響。

(4)按最壞的潛在后果評估每一故障模式，確定其嚴酷度類別。對單點故障模式導(dǎo)致嚴酷度為Ⅰ類、Ⅱ類的產(chǎn)品，通過設(shè)計改進，力爭將其故障模式消除在設(shè)計階段。

(5)為每一故障模式確定檢測方法和補償措施。

(6)將以上的(3)(4)(5)分析結(jié)果填入FMEA 分析表中。

3.2以可靠性為中心的維修分析(RCMA)步驟

(1)首先根據(jù)FMEA的結(jié)果，確定出關(guān)鍵件、重要件產(chǎn)品，即對嚴酷度類別為Ⅰ類的產(chǎn)品確定為關(guān)鍵件，對嚴酷度類別為Ⅱ類、Ⅲ類的產(chǎn)品確定為重要件。

(2)對確定為關(guān)鍵件、重要件產(chǎn)品的每一項可能的故障模式按照邏輯決斷圖進行分析，確定需要進行的維修工作類型、維修時機、維修頻率等。

(3)將分析結(jié)果填入記錄表中。

3.3維修工作分析步驟

在以可靠性為中心的維修分析(RCMA)的基礎(chǔ)上，根據(jù)每項產(chǎn)品確定的維修工作，對其不同維修作業(yè)步驟分別填寫檢查工作表、維護工作表和修理工作表，以確定所需的維修保障資源。

3.4修理級別分析步驟

(1)根據(jù)飛機系統(tǒng)的復(fù)雜程度對所分析的系統(tǒng)劃分產(chǎn)品層次，進而確定出待分析產(chǎn)品。

(2)收集與產(chǎn)品修理有關(guān)的參數(shù)信息，保證分析工作的順利進行，如：產(chǎn)品的價格、修理所需的人力費用、材料費用等。

(3)通過對影響或限制產(chǎn)品修理的非經(jīng)濟因素進行分析，這些非經(jīng)濟因素包括產(chǎn)品的修理技術(shù)；產(chǎn)品的保密性、安全性；產(chǎn)品修理對任務(wù)成功性的影響；產(chǎn)品對裝卸運輸?shù)奶厥庖?；產(chǎn)品修理對保障設(shè)備的依賴程度；產(chǎn)品修理對人力人員的要求等方面的考慮，確定產(chǎn)品是否可修及在哪級維修。

(4)從產(chǎn)品的維修經(jīng)濟因素方面考慮對產(chǎn)品實施維修的各項費用，如備件費用、維修人力費用、材料費用等，確定產(chǎn)品是否可修及在哪級維修。對符合以下任一條件的產(chǎn)品不進行修理：該產(chǎn)品的價格小于50元；該產(chǎn)品的修理費用超過購買新品費用；該產(chǎn)品的修理費用達到了購買新品費用的70%～100%，經(jīng)過權(quán)衡分析可予以報廢。

(5)根據(jù)非經(jīng)濟性分析和經(jīng)濟性分析的結(jié)果，確定出產(chǎn)品經(jīng)濟、合理的維修級別以及在該級別的修理方法。

4冷氣系統(tǒng)保障性分析示例

4.1制定飛機冷氣系統(tǒng)的保障性要求

4.1.1明確冷氣系統(tǒng)的使用要求

冷氣系統(tǒng)是用于給彈射救生系統(tǒng)和應(yīng)急防油系統(tǒng)提供氣源。冷氣系統(tǒng)應(yīng)保證在正常工作的情況下實現(xiàn)給彈射救生系統(tǒng)和應(yīng)急放油系統(tǒng)獨立提供冷氣，同時應(yīng)保證在應(yīng)急情況下可以交叉提供冷氣。冷氣系統(tǒng)功能框圖如圖1所示。

圖1冷氣系統(tǒng)功能框圖

4.1.2制定冷氣系統(tǒng)的保障性要求

根據(jù)冷氣系統(tǒng)使用要求，為保證預(yù)期的使用，冷氣系統(tǒng)設(shè)計除應(yīng)具有明顯的壓力指示外，還必須具備地面快速充氣的能力。冷氣瓶充氣口的布置應(yīng)充分考慮地面維護人員操作簡便、易于接近和使用安全，確保日常充氣維護時方便、快捷。根據(jù)這些保障性要求，進行冷氣系統(tǒng)的設(shè)計。

