基于模型的裝備維修性設(shè)計控制技術(shù)

呂剛德，王海峰，鄧偉

中國航空工業(yè)成都飛機設(shè)計研究所，成都 610091

裝備維修性設(shè)計的優(yōu)劣，歷來是影響其使用維修保障效率和用戶體驗的重要方面。

傳統(tǒng)的飛機裝備維修性設(shè)計是利用基于文本的設(shè)計方法，按照裝備大綱規(guī)劃和技術(shù)指南，借助于輔助性手段，從定性定量2個方面，通過建模、分配、分析、預(yù)計與評價等方法來實現(xiàn)的[1-2]。定性設(shè)計要求一般通過制定維修性設(shè)計準(zhǔn)則、設(shè)計指南等規(guī)范性文件進行約束，由工程設(shè)計人員按要求進行設(shè)計落實并確認。在可能的場合，利用電子樣機或?qū)嵨飿訖C進行演示驗證及核查，確認是否滿足定性要求。定量要求的設(shè)計，通常是按相應(yīng)的故障率分配模型把指標(biāo)分配到系統(tǒng)和設(shè)備，通過反復(fù)的維修性指標(biāo)分配、分析及預(yù)計，對明顯不能滿足要求的設(shè)計進行改進完善，然后評估并預(yù)計設(shè)備和系統(tǒng)的維修時間能否達到指標(biāo)要求。

按傳統(tǒng)方法開展維修性設(shè)計時，由于在飛機裝備設(shè)計的早期一般不能完全得到維修性設(shè)計所需要的數(shù)據(jù)，對改動大的設(shè)計和全新設(shè)計甚至缺乏數(shù)據(jù)，導(dǎo)致不能及時對設(shè)計方案的維修性進行評價、計算和迭代改進設(shè)計，只能等到飛機裝備各級產(chǎn)品完成設(shè)計后的試制、試飛階段，通過收集飛機實物試驗和外場使用的信息來分析評估其維修性水平，這時如果達不到定量指標(biāo)要求，而要改進維修性使之達到定量要求，便存在牽涉面廣、成本高、周期長等問題，甚至根本無法更改。這種狀況直接導(dǎo)致用戶對飛機產(chǎn)品的滿意度不高，且不同程度地影響飛機整體效能的發(fā)揮。另外，現(xiàn)有維修性設(shè)計中，比如對平均維修時間(MTTR)指標(biāo)的分解，先分到系統(tǒng)再到設(shè)備，設(shè)備成了實現(xiàn)要求與否的核心載體，而實際上在飛機裝備的維修性設(shè)計過程中，設(shè)備維修性設(shè)計過程只是影響其MTTR的一部分原因，飛機總體布局設(shè)計的因素才是影響設(shè)備MTTR的重要原因。

沒有將總體布局以及系統(tǒng)設(shè)計對維修性的影響很好地考慮進去，也沒有較適用的技術(shù)方法來保證充分的維修性設(shè)計，是現(xiàn)有飛機維修性難以達到高水平的重要原因。目前問題的核心是把維修性設(shè)計參數(shù)作為了設(shè)計中獨立的設(shè)計量，而在飛機完成制造之前的設(shè)計過程中，缺乏有效的并行維修性設(shè)計的方法和手段，這造成了維修性設(shè)計滯后于飛機系統(tǒng)、設(shè)備的設(shè)計，不能在設(shè)計中隨著設(shè)計方案的變化以及系統(tǒng)、設(shè)備安裝位置的變化而動態(tài)同步地進行維修性管控、計算、評價和優(yōu)化。

目前飛行器設(shè)計的整個過程都實現(xiàn)了數(shù)字化，是基于三維實體模型來設(shè)計、調(diào)整和優(yōu)化的?，F(xiàn)有看似系統(tǒng)化的維修性理論和方法，實際上與飛機裝備數(shù)字化設(shè)計環(huán)境是脫節(jié)的。為解決這一脫節(jié)問題并適應(yīng)數(shù)字化設(shè)計需求，就需要將維修性定量指標(biāo)(比如MTTR)要求轉(zhuǎn)化為與飛機設(shè)計一致的對其設(shè)計參數(shù)的要求，需要相應(yīng)的同步設(shè)計理論和技術(shù)方法。也就是將現(xiàn)有的維修性要求參數(shù)轉(zhuǎn)化為設(shè)計過程可以設(shè)計和控制的物理參數(shù)，并研究如何通過對這些物理參數(shù)的設(shè)計和數(shù)值的控制，達到同步實現(xiàn)維修性要求的目的。為此，本文提出了適應(yīng)數(shù)字化需求的基于模型的裝備維修性設(shè)計方法。

