新研商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)的維修性指標(biāo)分配方法研究

■ 盧婷婷 陳乃威 孫見(jiàn)忠/中國(guó)航發(fā)商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)有限責(zé)任公司 南京航空航天大學(xué)

1 維修性指標(biāo)分配方法

維修性指標(biāo)分配是將客戶對(duì)產(chǎn)品的維修性定量要求分配到指定的產(chǎn)品層次，并在設(shè)計(jì)中落實(shí)定量設(shè)計(jì)要求，是基于維修性設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)[1]。維修性指標(biāo)分配的目的：為產(chǎn)品各組成部分的研制者提供維修性設(shè)計(jì)指標(biāo)，以保證產(chǎn)品最終符合規(guī)定的維修性要求；明確各承制單位所承擔(dān)的維修性指標(biāo)，便于總承制單位的管理[2]?？茖W(xué)合理的維修性指標(biāo)分配是產(chǎn)品維修性設(shè)計(jì)與評(píng)估工作的基礎(chǔ)，也是提升產(chǎn)品維修性水平的先決條件。

成熟的維修性分配方法包括：等分配法，按故障率分配法，相似產(chǎn)品分配法，按故障率和設(shè)計(jì)特性的加權(quán)因子分配法，按可用度和單元復(fù)雜度的加權(quán)因子分配法等。各種分配方法特點(diǎn)的對(duì)比分析如表1所示[5]。

由表1可知，采用上述成熟的維修性指標(biāo)分配方法需要滿足以下條件，才可進(jìn)行維修性指標(biāo)分配工作：

1）明確產(chǎn)品待分配的維修性定量指標(biāo)。

2）完成產(chǎn)品功能和結(jié)構(gòu)分析，明確產(chǎn)品功能和結(jié)構(gòu)的層次關(guān)系。

3）明確產(chǎn)品的可靠性或故障率信息。

新研航空發(fā)動(dòng)機(jī)為復(fù)雜機(jī)電產(chǎn)品，由于缺乏歷史數(shù)據(jù)，無(wú)可靠性數(shù)據(jù)、故障率數(shù)據(jù)等信息，因此無(wú)法直接采用表1所述的成熟方法進(jìn)行維修性指標(biāo)分配。分析新研航空發(fā)動(dòng)機(jī)的功能結(jié)構(gòu)特性及研究現(xiàn)狀可知，客戶提出產(chǎn)品航線級(jí)平均故障維修時(shí)間（MTTR）指標(biāo)要求；通過(guò)分析相似機(jī)型的維修工藝可近似獲得新研產(chǎn)品航線可更換單元（LRU）的維修過(guò)程復(fù)雜程度的比例關(guān)系；通過(guò)結(jié)構(gòu)分析與LRU件的劃分原則可形成新研航空發(fā)動(dòng)機(jī)的LRU清單?；谏鲜龇治鰞?nèi)容，決定采用基于產(chǎn)品維修過(guò)程復(fù)雜程度的綜合加權(quán)分配法來(lái)實(shí)現(xiàn)新研航空發(fā)動(dòng)機(jī)的維修性指標(biāo)分配。

2 維修性指標(biāo)分配

2.1 維修性指標(biāo)分配層次

維修性指標(biāo)通常采用三（多）級(jí)分配方式。對(duì)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)而言，首先將整機(jī)維修性指標(biāo)分配至發(fā)動(dòng)機(jī)各部件系統(tǒng)，再由部件系統(tǒng)將其指標(biāo)分配至零部件。對(duì)于新研發(fā)動(dòng)機(jī)的整機(jī)MTTR指標(biāo)來(lái)說(shuō)，由于在設(shè)計(jì)早期可獲得其LRU清單，因此可采用兩級(jí)指標(biāo)分配方式，即將發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)級(jí)航線MTTR指標(biāo)直接分配至LRU件。

表1 維修性指標(biāo)分配方法分析表

兩級(jí)指標(biāo)分配法克服了新研產(chǎn)品在研發(fā)初期產(chǎn)品結(jié)構(gòu)信息不完善的問(wèn)題，便于維修性指標(biāo)分配工作的管理，有效地將產(chǎn)品維修性指標(biāo)要求結(jié)合到產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中，實(shí)現(xiàn)了基于維修性的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。