4.2確定維修方案

4.2.1維修級別劃分

根據(jù)研制任務(wù)書的要求，維修方案確定為三級維修體制，即基層級(外場級)、中繼級和基地級。

4.2.2維修專業(yè)劃分

參照部隊現(xiàn)行的維修專業(yè)，結(jié)合其它機型的維修專業(yè)情況，確定維修專業(yè)為機械、軍械、電氣、儀表、電子、雷達等六個專業(yè)。

4.2.3維修類型及修理策略

維修類型主要以預(yù)防性檢查為主，對檢查中發(fā)現(xiàn)的故障件進行外場(基層級)更換，對可修復(fù)的故障件采取中繼級或基地級維修的修理策略。

4.3冷氣系統(tǒng)保障性分析

根據(jù)確定的維修方案，進行冷氣系統(tǒng)的保障性分析。

4.3.1故障模式影響分析(FMEA)

對冷氣系統(tǒng)進行故障模式影響分析(FMEA)，確定系統(tǒng)的關(guān)鍵件、重要件產(chǎn)品。FMEA分析結(jié)果如圖2所示。

圖2故障模式及影響分析(FMEA)

4.3.2以可靠性為中心的維修分析(RCMA)

對FMEA分析結(jié)果，對嚴酷度類別為Ⅲ類的重要件進行邏輯決斷分析，確定維修工作類型、維修時機、維修頻率等，此處僅給出了冷氣瓶的RCMA示例(見圖3)。

圖3冷氣瓶RCMA分析圖

4.3.3維修工作分析

根據(jù)RCMA 確定的維修工作項目，對完成這些維修工作的具體作業(yè)步驟、維修資源和要求進行分析，并填入相應(yīng)的圖表中，見圖4、圖5、圖6。此處僅給出了冷氣系統(tǒng)中冷氣瓶的維修工作分析示例，其它產(chǎn)品的維修工作分析在此不再贅述。

圖4冷氣瓶檢查任務(wù)保障資源分析圖

圖5　冷氣瓶維護任務(wù)保障資源分析圖

圖6　冷氣瓶修理任務(wù)保障資源分析圖

4.3.4修理級別分析

由于外場(基層級)只進行故障件更換，并不實施對產(chǎn)品的修理，通過對故障件從保密性、安全性、技術(shù)人員能力、任務(wù)成功性、裝卸運輸性等非經(jīng)濟因素的考慮，并結(jié)合故障件自身的價格因素、修理成本費用等經(jīng)濟性分析后，確定對冷氣系統(tǒng)單元部件經(jīng)濟、合理的修理級別，見圖7。

圖7修理級別分析圖

4.3.5確定和優(yōu)化保障資源

根據(jù)保障性分析結(jié)果，對冷氣系統(tǒng)保障所需的通用保障工具如螺刀、扳手的配套數(shù)量，按維修專業(yè)統(tǒng)一考慮配套，在滿足使用需求的基礎(chǔ)上，減少配套工具數(shù)量。

冷氣系統(tǒng)使用、維護所需的保障資源種類分別為：保障設(shè)備有冷氣車、充氣軟管；保障工具有一字螺刀、扳手；保障設(shè)施有冷氣站。

5結(jié)語

如何有效地使用保障性分析工具，將保障性分析理論與飛機研制相結(jié)合，并通過保障性分析來影響飛機的設(shè)計和制造，對實現(xiàn)綜合保障與飛機的一體化設(shè)計，使飛機達到使用可靠、維護方便、保障有力的設(shè)計目標具有重大的現(xiàn)實意義。

參考文獻

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[責任編輯、校對：東艷]

Analysis and Research of Military Aircraft supportability

BAIBin

(Naval Equipment Department,Xi'an 710089,China)

Abstract：As a kind of systematic analysis method of supporting comprehensive coverage,supportability analysis serves as the effective means of realizing intactness and supportability in aircraft eesearch process.Through the introduction to the basic concept,process,and method of supportability analysis,and also based on the concrete examples of supportability analysis,the paper makes the preliminary exploration into how to use supportability anslysis theory to realize the mutual coordination of support factors of aircraft,system,and equipment in the process of aircraft research.

Key words：comprehensive coverage;supportability analysis;aircraft

中圖分類號：V271.4

文獻標識碼：A

文章編號：1008-9233(2016)01-0030-06

作者簡介：拜斌(1987-)男，陜西渭南人，工程師，從事飛機控制系統(tǒng)設(shè)計與研究。

收稿日期：2015-12-01