21世紀(jì)民航發(fā)動機(jī)維修工程管理展望

楊二平 賈鵬

摘 要：本文展望了跨入21世紀(jì)民用航空發(fā)動機(jī)維修工程管理的發(fā)展方向，主要通過發(fā)動機(jī)維修管理模式、可靠性以及信息化、維修成本、以及持續(xù)維修改進(jìn)四個方面展開，其中著重針對發(fā)動機(jī)可靠性及信息化進(jìn)行了論述，達(dá)到的效益是航空公司提高發(fā)動機(jī)維修效率，降低發(fā)動機(jī)維修成本，提高航空公司飛機(jī)運(yùn)行可靠性。

關(guān)鍵詞：民航；發(fā)動機(jī)；展望

Prospect the civil aviation engine maintenance management in the 21st century

YANGERPING JIAPENG

Aircraft Maintenance And Engineering Corporation， BeiJing ，P C：100621

Abstract： The academic thesis prospect the civil aviation engine maintenance engineering management in the 21century， mainly through the management mode the reliability the maintenance cost， and the continued maintenance improvement in the engine maintenance. The academic thesis focuses on the discussed of the engine reliability and information and help the airlines to improve the efficiency of engine maintenance， reduce engine maintenance costs and improve the operation reliability of the aircraft.

Key words： civil aviation； engine； expectation

引言

航空發(fā)動機(jī)維修工程管理，是指航空公司以航空發(fā)動機(jī)維修為預(yù)期目標(biāo)，有效的利用資源，針對航空發(fā)動機(jī)維修工程所進(jìn)行的決策、計(jì)劃、組織、指揮、協(xié)調(diào)與控制。它是一種動態(tài)的創(chuàng)造性管理活動，運(yùn)用系統(tǒng)工程的理念、技術(shù)與方法，對維修線的建設(shè)、維修等技術(shù)研發(fā)實(shí)施全系統(tǒng)、全壽命期的系統(tǒng)管理，不斷用科學(xué)的決策進(jìn)行資源的合理配置、綜合權(quán)衡和系統(tǒng)性能優(yōu)化。

1 概論

航空發(fā)動機(jī)是高速、高溫燃燒氣體在高負(fù)荷下工作的動力機(jī)械，這種復(fù)雜的選擇機(jī)械綜合運(yùn)用了氣動熱力學(xué)、燃燒學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、自動控制技術(shù)及材料、工藝、測試等方面的科技成果研制出來，由數(shù)以萬計(jì)精密的部件組合在一個尺寸受到嚴(yán)格限制的空間內(nèi)，要求它在壓力、溫度、轉(zhuǎn)速和應(yīng)力變化范圍很大的嚴(yán)酷條件下，不僅要滿足性能、環(huán)境等方面的特殊要求，而且還要持久、可靠的工作。這些特點(diǎn)決定其具有高風(fēng)險(xiǎn)的特征：一方面，由于發(fā)動機(jī)本身的因素、修理技術(shù)和工藝因素，任何微小的風(fēng)險(xiǎn)事故都可能會對發(fā)動機(jī)產(chǎn)生不可估量的損失，甚至造成等級事故；另一方面，由于發(fā)動機(jī)制造成本高昂，維修保障花費(fèi)巨大，在維修過程中涉及維修前的準(zhǔn)備、先進(jìn)維修技術(shù)運(yùn)用、維修后的可靠性和質(zhì)量檢驗(yàn)，無論在生產(chǎn)硬件還是技術(shù)上的投資都十分巨大，因此對維修工程提出了更高的要求。下面結(jié)合目前國內(nèi)各航空公司發(fā)動機(jī)維修模式現(xiàn)狀，分別從發(fā)動機(jī)維修模式、維修可靠性以及信息化、維修成本、和維修的持續(xù)改進(jìn)四個方面進(jìn)行分析。

2 發(fā)動機(jī)維修模式管理

目前航空公司對于發(fā)動機(jī)維修主要采用基于時間的維修（定時維修）、基于故障的維修（事后維修）和外場搶修三種方式相結(jié)合的維修體制。簡言之就是根據(jù)發(fā)動機(jī)實(shí)際工作狀態(tài)安排維修。在當(dāng)前航空公司機(jī)務(wù)維修系統(tǒng)成為獨(dú)立MRO企業(yè)的大勢下，對于航空發(fā)動機(jī)工程管理應(yīng)做以下三個方面的轉(zhuǎn)變：

