美國國防部在軍用飛機(jī)商用衍生型發(fā)動機(jī)上試點(diǎn)使用PMA件和DER修理

任淑霞 邢天宇 孫明/ 中國航空工業(yè)發(fā)展研究中心 體系評估中心

本文針對美國國防部在部分軍用飛機(jī)商用衍生型發(fā)動機(jī)上試點(diǎn)使用PMA 件和DER 修理的情況進(jìn)行了分析，介紹了在軍用飛機(jī)發(fā)動機(jī)上大量使用PMA 件和DER 修理所帶來的風(fēng)險(xiǎn)，以及軍事部門和民航系統(tǒng)關(guān)于PMA 件和DER 修理的審批流程上的差異，為國內(nèi)這方面的使用提供參考和借鑒。

0 引言

由于伊拉克和阿富汗戰(zhàn)爭等原因，2001—2014 財(cái)年，美國國防部在運(yùn)營和維護(hù)方面的撥款年均增長率為5.9%，超過了同期國防部預(yù)算年均4.8%的增速。以美國空軍預(yù)算為例，與飛機(jī)相關(guān)的費(fèi)用占了大部分運(yùn)營和維護(hù)資金，僅飛機(jī)發(fā)動機(jī)的維護(hù)費(fèi)用每年約占30 億美元。隨著冷戰(zhàn)結(jié)束，美國國防部開始削減預(yù)算，從2014—2019 財(cái)年，國防部預(yù)算每年減少1%，總計(jì)減少5%，運(yùn)營和維護(hù)預(yù)算更是以每年3%的速度下降，總體降幅為14%。為應(yīng)對預(yù)算削減帶來的沖擊，美國防部開始學(xué)習(xí)民用航空領(lǐng)域的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，在部分軍機(jī)商用衍生型發(fā)動機(jī) 上試點(diǎn)使用PMA 件 和DER 修理，以有效降低維修成本。

在民用航空領(lǐng)域，航空發(fā)動機(jī)維修成本一直是航空公司維修成本支出最大的一項(xiàng)，每年全球發(fā)動機(jī)維修市值約占整個MRO 市場的40%。受人工費(fèi)用及原始設(shè)備制造商（OEM）零部件目錄價(jià)格不斷增高的影響，航空公司面臨維修成本上漲的壓力日益增大，紛紛在OEM 之外尋找可替代航材供應(yīng)和維修方案，其中使用PMA 件和DER 修理正在成為越來越多航空公司的選擇。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，PMA 件比OEM 件可節(jié)約成本25%～45%，DER 修理可節(jié)約成本高達(dá)80%。

美國國防部在其加油機(jī)、運(yùn)輸機(jī)、指揮控制和通信機(jī)隊(duì)中使用了許多商用衍生型發(fā)動機(jī)，這些發(fā)動機(jī)與商用發(fā)動機(jī)共享通用技術(shù)，甚至具有與商用發(fā)動機(jī)相同的零部件。國防部每年在發(fā)動機(jī)維護(hù)上的花費(fèi)相當(dāng)大，其中商用衍生型發(fā)動機(jī)是維護(hù)成本最高的一部分。早在2008 年，美國空軍為了控制運(yùn)營和維護(hù)預(yù)算就開始嘗試在部分軍事商用衍生型發(fā)動機(jī)（如KC-10加油機(jī)裝配的F103）維護(hù)中使用了PMA 件和DER 修理，單次大修成本可節(jié)省超過100 萬美元，美國防部認(rèn)為此方法可極大地降低飛機(jī)維護(hù)運(yùn)營成本。通過研究美國防部在軍機(jī)商用衍生型發(fā)動機(jī)上試點(diǎn)使用PMA 件和DER 修理的成功經(jīng)驗(yàn)做法，美國防部認(rèn)為，此方法可極大降低國內(nèi)裝備維修保障費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)效費(fèi)比。

1 美國國防部在部分商用衍生型發(fā)動機(jī)上試點(diǎn)使用PMA 件和DER 修理

為了驗(yàn)證在商用衍生型發(fā)動機(jī)上使用PMA 件和DER 修理帶來的成本節(jié)約，美國國防部委托蘭德公司空軍項(xiàng)目辦開展相關(guān)研究，對比分析商用衍生型發(fā)動機(jī)和商用發(fā)動機(jī)在零部件的通用性、審批程序上的差異以及可能帶來的成本節(jié)約空間。