1 維修性設(shè)計技術(shù)過程

裝備維修性設(shè)計，經(jīng)歷了基于文本方法的維修性設(shè)計和基于虛擬維修技術(shù)輔助的維修性設(shè)計[3]2階段，已經(jīng)發(fā)展到本文涉及的基于裝備數(shù)字化設(shè)計環(huán)境的維修性設(shè)計階段。在三維實體設(shè)計環(huán)境成熟之前，傳統(tǒng)的維修性設(shè)計、分析、預(yù)計方法以及設(shè)計過程，是圍繞工程設(shè)計的多項人工維修性設(shè)計與計算活動，與數(shù)字化環(huán)境設(shè)計過程有著明顯差別。

傳統(tǒng)的維修性設(shè)計過程，首先是制定頂層大綱以便對裝備研制過程各階段的維修性設(shè)計分析進行規(guī)劃，提出工作項目和相應(yīng)要求，然后針對每一個工作項目制定設(shè)計準(zhǔn)則和指南，給出設(shè)計分析的方法以及編制報告的模版。系統(tǒng)和設(shè)備設(shè)計人員依據(jù)這些大綱、指南等頂層文檔，各自開展系統(tǒng)和設(shè)備的維修性設(shè)計。

飛機裝備數(shù)字化設(shè)計環(huán)境下的維修性設(shè)計過程，是在工程設(shè)計環(huán)節(jié)上的并行維修性設(shè)計、分析、預(yù)計與評價的過程[4]。這種情況下，在裝備總體、系統(tǒng)和設(shè)備的設(shè)計人員進行功能性能設(shè)計的同時，就進行著相應(yīng)維修性設(shè)計和評價，及時動態(tài)地完成對各層級維修性設(shè)計達標(biāo)與否的評價，或在裝備方案迭代優(yōu)化以及功能性能參數(shù)設(shè)計調(diào)整時，同時獲得對維修性的影響分析，動態(tài)地更新裝備各層級維修性設(shè)計和評價的結(jié)果，獲得更改設(shè)計方案后維修性是否還能達到要求的結(jié)論，進而達到并行控制維修性設(shè)計的目的。

基于數(shù)字化設(shè)計環(huán)境的維修性設(shè)計與傳統(tǒng)的維修性設(shè)計分析相比，在產(chǎn)品層次劃分、參數(shù)定義、指標(biāo)要求轉(zhuǎn)化和設(shè)計實現(xiàn)等方面存在顯著差異，如表1所示。

表1 數(shù)字化設(shè)計環(huán)境的維修性設(shè)計與傳統(tǒng)的維修性設(shè)計

在數(shù)字化設(shè)計環(huán)境下飛機裝備維修性設(shè)計實施前，需要對裝備維修性要求和使用需求進行論證和確認，以便獲得裝備整體的指標(biāo)要求和設(shè)計需求。這一論證確認可以采用有關(guān)維修性要求論證的方法和數(shù)據(jù)模型[5-6]。本文在分析數(shù)字化設(shè)計環(huán)境的維修性設(shè)計與傳統(tǒng)的維修性設(shè)計分析的差別的基礎(chǔ)上，通過對裝備維修性設(shè)計本質(zhì)特征的研究，提出基于裝備數(shù)字化設(shè)計環(huán)境的維修性設(shè)計技術(shù)流程，如圖1所示。

在論證確認頂層維修性要求后，維修性設(shè)計主要過程包括：① 利用參數(shù)分析與轉(zhuǎn)化的方法，將適應(yīng)新設(shè)計條件的、分層模型化的設(shè)計參數(shù)和維修性參數(shù)轉(zhuǎn)化成可利用的參數(shù)；② 把相關(guān)模型與相應(yīng)參數(shù)集成到飛機數(shù)字化設(shè)計環(huán)境中；③ 研究所有與設(shè)備維修過程有關(guān)的要素，利用圖論理論，將維修過程涉及的設(shè)備、口蓋、電纜、管線以及連接件等要素，定義成統(tǒng)一的節(jié)點模型；④ 研究表達機載設(shè)備的維修拆卸、安裝過程關(guān)系以及人力、工具、保障關(guān)系的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點模型；⑤ 在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的支撐下，分別利用節(jié)點模型和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點模型，按維修流程和維修序列，生成維修性定量計算結(jié)果；⑥ 對比參數(shù)要求轉(zhuǎn)化形成的設(shè)計要求基線，驗證設(shè)計要求的實現(xiàn)情況并進行模型的優(yōu)化。

