飛機(jī)易耗標(biāo)準(zhǔn)件維護(hù)需求預(yù)測的應(yīng)用研究

徐 菁，吳 甜，李德芳

（成都飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，四川成都 610092）

0 引言

航空維護(hù)所需備件類別眾多，主要消耗品中包含各類別、各規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)件，這些標(biāo)準(zhǔn)件的消耗與航空產(chǎn)品的各類故障問題、升級改裝、維修維護(hù)等相關(guān)，較難提前預(yù)測。合理的易耗標(biāo)件需求預(yù)測及準(zhǔn)備，可以在降低庫存管理成本的同時，為外場飛機(jī)執(zhí)行任務(wù)提供必要的保障，摒棄外場依靠技術(shù)管理人員經(jīng)驗判定，因此有必要探索標(biāo)準(zhǔn)件外場備件的分析及預(yù)測方法，為外場保障提供參考。

1 易耗標(biāo)準(zhǔn)件預(yù)測方法

飛機(jī)的服役階段為其全生命周期中最為重要的階段，在此階段，飛機(jī)的日常維護(hù)和更新是保證飛機(jī)安全運(yùn)行的重要保障。隨著飛機(jī)造價愈發(fā)昂貴，飛機(jī)的日常維護(hù)和更新引起了行業(yè)的重視。飛機(jī)的零件、標(biāo)件、鉚釘與材料是飛機(jī)維護(hù)和更新過程中的主要消耗品。在執(zhí)行緊急外場任務(wù)時，易耗品必須提前準(zhǔn)備，是執(zhí)行飛行任務(wù)前不可缺少的準(zhǔn)備工作之一。

標(biāo)件種類多，消耗數(shù)量大，是日常維護(hù)和管理的難點。目前，行業(yè)對于易耗標(biāo)準(zhǔn)件的預(yù)測研究及應(yīng)用主要涉及3 個方面，分別是可靠性分析、模擬計算和實戰(zhàn)統(tǒng)計。

1.1 可靠性分析

為將備件庫存成本降低到最小，提出了以可靠性理論為基礎(chǔ)的的航空備件需求模型，對各種備件壽命分布情況的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行分析。

分析時，首先需對裝備可靠性進(jìn)行分析，對MTBF（Mean Time Between Failure，平均故障間隔時間）進(jìn)行估算，再采用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行推算及預(yù)測，如指數(shù)分布、正態(tài)分布、威布爾分布等，可靠性分析預(yù)測可較為準(zhǔn)確地定出某一保障概率的備件數(shù)量。但可靠性分析預(yù)測模型主要基于產(chǎn)品或備件的平均壽命，對標(biāo)準(zhǔn)件這類本身壽命與易耗源頭無法清晰判別的情況并不適用。

1.2 模擬計算

模擬仿真算法對作戰(zhàn)條件、作戰(zhàn)樣式、裝備類型、使用環(huán)境等影響因素進(jìn)行分析，建立裝備作戰(zhàn)模型及備件關(guān)系模型，通過計算機(jī)仿真進(jìn)行損傷及備件需求預(yù)測。國內(nèi)外均基于各自產(chǎn)品的實際情況進(jìn)行了相關(guān)建模及研究分析，但此類預(yù)測方法需集成的數(shù)據(jù)量較大，如在某型飛機(jī)交付前進(jìn)行計算預(yù)測，可能數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確、可信度不足；如在飛機(jī)交付后進(jìn)行，則失去了模擬計算的意義，故應(yīng)用暫不廣泛。

1.3 實戰(zhàn)統(tǒng)計

實戰(zhàn)統(tǒng)計或基于歷史實戰(zhàn)原型，或通過記錄、分析裝備的故障率及損耗數(shù)等歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)，通過統(tǒng)計、分析戰(zhàn)例中武器裝備的損傷情況，找出戰(zhàn)損規(guī)律。其中代表性的模型是QJM（Quantity Judgement Model，定量判定模型）。該模型雖然確定了較為清晰的QJMA（Quantity Judgement Method Analysis，定量判定模型分析）流程，但是在實際應(yīng)用中，必須有龐大的數(shù)據(jù)量支撐，不過這些必要的參數(shù)通常難以獲取，尤其針對服役年份不多的機(jī)型，無法得出最終的記錄數(shù)據(jù)。

2 易耗標(biāo)準(zhǔn)件預(yù)測模型的建立

2.1 易耗標(biāo)準(zhǔn)件類別與消耗量

以統(tǒng)計數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，統(tǒng)計分析及計算范圍為數(shù)架份某型飛機(jī)服役3 年排故所消耗的標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)據(jù)。