蘭德公司選擇了兩款商用衍生型發(fā)動機(jī)開展案例研究，分別是美國空軍使用的CF6-50 發(fā)動機(jī)和被空軍和海軍使用的CFM56-2 發(fā)動機(jī)。CF6-50C2/F103 發(fā)動機(jī)應(yīng)用于空軍KC-10 飛機(jī)，CFM56-2A 發(fā)動機(jī)用于海軍E-6В 飛機(jī)，CFM56-2В/F108 發(fā)動機(jī)用于空軍KC-135 和RC-135 飛機(jī)（如表1 所示）。這兩款商用衍生型發(fā)動機(jī)庫存量大且與商用發(fā)動機(jī)通用的零部件占比高，服役已有數(shù)十年。

2008 年之前，美國空軍與OEM 簽訂的這兩款商用衍生型發(fā)動機(jī)維護(hù)合同中不允許使用PMA 件和DER 修理。以F103 維護(hù)合同為例，大修費(fèi)用中約75%用于零件采購，其余25%用于人工成本。從2008 年到2010 年，美國空軍批準(zhǔn)合同商允許使用PMA 件和DER 修理。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，使用PMA 件和DER 修理后，F(xiàn)103 發(fā)動機(jī)每次大修的成本節(jié)省了20%～25%，從2010 年到2013 年共節(jié)省了2 億美元，且航材采購成本占總維修成本比例下降到25%左右，人工成本占總維修成本的75%，實(shí)現(xiàn)了很大的成本節(jié)約。美國空軍對使用PMA 件和DER修理的效果感到滿意，并計(jì)劃在下一份合同商保障合同中繼續(xù)使用。但相比之下，F(xiàn)108 只是偶爾使用PMA 件和DER修理。

除了能夠降低成本外，使用PMA件和DER 修理還能夠保證在制造和維修資源減少的情況下，為老舊裝備提供備用的部件和維修來源，以維持供應(yīng)鏈的穩(wěn)定性。由于用于軍事用途的發(fā)動機(jī)庫存時間比航空公司長得多，隨著供應(yīng)商倒閉或關(guān)閉生產(chǎn)線，零部件獲取越來越難，而PMA 件和DER 修理可以很好地彌補(bǔ)老舊發(fā)動機(jī)零部件短缺的風(fēng)險(xiǎn)。

圖1 1990-2019 財(cái)年國防部用于運(yùn)營和維護(hù)的預(yù)算所占百分比

表1 CF6-50 和CFM56-2 發(fā)動機(jī)在軍、民機(jī)中的應(yīng)用

2 在軍事用途的飛機(jī)發(fā)動機(jī)上大量使用PMA 件和DER 修理具有一定的風(fēng)險(xiǎn)

考慮到在KC-10 裝配的F103 發(fā)動機(jī)上廣泛使用了PMA 件和DER 修理，而在執(zhí)行相同加油任務(wù)的KC-135 裝配的F108 發(fā)動機(jī)上則很少使用，主要原因在于反對者認(rèn)為在具有軍事用途的飛機(jī)上大量使用PMA 件和DER 修理可能存在風(fēng)險(xiǎn)。

蘭德公司分析了大量使用PMA 件和DER 修理的風(fēng)險(xiǎn)有三類：第一，即使在商業(yè)環(huán)境中運(yùn)行，非OEM 件也不如OEM 件質(zhì)量好，而且更有可能發(fā)生故障；第二，OEM 對使用非OEM 件和DER 修理的運(yùn)營商采取抵制政策；第三，F(xiàn)AA 認(rèn)證的零部件和DER 修理僅等同于在商業(yè)環(huán)境中使用的OEM 產(chǎn)品，但在軍事用途中無效。

2.1 可靠性差異

盡管FAA 證實(shí)了PMA 件的可靠性與OEM 件相同，但還是有很多航空公司認(rèn)為非OEM 件存在很大的安全風(fēng)險(xiǎn)，可靠性不如OEM 件。尤其是許多較小的航空公司和租賃公司，由于不具備大的航空公司強(qiáng)大的工程技術(shù)能力來管理這類部件，更多依靠OEM 專業(yè)知識來進(jìn)行管理，因此不愿意承擔(dān)使用非OEM 件帶來的風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 轉(zhuǎn)售或租賃的估值降低