圖1 基于三維數(shù)字化設(shè)計環(huán)境的飛機裝備維修性設(shè)計過程

2 參數(shù)轉(zhuǎn)化與信息集成

2.1 維修性信息模型

根據(jù)模型的性質(zhì)和形式，裝備系統(tǒng)維修性模型分為定性模型和定量模型。定性模型可分為描述性模型、流程圖和圖解式模型；定量模型可分為計算模型和仿真模型[7]。維修性信息模型是指產(chǎn)品在整個壽命周期內(nèi)維修性相關(guān)信息的數(shù)字化描述與表達，其完整表達了維修性信息的邏輯結(jié)構(gòu)，使各維修性工程活動能方便地存取和共享信息[8]。

本文中維修性信息模型是一組可相對完整表達產(chǎn)品某方面維修性特性的維修性信息集。按維修性信息層級，模型分為艙位信息模型、口蓋信息模型、機載產(chǎn)品信息模型、飛機結(jié)構(gòu)信息模型、管路線纜信息模型等。對模型進行信息融合或信息擴充后，構(gòu)成系統(tǒng)信息模型、整機信息模型及維修作業(yè)數(shù)據(jù)模型等。系統(tǒng)層級和整機的維修性信息模型是將飛機各產(chǎn)品信息模型按一定規(guī)則邏輯組合形成。在飛機裝備三維數(shù)字化設(shè)計環(huán)境下，艙位維修性信息模型和系統(tǒng)維修性信息模型是最重要的。艙位維修性信息模型以信息單元的形式分別表示艙位、設(shè)備、拆卸關(guān)系，包括一系列設(shè)備(節(jié)點)信息單元、設(shè)備拆卸關(guān)系單元以及艙位信息單元。系統(tǒng)維修性信息模型也以信息單元的形式表示系統(tǒng)、設(shè)備、設(shè)備構(gòu)成、系統(tǒng)層次關(guān)系，包括一系列節(jié)點(設(shè)備)信息單元、系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成單元以及系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)信息單元。實例化后的信息模型表征了產(chǎn)品在飛機設(shè)計中實際的維修性設(shè)計情況。

飛機裝備的維修性信息模型，作為維修性設(shè)計實現(xiàn)與飛機功能性能設(shè)計同步有效的信息載體，是在飛機裝備三維設(shè)計環(huán)境下開展維修性設(shè)計分析的信息組織形式。

2.2 維修性參數(shù)轉(zhuǎn)化

為了能夠在數(shù)字化設(shè)計環(huán)境下實現(xiàn)維修性的設(shè)計和定量控制，需要將定量指標(biāo)要求分解到裝備總體布局設(shè)計和系統(tǒng)安裝設(shè)計的設(shè)計單元上。對于定性指標(biāo)要求，轉(zhuǎn)化成結(jié)構(gòu)化條款項，集成到飛機裝備艙位和內(nèi)部設(shè)備模型上，并在系統(tǒng)和設(shè)備功能性能設(shè)計過程中關(guān)聯(lián)推送。其中：推薦性條款項由設(shè)備人員通過權(quán)衡各設(shè)計方案實現(xiàn)，否決性條款項由設(shè)計環(huán)境直接控制實現(xiàn)。對于定量指標(biāo)要求，則按引入的參數(shù)轉(zhuǎn)化模型轉(zhuǎn)化到設(shè)計環(huán)境中與設(shè)計參數(shù)關(guān)聯(lián)，這是三維數(shù)字化環(huán)境下實施維修性定量設(shè)計和控制的基礎(chǔ)。采用基于模型的裝備MTTR轉(zhuǎn)化方法[4]，MTTR指標(biāo)要求可以轉(zhuǎn)化到艙位級和艙位內(nèi)設(shè)備級。

(1)

(2)