2.2 綜合加權(quán)分配法分配模型

基于維修過(guò)程復(fù)雜程度的綜合加權(quán)分配法的輸入條件為：產(chǎn)品整機(jī)航線MTTR指標(biāo)要求；產(chǎn)品的故障率信息；維修性加權(quán)因子（此處為基于維修過(guò)程復(fù)雜程度的綜合加權(quán)因子）。將整機(jī)級(jí)航線MTTR指標(biāo)分配至LRU件，分配模型為：

上式中，Ki為第i個(gè)LRU的維修性加權(quán)因子，表征維修過(guò)程的復(fù)雜程度；為L(zhǎng)RU的維修性加權(quán)因子的平均值；Qi為第i個(gè)LRU的數(shù)量；λi為第i個(gè)LRU的故障率，不包括任何未檢測(cè)出故障的故障率；為L(zhǎng)RU的平均故障率；n為L(zhǎng)RU的數(shù)量；MTTRi為第i個(gè)LRU的平均故障維修時(shí)間；MTTR總為整機(jī)航線級(jí)平均故障維修時(shí)間。

2.3 維修性指標(biāo)分配過(guò)程

綜上所述，對(duì)于新研航空發(fā)動(dòng)機(jī)，采用基于維修過(guò)程復(fù)雜程度的綜合加權(quán)分配法，以兩級(jí)分配方式完成維修性指標(biāo)的分配，指標(biāo)分配過(guò)程如圖1所示。

由圖1可知，該分配法需輸入整機(jī)航線級(jí)MTTR指標(biāo)、發(fā)動(dòng)機(jī)LRU清單、LRU的維修性加權(quán)因子。其中，整機(jī)航線級(jí)MTTR指標(biāo)是客戶提出的產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求，發(fā)動(dòng)機(jī)LRU清單在設(shè)計(jì)初期基于方案獲得，因此，該指標(biāo)分配方法的重點(diǎn)是確定LRU的維修性加權(quán)因子。

2.4 確定維修性加權(quán)因子

本文研究的維修性加權(quán)因子表征LRU件維修過(guò)程的復(fù)雜程度。在缺乏可靠性和故障率信息的前提下，可通過(guò)分析維修性加權(quán)因子的比例關(guān)系，反映對(duì)應(yīng)LRU件維修性指標(biāo)的比例關(guān)系。

確定新研航空發(fā)動(dòng)機(jī)LRU的維修性加權(quán)因子的步驟如下：

1）獲取相似產(chǎn)品維修手冊(cè)等標(biāo)準(zhǔn)材料中的LRU的拆裝工藝。

2）根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中維修工藝子步驟的時(shí)間，形成每個(gè)LRU拆裝操作的時(shí)間。

3）對(duì)所有LRU件的拆裝時(shí)間進(jìn)行歸一化處理，形成LRU的維修性加權(quán)因子。

3 維修性指標(biāo)分配示例

以某成熟型號(hào)商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)維修性指標(biāo)分配為例，已知產(chǎn)品整機(jī)航線級(jí)MTTR指標(biāo)要求，以及該產(chǎn)品的LRU清單，根據(jù)上述步驟確定所有LRU的維修性加權(quán)因子。以上述信息為輸入，進(jìn)行該產(chǎn)品航線級(jí)MTTR的指標(biāo)分配。

3.1 LRU維修性加權(quán)因子

以該發(fā)動(dòng)機(jī)的某溫度傳感器為例，分解該溫度傳感器的拆裝工藝，并根據(jù)MIL-HDBK-470A標(biāo)準(zhǔn)中維修子步驟的時(shí)間，確定如表2所示的該傳感器維修工藝分析過(guò)程。

以相同的方法，分析該型發(fā)動(dòng)機(jī)所有LRU件的維修工藝；計(jì)算所有LRU件的維修操作統(tǒng)計(jì)時(shí)間，形成該型發(fā)動(dòng)機(jī)LRU維修時(shí)間分析表；在此基礎(chǔ)上，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)所有LRU維修時(shí)間進(jìn)行歸一化處理，形成LRU的維修性加權(quán)因子，作為基于產(chǎn)品維修過(guò)程復(fù)雜程度的綜合加權(quán)分配法的輸入。

3.2 維修性指標(biāo)分配

因新研航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制初期無(wú)法直接應(yīng)用模型（1）所示的分配方法，因此通過(guò)獲取并分解相似機(jī)型的維修手冊(cè)等標(biāo)準(zhǔn)資料中的維修工藝信息，形成LRU件的維修性加權(quán)因子，從而進(jìn)行維修性指標(biāo)分配。簡(jiǎn)化后的綜合加權(quán)分配法的模型為：