2.1 由統(tǒng)一維修管理向細(xì)化維修管理的轉(zhuǎn)變

統(tǒng)一維修管理即不區(qū)分個體的差異性，對于不同的發(fā)動機(jī)采用大體相同的維修管理。而細(xì)化管理則是：綜合考慮不同型號、不同設(shè)計(jì)狀態(tài)、不同制造批次、不同壽命期、不同使用狀態(tài)等因素，對每臺發(fā)動機(jī)制定差別化的維修管理方案，這樣可以差異化對待不同的維修產(chǎn)品，增加發(fā)動機(jī)維修管理的主動性，合理組織維修過程，提高工作效率。

2.2 由簡單的換件維修向更深度維修的改變

國內(nèi)航空公司對于發(fā)動機(jī)的維修技術(shù)能力僅僅停留在換件維修上，換件維修是指用已有的庫存?zhèn)浼鎿Q已出現(xiàn)故障或者存在潛在故障的部件。在未來應(yīng)通過研究發(fā)動機(jī)損傷規(guī)律、故障機(jī)理，制定修理技術(shù)方案，不斷的提高新的工藝方法與手段，突破原有的修理極限，進(jìn)一步向世界先進(jìn)MRO企業(yè)邁進(jìn)。

2.3 由故障維修向預(yù)防維修的轉(zhuǎn)變

預(yù)防維修是指依據(jù)發(fā)動機(jī)積累的大量統(tǒng)計(jì)和監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，預(yù)測發(fā)動機(jī)的潛在故障部位和故障模式，在發(fā)生故障之前，通過對發(fā)動機(jī)的系統(tǒng)性檢查，檢測和對零部件修復(fù)，以防止功能故障發(fā)生，使其保持在規(guī)定的技術(shù)狀態(tài)內(nèi)。對于航空發(fā)動機(jī)而言，預(yù)防性維修擁有較強(qiáng)的針對性，不僅能充分利用發(fā)動機(jī)及其部件的工作壽命，又能有效預(yù)防偶然性故障發(fā)生，大大提高航空維修的有效性和經(jīng)濟(jì)性。

3 發(fā)動機(jī)維修可靠性以及信息化

航空發(fā)動機(jī)在設(shè)計(jì)制造時受到客觀條件和材料技術(shù)工藝水平的限制，往往有一些先天不足，使發(fā)動機(jī)的可靠性和使用壽命受到限制。依據(jù)傳統(tǒng)思想認(rèn)為，航空發(fā)動機(jī)隨著時間的推移而故障增多，因此當(dāng)發(fā)動機(jī)使用到一定壽命就必須進(jìn)行維修工作，通過使用時間進(jìn)行定時維修工作來控制航空發(fā)動機(jī)的可靠性，工作做得越多，可靠性就越高。但實(shí)際情況并不是如此。同時在未來的發(fā)展中，隨著航空機(jī)隊(duì)不斷的擴(kuò)大，而維修資源無論從設(shè)備還是專業(yè)人員上都無法跟上發(fā)展的腳步，這就需要我們必須建立以可靠性為中心的維修，即以故障模式影響分析為基礎(chǔ)，以維修工作的適用性、有效性和經(jīng)濟(jì)性為決斷準(zhǔn)則，確定是否進(jìn)行維修工作以及維修工作的內(nèi)容，以最小的維修資源消耗來保持航空發(fā)動機(jī)的固有可靠性，這其中最重要包括以下三大方面：

3.1 發(fā)動機(jī)故障預(yù)測與健康管理系統(tǒng)

在航空發(fā)動機(jī)使用過程中，典型常見故障主要包括：穩(wěn)定性故障、氣路故障、磨損故障、熄火故障、軸承故障、結(jié)構(gòu)疲勞以及控制系統(tǒng)故障等。針對這些典型故障，發(fā)動機(jī)預(yù)測與健康管理系統(tǒng)將機(jī)載傳感器實(shí)時監(jiān)控信息，通過系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為機(jī)載診斷信息和壽命管理信息，通過地面站系統(tǒng)處理后形成故障隔離任務(wù)，根據(jù)部件壽命消耗情況和故障隔離處置結(jié)果產(chǎn)生備件需求信息、發(fā)動機(jī)修理更換件信息，并發(fā)送至航材保障系統(tǒng)、維修工作人員和基地大修機(jī)構(gòu)，從而形成基于發(fā)動機(jī)典型故障預(yù)測與監(jiān)控管理系統(tǒng)維修模式。