2.3 節(jié)點與參數(shù)信息集成

為便于研究，本文利用圖論理論將飛機裝備維修過程有關(guān)的要素以及維修過程涉及的設(shè)備、口蓋、電纜、管線以及連接件等，統(tǒng)一定義成“節(jié)點”，并賦予節(jié)點“屬性”。將飛機裝備中與維修性相關(guān)的產(chǎn)品特征要素和維修性設(shè)計特征信息，按維修性信息模型加以組織和規(guī)范描述，并分散成屬性集成到數(shù)字化設(shè)計環(huán)境中。

另外，定性要求作為設(shè)計屬性集成到設(shè)計環(huán)境，以控制性要求和推薦性要求、指南性知識方式引導(dǎo)系統(tǒng)和設(shè)備設(shè)計；經(jīng)轉(zhuǎn)化后的定量要求，以量化要求值方式，作為設(shè)計屬性集成到設(shè)計環(huán)境，這是維修性評估和設(shè)計控制的基準(zhǔn)屬性。

在定義三維設(shè)計數(shù)字化環(huán)境下的維修性信息模型后，可以采用信息模型的形式組織參數(shù)數(shù)據(jù)，分別按設(shè)計控制、計算分析以及基礎(chǔ)知識3類信息，集成到飛機裝備的艙位層次節(jié)點和設(shè)備節(jié)點上，如圖2所示。

集成的設(shè)計控制信息，主要包括設(shè)計要求、空間、時間、裝拆過程、連接關(guān)系、安裝關(guān)系、阻擋關(guān)系等設(shè)計要素。這些設(shè)計要素是以屬性形式嵌入到工程設(shè)計環(huán)境的，包括形狀、接口、空間位置，口蓋類別等。涵蓋了設(shè)計指標(biāo)、設(shè)計要求、設(shè)計準(zhǔn)則、設(shè)計約束參數(shù)、安裝形式、艙位劃分、口蓋類別參數(shù)、口蓋大小參數(shù)、空間位置參數(shù)、連接方式參數(shù)、接口形式及要求、相鄰設(shè)備和結(jié)構(gòu)、設(shè)備間位置、設(shè)備連接關(guān)系、設(shè)備前后位置關(guān)系、功能連接、緊固連接等參數(shù)類別的實例化信息數(shù)據(jù)。

圖2 維修性設(shè)計參數(shù)信息集成

集成的計算分析信息，主要包括在整個飛機裝備系統(tǒng)的研制過程中，各層次節(jié)點上維修性量化計算的相關(guān)數(shù)據(jù)信息。這些數(shù)據(jù)信息以屬性形式嵌入工程設(shè)計環(huán)境，涵蓋了艙位虛擬故障率、部件故障率、設(shè)備故障率、故障模式、計算流程、單元件和設(shè)備重量、單元拆裝時間、安裝架與連接件拆裝時間、標(biāo)準(zhǔn)元數(shù)據(jù)、約束數(shù)據(jù)、平均失效時間(MTBF)、MTTR等參數(shù)的實例化信息數(shù)據(jù)。

集成的基礎(chǔ)知識信息，包括所有與當(dāng)前層次產(chǎn)品相關(guān)的支撐其維修性設(shè)計的知識信息。涵蓋了設(shè)計通用知識、相關(guān)案例、歷史經(jīng)驗數(shù)據(jù)、設(shè)計指南、分配指南、預(yù)計指南等方面的結(jié)構(gòu)化條目數(shù)據(jù)以及文本。

2.4 數(shù)據(jù)利用

按上述方法建立維修性信息模型，并完成參數(shù)信息到飛機裝備虛擬產(chǎn)品管理(VPM)設(shè)計平臺節(jié)點的集成后，裝備維修性設(shè)計時的數(shù)據(jù)利用問題，本質(zhì)上就是飛機裝備設(shè)計平臺與維修性綜合分析系統(tǒng)之間的同步數(shù)據(jù)交換問題(如本文2.3節(jié)圖2所示)。在相應(yīng)的技術(shù)和算法支撐下，以數(shù)據(jù)交換為基礎(chǔ)，飛機裝備的功能性能設(shè)計與維修性設(shè)計，就可以在同一設(shè)計視圖下實現(xiàn)。