圖1 維修性指標(biāo)分配過(guò)程

上式中，Ki為第i個(gè)航線可更換單元的維修性加權(quán)因子，表征維修過(guò)程的復(fù)雜程度；為航線可更換單元的維修性加權(quán)因子的平均值；Qj為第j種可更換單元的數(shù)量；L為L(zhǎng)RU種類(lèi)的數(shù)量；n為L(zhǎng)RU的總數(shù)量；MTTRi為第i個(gè)航線可更換單元的平均故障維修時(shí)間；MTTR總為整機(jī)航線級(jí)平均故障維修時(shí)間。

基于維修過(guò)程復(fù)雜程度的綜合加權(quán)分配法進(jìn)行維修性指標(biāo)分配的輸入為：

1）該發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)航線級(jí)MTTR值為20 min。

2）該發(fā)動(dòng)機(jī)的LRU清單。

3）該發(fā)動(dòng)機(jī)LRU維修性加權(quán)因子。

將上述信息輸入模型（2）和模型（3）所述的維修性分配模型，完成該發(fā)動(dòng)機(jī)的維修性指標(biāo)分配工作。

為驗(yàn)證該維修性指標(biāo)分配方法的可行性和有效性，選擇該發(fā)動(dòng)機(jī)中部分LRU的MTTR實(shí)際值與MTTR指標(biāo)分配值進(jìn)行對(duì)比分析，如表3所示。

表2 發(fā)動(dòng)機(jī)某傳感器維修工藝分析

表3 綜合加權(quán)分配法分配結(jié)果分析

由此得到以下結(jié)論：

1）按本文提出的基于維修過(guò)程復(fù)雜程度的綜合加權(quán)分配法對(duì)某成熟型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行維修性指標(biāo)分配，得到的典型LRU的MTTR分配值與該型發(fā)動(dòng)機(jī)MTTR的工程值的對(duì)比結(jié)果，表明該指標(biāo)分配方法科學(xué)有效。

2）本文研究的綜合加權(quán)分配法基于的是發(fā)動(dòng)機(jī)LRU的維修過(guò)程的復(fù)雜程度，通過(guò)該方法進(jìn)行維修性指標(biāo)分配的結(jié)果反映了發(fā)動(dòng)機(jī)LRU維修過(guò)程的復(fù)雜程度關(guān)系以及分配的MTTR指標(biāo)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

3）本文研究的綜合加權(quán)分配法在新研發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期可實(shí)現(xiàn)科學(xué)有效的維修性指標(biāo)分配，但在可靠性數(shù)據(jù)的引入方面仍需在后續(xù)的設(shè)計(jì)工作中不斷完善。

4 總結(jié)

針對(duì)新研航空發(fā)動(dòng)機(jī)的維修性指標(biāo)分配方法，本文提出在缺乏相似產(chǎn)品數(shù)據(jù)的情況下，通過(guò)分解相似機(jī)型拆裝工藝及分析維修步驟標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，并將數(shù)據(jù)歸一化后形成新研發(fā)動(dòng)機(jī)LRU的綜合加權(quán)因子的分配方法，該方法解決了新研航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)初期缺乏歷史數(shù)據(jù)及可靠性數(shù)據(jù)偏差較大的問(wèn)題，并以某成熟型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)為例進(jìn)行航線級(jí)MTTR指標(biāo)分配，結(jié)果表明，采用基于產(chǎn)品維修過(guò)程復(fù)雜程度的綜合加權(quán)分配法進(jìn)行維修性指標(biāo)分配是科學(xué)有效的。

本文提出的兩級(jí)維修性指標(biāo)分配方法，直接將整機(jī)航線級(jí)MTTR指標(biāo)分配至各LRU，有利于分配工作的管控，并有效地將維修性指標(biāo)與產(chǎn)品設(shè)計(jì)相結(jié)合。新研發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)早期可靠性數(shù)據(jù)不足且存在偏差，本研究認(rèn)為L(zhǎng)RU的故障率是在同一量級(jí)的，因此暫未考慮故障率之間的差異。后續(xù)的研究中需不斷完善LRU可靠性數(shù)據(jù)的收集和整合，優(yōu)化該綜合加權(quán)分配法，以指導(dǎo)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)，并有效提高其維修性。