使用PMA 件和DER 修理將導(dǎo)致發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)售或租賃的估值降低，許多將維修外包的小型航空公司仍禁止使用PMA件和DER 修理。市場上很大一部分發(fā)動機(jī)是用于租賃的，并且有些公司不希望因安裝PMA 件而承擔(dān)運(yùn)營責(zé)任的風(fēng)險(xiǎn)，因此租賃公司通常不使用PMA 件和DER 修理。

2.3 OEM 對PMA 件和DER 修理的抵制

由于PMA 件和DER 修理的大量使用會直接削減OEM 的收入來源，OEM也采取了直接或間接的抵制策略。直接抵制策略包括：拒絕對使用PMA 件和DER 修理的產(chǎn)品提供保修服務(wù)、引入替代件降低成本。2007 年，OEM 正式要求FAA 研究PMA 件和DER 修理是否合規(guī)。FAA 研究指出，PMA 件和DER修理應(yīng)視為原始型號合格證件的互換件，OEM 有責(zé)任對其設(shè)計(jì)的零部件兌現(xiàn)保修。OEM 的另一種直接抵制策略是通過引入替代零件降低成本，從而阻止非OEM 供應(yīng)商開發(fā)PMA 件或DER修理，甚至驅(qū)逐他們退出市場。

OEM 采取的間接抵制策略，如提供“按小時”付費(fèi)服務(wù)，這對于沒有維護(hù)能力的航空公司特別有吸引力。此外，OEM 在零部件升級時采用分配新的零件號并更新圖紙等手段，這就使得原PMA 件或DER 修理的批準(zhǔn)失效，需要重新報(bào)FAA 審批。

2.4 軍、民機(jī)飛行剖面和運(yùn)行環(huán)境差異帶來的風(fēng)險(xiǎn)

圖2 美國國防部和商業(yè)航空公司供應(yīng)源審批流程

美國軍事服務(wù)部門不愿意使用PMA 件和DER 修理的一個主要原因是商用飛機(jī)與軍用加油機(jī)的飛行剖面存在差異。一般來說，在零部件通用程度高且故障模式基本相同的情況下，軍、民機(jī)飛行剖面的差異確實(shí)會導(dǎo)致故障率的增加。但通過研究發(fā)現(xiàn)，商業(yè)飛行的剖面為起飛、爬升、巡航、下降和進(jìn)近著陸，而軍事加油機(jī)的飛行剖面為起飛爬升到達(dá)操作高度后，在指定點(diǎn)徘徊并加油，最后飛回到指定基地，二者運(yùn)行剖面基本相同，并沒有顯著性差異。因此，以飛行剖面不同為理由限制使用PMA 件和DER 修理是不合理的。此外，美國空軍已經(jīng)在KC-10 加油機(jī)裝配的F103商用衍生型發(fā)動機(jī)上廣泛使用了PMA件和DER 修理；另一方面，商用衍生型發(fā)動機(jī)中用于軍事用途的重要零部件編號與商業(yè)飛機(jī)類似的零部件編號是不同的，與商業(yè)飛機(jī)發(fā)動機(jī)上擁有相同編號的零部件適用于任何運(yùn)行環(huán)境。

由于商業(yè)航空和軍事飛行在飛行小時數(shù)、起飛推力設(shè)置和運(yùn)行環(huán)境上存在差異，美國國防部要求進(jìn)行大量的測試來證明PMA 件和DER 修理能夠符合軍機(jī)飛行剖面和運(yùn)行環(huán)境的要求，這也造成了非OEM 廠商進(jìn)入國防部市場是非常困難的。其一，飛行小時數(shù)的差異，商業(yè)飛行的飛行時間更長；其二，起飛推力設(shè)置差異，軍機(jī)設(shè)置的起飛推力更大，發(fā)動機(jī)磨損更嚴(yán)重，但發(fā)動機(jī)的運(yùn)行接近其設(shè)計(jì)包線運(yùn)行會導(dǎo)致零部件故障的頻率，而非故障模式；其三，軍機(jī)與民機(jī)的運(yùn)行環(huán)境不同，軍機(jī)在戰(zhàn)斗環(huán)境中運(yùn)行，例如在沙漠中聚積的沙子和灰塵會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)零部件的腐蝕和磨損，運(yùn)行環(huán)境可能導(dǎo)致發(fā)動機(jī)零部件的故障模式不同。