3 維修性評估與控制

3.1 節(jié)點圖與節(jié)點網(wǎng)絡(luò)圖

通過研究拆卸目標(biāo)產(chǎn)品與其他產(chǎn)品在拆裝上存在的先后關(guān)系，將這些產(chǎn)品及其關(guān)系抽離出來，以“圖論”的原理表達，用于反映產(chǎn)品、產(chǎn)品所屬艙位以及飛機的維修性設(shè)計情況。這種關(guān)系的建模，稱為節(jié)點圖與節(jié)點網(wǎng)絡(luò)圖。按圖論的有關(guān)理論[9]，本文定義采用的節(jié)點圖中的節(jié)點有6類：目標(biāo)節(jié)點、自由節(jié)點、孤立節(jié)點、末端節(jié)點、一次阻擋節(jié)點、余次阻擋節(jié)點，如圖3所示。

按照圖論，將飛機艙位中設(shè)備拆裝的阻擋關(guān)系轉(zhuǎn)化為圖方式表達。轉(zhuǎn)化后設(shè)備簡化為節(jié)點，阻擋關(guān)系則轉(zhuǎn)化為圖中的有向邊，由此構(gòu)成節(jié)點網(wǎng)絡(luò)圖，如圖4所示。節(jié)點網(wǎng)絡(luò)圖是飛機上產(chǎn)品間拆裝先后阻擋關(guān)系的圖形化表達，由“節(jié)點”及“有向弧”組成，圖中：節(jié)點代表飛機上的設(shè)備或?qū)嶓w部件；有向弧代表2個同級設(shè)備間拆卸時的阻擋約束關(guān)系；ω代表對應(yīng)的人員和保障工具/設(shè)備約束。

圖3 節(jié)點圖術(shù)語定義

圖4 節(jié)點網(wǎng)絡(luò)圖定義

本文將維修性有關(guān)的設(shè)備、口蓋、電纜、管線以及連接件等要素定義成節(jié)點圖模型，同時將維修機載設(shè)備部件時的拆卸、安裝過程關(guān)系，以及人力、工具、保障資源關(guān)系，定義為一系列節(jié)點圖聯(lián)接形成的節(jié)點網(wǎng)絡(luò)圖模型。

3.2 單節(jié)點時間與維修過程時間模型

一般地，飛機裝備使用中的設(shè)備診斷、調(diào)整、檢驗的時間相對于設(shè)備拆裝時間是小量。為此，機載設(shè)備維修時間主要是由需要維修的目標(biāo)設(shè)備拆裝時間和阻擋設(shè)備的拆裝時間構(gòu)成。把單設(shè)備拆卸中的逐項過程定義為過程時間元，則單節(jié)點維修時間是過程時間元的函數(shù)[10]。

假定緊固件時間元為tfa，功能接口時間元為tfu，電氣接口時間元為tel，更換設(shè)備時間元為tre，則單節(jié)點時間模型為

Tnd=f(tfa，tfu，tel，tre)

(3)

取環(huán)境影響因素為Pe，則

Tnd=f(Pe,tfa,tfu,tel,tre)

(4)

假定對單個節(jié)點設(shè)備，總共有k類緊固件，可得到

(5)

Pe=[pefa，pefu，peel，pere]T

(6)

式中:ni為第i類緊固件的數(shù)量；tri為標(biāo)準(zhǔn)拆卸元時間；tfi為標(biāo)準(zhǔn)安裝元時間；lri和lfi為保障(工具與人力)影響系數(shù)；pefa、pefu、peel、pere分別為環(huán)境對緊固件、功能接口、電氣接口、更換設(shè)備的時間元影響系數(shù)，采用專家評分等方法給出，值越高表示維修環(huán)境越惡劣。

于是，實例化的單節(jié)點時間模型為

Tnd=[tfa，tfu，tel，tre]·[pefa，pefu，peel，pere]T

(7)

基于節(jié)點網(wǎng)絡(luò)圖模型的維修時間建模，采用ti代表拆裝單節(jié)點i所需時間，由單節(jié)點時間模型確定。t1和tk定義為維修過程目標(biāo)設(shè)備對應(yīng)口蓋的開啟、關(guān)閉所需時間，t1+tk為口蓋拆裝時間。

當(dāng)有唯一拆卸路徑且簡單串行情況下，目標(biāo)設(shè)備維修時間為

(8)

如果其中有并行部分，假定第l至m單元并行，則并行部分Tlm為

Tlm=max{tl，tl+1，tl+2，…，tm}

(9)

Tmo=t1+t2+…+

max{tl，tl+1，tl+2，…，tm}+…+tk

(10)