3.1.1 系統(tǒng)組成

從硬件角度看，系統(tǒng)主要分為機(jī)載系統(tǒng)和地面工作站兩部分。

機(jī)載系統(tǒng)部分主要包括：中央處理器、系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)、BIT、存儲介質(zhì)、傳輸接口、電源模塊、信號處理模塊、配置管理模塊、健康管理專用傳感器。其中軟件實(shí)現(xiàn)是系統(tǒng)的核心，最主要功能包括對發(fā)動機(jī)氣路、振動、滑油以及壽命管理實(shí)現(xiàn)。

氣路故障預(yù)測與管理：一般而言，進(jìn)氣道與發(fā)動機(jī)不匹配造成的穩(wěn)定性問題，如喘振、失速等，可以通過氣路參數(shù)進(jìn)行征兆檢測，同時配合放氣系統(tǒng)、主動控制系統(tǒng)進(jìn)行緩解。系統(tǒng)總體覆蓋對象為：風(fēng)扇、低壓壓氣機(jī)、高壓壓氣機(jī)、高壓渦輪、低壓渦輪、燃燒室、尾噴口以及FADEDC傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等。

振動故障預(yù)測與管理：發(fā)動機(jī)工作時，風(fēng)扇、壓氣機(jī)、渦輪葉片在機(jī)匣內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)，收到氣流沖擊、化學(xué)腐蝕、熱應(yīng)力、離心力、機(jī)動載荷造成的磨損或者損傷，這些損傷會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子不平衡，從而增加因轉(zhuǎn)子不平衡應(yīng)力作用于發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)或者對應(yīng)的支撐軸承，引發(fā)發(fā)動機(jī)其它部件或者附件的破壞性振動。目前主流的振動監(jiān)視方案是從機(jī)匣安裝振動傳感器監(jiān)視轉(zhuǎn)動系統(tǒng)、傳統(tǒng)系統(tǒng)的實(shí)時運(yùn)行狀態(tài)。系統(tǒng)可覆蓋的部件包括壓氣機(jī)、渦輪、主軸承、附件機(jī)匣等。

滑油故障預(yù)測與管理：滑油系統(tǒng)為整個傳動系統(tǒng)提供滑油確保傳動部件正常工作，滑油潤滑的部件包括主軸承、附件機(jī)匣主減速齒輪、軸承等?；拖到y(tǒng)故障會引起潤滑惡化，誘發(fā)傳動部件過早失效，甚至導(dǎo)致空中停車。為確?；拖到y(tǒng)工作正常，需監(jiān)視滑油溫度、壓力、滑油濾壓差、滑油消耗率以及滑油系統(tǒng)中的金屬屑。系統(tǒng)可覆蓋的對象為：主軸承、附件機(jī)匣軸承、附件機(jī)匣齒輪、滑油系統(tǒng)、滑油消耗等。

地面工作站是整個發(fā)動機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分，機(jī)載部分主要功能是實(shí)時監(jiān)控發(fā)動機(jī)各部件、系統(tǒng)的健康情況，并存儲記錄運(yùn)行中異常事件的數(shù)據(jù)，通過傳輸設(shè)備將數(shù)據(jù)發(fā)送到地面站。地面站的主要功能是對機(jī)載傳輸信息進(jìn)行處理，形成故障隔離任務(wù)，根據(jù)部件壽命消耗情況和故障隔離處置結(jié)果產(chǎn)生備件需求信息，同時對發(fā)動機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行趨勢分析，尤其是針對氣路性能參數(shù)進(jìn)行分析，并做深入的故障診斷和隔離，為維修提供技術(shù)支持。

3.1.2 系統(tǒng)一般架構(gòu)

從信息處理的角度看，發(fā)動機(jī)故障預(yù)測與監(jiān)控管理系統(tǒng)就是將原始傳感器信息轉(zhuǎn)化為機(jī)載診斷、壽命使用信息，為維修和保障提供決策輸入的載體。在這種架構(gòu)下，系統(tǒng)有以下部分組成：征兆：感知當(dāng)前發(fā)動機(jī)狀態(tài)、識別故障征兆或異常；診斷：主動進(jìn)行征兆分析并明確其成因的過程；預(yù)測：確定成因或狀態(tài)的起始點(diǎn)和時間框架；規(guī)定操作：對于征兆決定做什么對策并按對策做組成。實(shí)現(xiàn)組成部分包括裝備、軟件、人員、技術(shù)和程序。