3 軍方和民航局關(guān)于PMA 件和DER 修理的審批流程存在差異

美國空軍采用供應(yīng)源審批SAR 流程對非OEM、主承包商或主要子系統(tǒng)承包商提供的零部件替代供應(yīng)或維修源的方式進(jìn)行監(jiān)管。通過將美國空軍發(fā)動機(jī)零部件供應(yīng)SAR 流程與美國主要商業(yè)航空公司相應(yīng)處理過程進(jìn)行比較，可以看出兩者存在的差異。差異程度均按綠色，黃色和紅色進(jìn)行標(biāo)示，其中紅色表示處理流程在兩者之間的差異最大，其次是黃色，綠色代表差異最小。從圖2 可以看出，兩者在構(gòu)型管理上差異最小，在審查數(shù)據(jù)包上差異最大。

3.1 識別可替換備件和供應(yīng)源

航空公司首先挑選出最有可能帶來顯著成本效益的部件，然后在FAA 批準(zhǔn)的PMA 件清單中檢查這些部件，以獲得快速、低風(fēng)險(xiǎn)的成本節(jié)約機(jī)會。此外，還考慮了其他可能限制替代來源批準(zhǔn)的因素，如出租人協(xié)議、轉(zhuǎn)售價(jià)值降低、OEM 策略、飛機(jī)退役和供應(yīng)商投資等。

與航空公司不同，國防部挑選可替換備件和供應(yīng)源時最關(guān)注的不是成本效益，而是是否擁有其技術(shù)數(shù)據(jù)。擁有飛機(jī)和系統(tǒng)的技術(shù)數(shù)據(jù)，可以允許國防部向其他替代源提供零部件圖紙和制造說明書。

3.2 參與基地供應(yīng)

在與供應(yīng)商進(jìn)行互動時，國防部和商業(yè)航空公司主要區(qū)別在于與潛在供應(yīng)商的互動程度。相比而言，商業(yè)航空公司與潛在供應(yīng)商的互動程度更高。一方面，航空公司通過確定的零部件清單和預(yù)計(jì)用途征求供應(yīng)商的意向。另一方面，供應(yīng)商通常需要航空公司提供更多的數(shù)據(jù)對其進(jìn)行評估，還需要經(jīng)常訪問技術(shù)手冊，以了解相鄰和更高級別的部件功能。此外，還要開發(fā)可行的業(yè)務(wù)案例，以確保收回投資和利潤。

3.3 審查數(shù)據(jù)包

商業(yè)航空公司的審查過程是由經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)的工程師來進(jìn)行，他們具備機(jī)械、航空航天、材料和冶金背景；而國防部審查數(shù)據(jù)包往往更依賴OEM支持。這是由于軍方發(fā)動機(jī)維護(hù)工程師往往缺乏培訓(xùn)和經(jīng)驗(yàn)，無法像商業(yè)航空公司那樣對非OEM 件和維修進(jìn)行獨(dú)立評估。美國空軍中確實(shí)也有擁有這種技能的工程師，但他們更多在采辦或研究機(jī)構(gòu)中工作，而不是在維修部門。

3.4 構(gòu)型管理

在批準(zhǔn)替換件和供應(yīng)源時，商業(yè)航空公司還必須評估和規(guī)劃構(gòu)型變更帶來的影響，這涉及到FAA 安全要求和航空公司安全標(biāo)準(zhǔn)。PMA 件經(jīng)批準(zhǔn)后，必須更新零部件清單，更改維護(hù)手冊，對供應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行再調(diào)整。這些構(gòu)型管理活動都是需要花費(fèi)成本的。近年來，航空公司已經(jīng)應(yīng)用了精益化管理不斷簡化構(gòu)型變更流程，以引入PMA 件和DER修理。