對于復(fù)雜節(jié)點網(wǎng)絡(luò)模型，其拆卸路徑的求解,實質(zhì)上就是對產(chǎn)品拆裝序列的規(guī)劃問題。這方面的求解可利用成熟的拆裝序列規(guī)劃算法，主要有遺傳算法和蟻群算法等求解算法[11-15]。

假定目標(biāo)節(jié)點為Nmo節(jié)點，采用路徑搜索法和網(wǎng)絡(luò)計劃法得到用有序節(jié)點組表示的維修拆卸路徑。用sij表示第i路徑的第j節(jié)點。則拆卸路徑矩陣為

S=[sij]P×K

(11)

式中：P為關(guān)鍵路徑數(shù)；K為拆卸節(jié)點數(shù)。

同樣，假定序列si1，si2，…,siK中第l至m單元并行，令

Tlm=max{ttl，ttl+1，…，ttm}

(12)

Flm=max{tfl，tfl+1，…，tfm}

(13)

則按第i路徑維修的時間為

(14)

式中:ttn、tfn分別為節(jié)點n的拆卸時間和安裝時間。

于是目標(biāo)設(shè)備維修時間為

Tmo=min{T1，T2，…，TP}

(15)

3.3 維修性實時評估與設(shè)計控制

在利用信息模型和數(shù)據(jù)接口集成信息后，數(shù)字化設(shè)計環(huán)境下維修性設(shè)計就是設(shè)計人員在系統(tǒng)和產(chǎn)品設(shè)計同樣的設(shè)計視圖中，在有關(guān)維修性約束和設(shè)計知識引導(dǎo)下的同步設(shè)計過程。初步完成設(shè)計后，可進行維修性實時評估和按評估結(jié)果的控制，以保證維修性設(shè)計要求的實現(xiàn)。

評估和控制采用3個方面的管控技術(shù)加以實施。分別是：推薦性設(shè)計控制，否決性設(shè)計控制、優(yōu)選性設(shè)計控制。推薦性設(shè)計控制就是通過維修性工程專業(yè)人員的頂層設(shè)計，把結(jié)果以節(jié)點屬性的方式關(guān)聯(lián)，在飛機裝備各級設(shè)計人員設(shè)計產(chǎn)品時，自主推薦到設(shè)計平臺環(huán)境中納入設(shè)計的綜合權(quán)衡。否決性設(shè)計控制是指在飛機裝備維修性設(shè)計中，涉及到實現(xiàn)維修性的關(guān)鍵性項目要求和維修安全項目要求，采用本文方法構(gòu)成在虛擬產(chǎn)品管理(VPM)設(shè)計系統(tǒng)中的硬性約束，相關(guān)設(shè)計在他的設(shè)計視圖環(huán)境下是必須滿足的，否則產(chǎn)品布局安裝設(shè)計不能完成。優(yōu)選性設(shè)計控制，就是按照定量指標(biāo)要求方式，按本文提出的單節(jié)點與維修過程時間模型方法，調(diào)整維修性設(shè)計方案，進行定量的優(yōu)化和控制設(shè)計，以達到指標(biāo)或最優(yōu)控制接近指標(biāo)。

(16)

(17)

需要滿足優(yōu)選性控制式：

(18)

(19)

需要滿足優(yōu)選性控制式：

(20)

按本文描述的基于模型的維修性設(shè)計控制方法，可以在調(diào)整飛機裝備各層級設(shè)計方案時，實時評估給定維修性要求的實現(xiàn)情況，保證裝備按照預(yù)期的目標(biāo)實現(xiàn)維修性指標(biāo)要求。

3.4 應(yīng)用實例

以某飛機的某研制階段一個電子設(shè)備艙為例，對維修性評估與控制進行應(yīng)用分析。該艙內(nèi)設(shè)備安裝布局如圖5所示。艙位分為上下2層布置，艙內(nèi)布置了5個電子設(shè)備，分別為控制盒A、計算機A、導(dǎo)航設(shè)備1、導(dǎo)航設(shè)備2、控制盒B，艙位對應(yīng)機表的維護口蓋為口蓋A(圖中未列出)。

按照3.1節(jié)描述的節(jié)點圖設(shè)想，梳理艙內(nèi)設(shè)備拆裝阻擋關(guān)系，將其轉(zhuǎn)化為圖方式表達，建模結(jié)果如圖6所示。