3.2 數(shù)據(jù)采集及信息共享系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集是可靠性評估的重要組成部分，也是可靠性分析準(zhǔn)確性的重要保證，在發(fā)動機(jī)使用和維修過程中，會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)信息，這些數(shù)據(jù)可以提供很多判斷發(fā)動機(jī)技術(shù)狀況的信息。應(yīng)依托現(xiàn)有航空公司的發(fā)動機(jī)監(jiān)控軟件，從中找出關(guān)鍵信息，建立相應(yīng)的發(fā)動機(jī)信息庫或者信息共享平臺，以數(shù)據(jù)庫形式建立維護(hù)信息、故障信息以及停維修質(zhì)量信息，實(shí)現(xiàn)以工程為中心，對內(nèi)與各相關(guān)職能部門、外場維修生產(chǎn)部門，對外與發(fā)動機(jī)制造生產(chǎn)廠家、和發(fā)動機(jī)送修廠家信息交流平臺，使各單位信息互通、互聯(lián)和數(shù)據(jù)共享。

3.3 風(fēng)險(xiǎn)報(bào)警和故障處置系統(tǒng)

有效的風(fēng)險(xiǎn)報(bào)警系統(tǒng)能夠預(yù)測和判斷發(fā)動機(jī)的可靠性狀況，有助于更好的監(jiān)控發(fā)動機(jī)的性能狀態(tài)，對發(fā)動機(jī)視情維修后的可靠性進(jìn)行評估的同時，對維修方案提供優(yōu)化數(shù)據(jù)，對運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行相應(yīng)的處置。針對風(fēng)險(xiǎn)處置過程應(yīng)包括以下四個階段：

3.3.1 風(fēng)險(xiǎn)識別

主要通過故障采集和使用監(jiān)控兩種方法進(jìn)行識別。故障采集主用來源于相關(guān)質(zhì)量部門定期下發(fā)的質(zhì)量安全問題報(bào)表、以及針對發(fā)動機(jī)故障分析會中的故障情況；而使用監(jiān)控主要根據(jù)發(fā)動機(jī)全壽命信息管理系統(tǒng)中的相關(guān)數(shù)據(jù)、以及外場執(zhí)行發(fā)動機(jī)改裝、EO中發(fā)現(xiàn)的故障隱患。

3.3.2 風(fēng)險(xiǎn)評估以及告警

主要通過識別在發(fā)動機(jī)維修過程中存在哪些風(fēng)險(xiǎn)會影響最種的固有可靠性，從技術(shù)人員、航材備用和運(yùn)輸、工程手冊程序流程等方面，對不同崗位、不同發(fā)動機(jī)型號進(jìn)行全方位梳理；另一方面，針對發(fā)動機(jī)故障時應(yīng)從果到因，以結(jié)果為源頭逆向反推，如發(fā)動機(jī)重要承力件裂紋、發(fā)動機(jī)不同轉(zhuǎn)子的振動、滑油和燃油滲漏、EGT超溫等較大質(zhì)量問題風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行有效識別，對形成風(fēng)險(xiǎn)的因素和過程進(jìn)行梳理，制定風(fēng)險(xiǎn)清單和管控措施，定期檢查。

3.3.3 風(fēng)險(xiǎn)傳遞

針對第一部分風(fēng)險(xiǎn)識別采集數(shù)據(jù)制定風(fēng)險(xiǎn)清單，對風(fēng)險(xiǎn)的來源、促成條件、以及風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生概率以及影響程度進(jìn)行初步分析，然后依據(jù)不同數(shù)據(jù)制定成風(fēng)險(xiǎn)評估公式，然后按照風(fēng)險(xiǎn)度從高到低將風(fēng)險(xiǎn)分成不同等級。

當(dāng)風(fēng)險(xiǎn)水平達(dá)到預(yù)警界限時，應(yīng)發(fā)布不同告警通知單，通知到相關(guān)各級維護(hù)人員，確保相關(guān)人員及時知悉故障及危險(xiǎn)性，同時擔(dān)任相應(yīng)的責(zé)任，將質(zhì)量壓力傳遞到末端進(jìn)而分?jǐn)?。根?jù)不同風(fēng)險(xiǎn)級別，確定不同的分級處理機(jī)制。簡單舉例比如針對某種發(fā)動機(jī)設(shè)置三個級別安全風(fēng)險(xiǎn)警告，紅色：主要是偶發(fā)或多發(fā)外場故障，可能影響飛行安全；橙色：偶爾發(fā)生維修過程質(zhì)量問題，造成再次維修或者一定經(jīng)濟(jì)量損失：如滑油消耗大、滑油壓力低故障；黃色：如多發(fā)頻發(fā)的技術(shù)類告警、漏檢漏修問題等。