3.5 監(jiān)控

一旦替換件被批準(zhǔn)并在系統(tǒng)中對變更影響進(jìn)行說明，就可以采購新的部件。當(dāng)新的零部件進(jìn)入供應(yīng)系統(tǒng)，商業(yè)航空公司和國防部就會跟蹤零部件的質(zhì)量。國防部采用產(chǎn)品質(zhì)量缺陷報(bào)告(PQDR)系統(tǒng)來跟蹤替換件的質(zhì)量問題。主要的商業(yè)航空公司報(bào)告稱，他們已經(jīng)批準(zhǔn)了1500 多個PMA 件和DER 修理，并且只發(fā)現(xiàn)了一些小問題,但每年可為航空公司節(jié)省了數(shù)千萬美元。

4 小結(jié)

美國國防部將民航領(lǐng)域PMA 件和DER 修理的“降本增效”成功經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用到航空維修領(lǐng)域，體現(xiàn)了其軍民融合理念，即民航的技術(shù)和模式同樣可以幫助軍事部門降低成本。之所以美國國防部能取得試點(diǎn)成功，得益于美軍具備試點(diǎn)推廣應(yīng)用的基礎(chǔ)。

一是美國國防部具備推行PMA 件和DER 修理的技術(shù)前提。美國國防部擁有大量的商用衍生型發(fā)動機(jī)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，美國軍事部門庫存中超過9000種商用衍生型發(fā)動機(jī)，大部分加油機(jī)和運(yùn)輸機(jī)商用衍生型發(fā)動機(jī)經(jīng)歷了軍改民、民再改軍的改進(jìn)過程，軍民零部件具有很大程度的通用性，這也使得在軍用發(fā)動機(jī)上推行民航PMA 件和DER 修理成為可能。

二是構(gòu)建了軍民統(tǒng)一的零部件編碼體系。這是全軍甚至北約和盟國統(tǒng)一的編碼標(biāo)準(zhǔn)體系，通過將某型商用衍生發(fā)動機(jī)上所有NIIN 零件號與PMA 數(shù)據(jù)庫中可替換的OEM 零件號進(jìn)行比較，有助于快速高效地尋找適合應(yīng)用PMA 件和DER 修理的軍用發(fā)動機(jī)零部件。

三是建立了維修數(shù)據(jù)共享機(jī)制。軍方通過監(jiān)控發(fā)動機(jī)運(yùn)行維護(hù)的成本、趨勢和指標(biāo)，根據(jù)民航經(jīng)驗(yàn)對趨勢進(jìn)行基準(zhǔn)測試，并將這些數(shù)據(jù)提供給發(fā)動機(jī)供應(yīng)鏈管理、項(xiàng)目管理和工程維護(hù)的相關(guān)人員。

但美國國防部在試點(diǎn)推廣中也暴露出一些亟待解決的深層次問題。例如，缺乏專業(yè)的工程團(tuán)隊(duì)評估PMA 件和DER 修理風(fēng)險(xiǎn)、針對可能存在風(fēng)險(xiǎn)的PMA 件和DER 修理缺乏相應(yīng)的流程對其進(jìn)行監(jiān)控等、應(yīng)用PMA 件和DER修理可能出現(xiàn)的質(zhì)量可靠性和OEM 抵制等。此外，還需要考慮軍事運(yùn)行環(huán)境和民航的差異性，這需要對PMA 件和DER 修理進(jìn)行更長時間的評估。

但隨著上述問題的逐步解決，PMA件和DER 修理在民航領(lǐng)域的成功經(jīng)驗(yàn)將被越來越多的應(yīng)用到商用衍生型發(fā)動機(jī)上，在保持可靠性和安全性的前提下，可以顯著降低維修成本。這對國內(nèi)軍用飛機(jī)發(fā)動機(jī)具有一定的參考。但受制于國內(nèi)軍用飛機(jī)發(fā)動機(jī)應(yīng)用PMA 件和DER 修理的生態(tài)環(huán)境尚不健全（如缺乏統(tǒng)一的物資編碼體系、維修數(shù)據(jù)信息無法共享、航空裝備不具備很好的軍民衍生性等），當(dāng)前還不具備廣泛推廣應(yīng)用的基礎(chǔ)，需要審慎考慮PMA 件和DER修理在航空裝備維修中的應(yīng)用，可以借鑒其思想理念而不能簡單照搬。前期可考慮在一些具有軍民衍生背景的航空裝備中嘗試開展PMA 件和DER 修理，積累一些技術(shù)和管理上的經(jīng)驗(yàn)，為后續(xù)條件成熟時推廣應(yīng)用做好準(zhǔn)備。