以導(dǎo)航設(shè)備1為例，按3.2節(jié)描述的單節(jié)點模型計算其單個產(chǎn)品的拆裝時間及完成整個維修過程的拆裝時間。導(dǎo)航設(shè)備1是采用4顆螺栓配合托板螺母固定在飛機的底板上，受空間和口蓋布局位置影響，其拆裝時需要提前拆除上方控制盒A。

圖5 某飛機電子設(shè)備艙示例

圖6 某飛機電子設(shè)備艙節(jié)點圖

經(jīng)對標(biāo)準(zhǔn)拆卸元、安裝元時間以及環(huán)境影響因素的假設(shè)和推理求得(過程略)：緊固件時間元tfa、功能接口時間元tfu、電氣接口時間元tel、更換設(shè)備時間元tre分別為6 min、1.5 min、1.5 min和9 min。 緊固件、功能接口、電氣接口、更換設(shè)備的時間元影響系數(shù)pefa、pefu、peel、pere分別為1.15、1、1、1.02， 則按式(7)求得導(dǎo)航設(shè)備1的拆裝時間為19 min。 同理，采用上述方法求得艙內(nèi)其他產(chǎn)品控制盒A、計算機A、導(dǎo)航設(shè)備2、控制盒B、口蓋A單節(jié)點時間分別為4.6 min、4.6 min、16.8 min、8.8 min和6 min。

由圖6可知，導(dǎo)航設(shè)備1屬于唯一拆卸路徑且簡單串行的情況，則按式(8)推得導(dǎo)航設(shè)備1維修時間計算公式為式(21)，計算結(jié)果為29.4 min。

T導(dǎo)航設(shè)備1=t導(dǎo)航設(shè)備1+t控制盒1+t口蓋A

(21)

以3.3節(jié)中提出的否決性設(shè)計控制為例開展維修性實時評估和控制，推薦性和優(yōu)選性設(shè)計控制措施按本文第2和第3節(jié)設(shè)想和借助維修性設(shè)計相關(guān)的一體化平臺同樣也能發(fā)揮起維修性設(shè)計過程中的實時評估和控制作用。

經(jīng)查詢，導(dǎo)航設(shè)備1的MTTR要求值為30 min， 29.4 min<30 min，滿足式(16)所列的優(yōu)選性控制式設(shè)計要求。

按式(17)以及其他艙位設(shè)備的維修時間預(yù)計值，求得導(dǎo)航設(shè)備1所屬系統(tǒng)的MTTR預(yù)計值為26.7 min，經(jīng)查詢其要求值為不大于30 min，26.7 min<30 min，滿足式(18)所列的優(yōu)選性控制式設(shè)計要求。

同理，按式(19)求得該設(shè)備艙虛擬MTTR預(yù)計值為18.4 min，經(jīng)查詢其要求值為不大于20 min， 18.4 min<20 min，滿足式(20)所列的優(yōu)選性控制式設(shè)計要求。

4 結(jié) 論

針對裝備數(shù)字化設(shè)計條件下的維修性同步設(shè)計需求，完成了基于數(shù)字模型的維修性設(shè)計技術(shù)流程、維修性設(shè)計控制方法的探索與研究，得到以下幾點結(jié)論：

1) 在裝備數(shù)字化設(shè)計大背景下，基于文本的傳統(tǒng)維修性設(shè)計方法已不再適宜，迫切需要將維修性設(shè)計參數(shù)納入到裝備數(shù)字化設(shè)計模型與環(huán)境中一并設(shè)計，才能從根本上解決維修性與裝備功能性能的同步設(shè)計問題。

2) 在分析傳統(tǒng)維修性設(shè)計和數(shù)字化設(shè)計環(huán)境下的維修性設(shè)計差異的基礎(chǔ)上，針對數(shù)字化設(shè)計環(huán)境提出的裝備維修性設(shè)計技術(shù)過程和主要技術(shù)原理，均具有通用性。

3) 提出的一種維修性信息模型、參數(shù)轉(zhuǎn)化方法、參數(shù)與信息集成方法、節(jié)點網(wǎng)絡(luò)圖、維修時間模型以及維修性實時評估方法，通過典型參數(shù)MTTR的實例驗證，證明具有裝備數(shù)字化設(shè)計環(huán)境條件下的工程實用性。