3.3.4 風(fēng)險(xiǎn)處理

主要目的是對識別的告警的風(fēng)險(xiǎn)，根據(jù)不同告警級別，由相關(guān)負(fù)責(zé)人組織相關(guān)人員制定措施，并加以實(shí)施，防止重復(fù)問題的發(fā)生，要明確建立故障處理會制度、參會人員及職責(zé)和考核制度，定期交流匯報(bào)，集智攻關(guān)，制定有效措施，最終實(shí)現(xiàn)故障風(fēng)險(xiǎn)告警和處理的系統(tǒng)聯(lián)動。

4 發(fā)動機(jī)維修成本

根據(jù)統(tǒng)計(jì)，航空發(fā)動機(jī)全壽命期維修成本是航空發(fā)動機(jī)全壽命期費(fèi)用的重要組成部分，占到60%至80%左右。而其中執(zhí)管基地級維修成本占到發(fā)動機(jī)全壽命期維修成本的95%以上，因此如何做好執(zhí)管基地級發(fā)動機(jī)維修的成本管控，是航空器維修企業(yè)降本增效、創(chuàng)新發(fā)展的有效途徑。從未來發(fā)展角度出發(fā)，應(yīng)做好以下幾個成本的管控：

4.1 發(fā)動機(jī)維修線建設(shè)成本

在國內(nèi)航空公司機(jī)務(wù)維修獨(dú)立成為MRO企業(yè)大勢下，以未來航空MRO維修企業(yè)定位，發(fā)動機(jī)維修線的擴(kuò)張同建設(shè)必不可少，而這部分成本最終將形成企業(yè)固定或者無形的資產(chǎn)，為新公司未來的發(fā)展運(yùn)行帶來巨大的收益。

4.2 維修基地運(yùn)營成本

是指維持基地正常運(yùn)行所發(fā)生的一切費(fèi)用，因?yàn)榫S修基地?fù)?dān)任著不同發(fā)動機(jī)的運(yùn)營保障，因此運(yùn)營成本難以對象化，準(zhǔn)確分配到每一臺發(fā)動機(jī)。

4.3 基地級維修成本

是指航空發(fā)動機(jī)在維修過程中產(chǎn)生的成本，包括直接材料、試車油耗、人工以及新項(xiàng)目開發(fā)專項(xiàng)費(fèi)用等。其中直接材料又可分為發(fā)動機(jī)更換部件和易損件，這占到維修產(chǎn)生成本的絕大部分。對于這部分成本控制，應(yīng)以生產(chǎn)作業(yè)為主，優(yōu)化維修流程，合理優(yōu)化維修資源配置，對降低發(fā)動機(jī)維修成本有著積極的作用。

5 發(fā)動機(jī)維修持續(xù)改進(jìn)

對于發(fā)動機(jī)維修工程管理所面臨的發(fā)展趨勢與挑戰(zhàn)，有必要建立一套適合其自身的管理模式，其中最重要的是要有自我修正，即管理模式應(yīng)隨著工程管理內(nèi)外環(huán)境變化不斷發(fā)展和完善。主要分解到實(shí)際中應(yīng)包括三個層面：從宏觀層面，管理者應(yīng)不斷主動尋求改進(jìn)發(fā)動機(jī)維修工程有效性和效率的機(jī)會；在中層層面，要在實(shí)際工作中涉及組織方式變動，包括組織目標(biāo)調(diào)整、組織機(jī)構(gòu)變動、各部門接口方式變動，資源再分配、激勵制度創(chuàng)新等等；最后在微觀方面，應(yīng)積極號召全員參與，持續(xù)、全面的改進(jìn)組織績效。

6 結(jié)束語

在21世紀(jì)中國國內(nèi)民航業(yè)發(fā)展大好的形勢下，在發(fā)動機(jī)維修領(lǐng)域，我們具備較好的國際合作環(huán)境，也有條件引進(jìn)和借鑒國外的先進(jìn)的技術(shù)和管理經(jīng)驗(yàn)，通過全行業(yè)職工的不懈努力，必定會在世界航空發(fā)動機(jī)領(lǐng)域占有一席之地。

作者簡介：

楊二平，賈鵬。北京飛機(jī)維修工程有限公司.