3 年內(nèi)數(shù)架份飛機(jī)排故所消耗的標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)據(jù)如圖1 所示。可以看出，消耗量最大的3 種標(biāo)準(zhǔn)件為小冠頭雙線螺栓、齒輪槽100°沉頭螺栓和齒輪槽120°沉頭螺栓。

對主要易耗情況進(jìn)行分析：

（1）消耗類別：外場消耗的標(biāo)準(zhǔn)件類別及消耗量與全機(jī)實際用量無特別的對應(yīng)關(guān)系，從統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，主要消耗是螺栓或螺母，全機(jī)制造過程大量使用的鉚釘、抽釘?shù)认牧繕O少。

（2）消耗原因：影響易耗標(biāo)件消耗數(shù)量的原因較多，如飛機(jī)起降和飛行過程中的交變載荷引起的振動，人工操作產(chǎn)生的螺紋損傷，飛行任務(wù)數(shù)量及飛行時間，維修保障周期影響等。外場消耗主要是螺栓，螺栓多次拆出及擰緊，容易出現(xiàn)螺栓滑絲、破損及螺母槽口變形問題，產(chǎn)生消耗。

（3）消耗階段：飛機(jī)外場改裝，排故和日常維護(hù)過程中拆卸口蓋進(jìn)行相關(guān)工作，口蓋連接主要采用螺接。

為了建立更為準(zhǔn)確的預(yù)測模型，消除因數(shù)據(jù)量不足產(chǎn)生的計算偏差，此次研究選取眾多易耗標(biāo)準(zhǔn)件中消耗量最大的3 種標(biāo)件作為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

圖1 易耗標(biāo)件類別和占比

2.2 易耗標(biāo)準(zhǔn)件需求預(yù)測模型的構(gòu)建

消耗量最大的3 類標(biāo)件在飛機(jī)服役起3 年內(nèi)的消耗量和時間如表1 所示。將表中數(shù)據(jù)繪制成曲線圖，并擬合曲線方程，如圖2～圖4 所示。

表1 3 年內(nèi)消耗量累加統(tǒng)計 顆

從圖2～圖4 可知，3 種標(biāo)件消耗的擬合曲線較好的符合BiDoseResp 函數(shù)模型，BiDoseResp 函數(shù)模型如式（1）所示。

式中，y 為隨時間推進(jìn)的標(biāo)件易耗總數(shù)，x 為月份，h1、h2、P為涉及標(biāo)件消耗的影響參數(shù)，x01、x02分別為趨勢變化的兩個拐點影響參數(shù)。

圖2 小冠頭雙線螺栓消耗曲線

圖3 齒輪槽100°沉頭螺栓消耗曲線

圖4 齒輪槽120°沉頭螺栓消耗曲線

將3 種標(biāo)件消耗曲線擬合求得各參數(shù)（表2）。

由表2 可知，3 種標(biāo)件消耗量的擬合曲線與原始數(shù)據(jù)的確定系數(shù)R2均為0.99，可知BiDoseResp 函數(shù)模型能夠很好地反映易耗標(biāo)件的使用數(shù)量。

影響易耗標(biāo)件消耗數(shù)量的原因較多，如飛機(jī)起降和飛行過程中交變載荷引起的振動、人工操作產(chǎn)生的螺紋及槽口損傷、飛行任務(wù)數(shù)量及飛行時間、維修保障周期影響等。以上影響因素多、復(fù)雜且難以統(tǒng)計，但通過消耗數(shù)量擬合函數(shù)模型分析，可以得出較為規(guī)律的消耗趨勢。從圖2～圖4 分析可知，易耗標(biāo)準(zhǔn)件在服役期內(nèi)（0～36 個月）的消耗趨勢可以大致分為3 個階段。

表2 擬合曲線方程參數(shù)

（1）0～12 個月急速增長期：各類出廠帶出的故障及工藝缺陷，在此階段得到排除及解決，造成標(biāo)件消耗增加。

（2）12～24 個月平緩增長期：大部分自帶問題已解決，進(jìn)入產(chǎn)品正常的使用期，該階段可能存在問題隱患，但尚未到達(dá)故障出現(xiàn)的時機(jī)。

（3）24～36 個月的第二次急速增長期：產(chǎn)品飛行及任務(wù)執(zhí)行達(dá)到了一定的階段，前期的隱患得以出現(xiàn)，部分成品在此階段到壽更換造成標(biāo)件消耗。

根據(jù)趨勢可以推測，第36 個月以后可能進(jìn)入第二次平緩增長期，涉及大型的消耗已經(jīng)結(jié)束，消耗量趨于平緩，消耗原因基本與日常維護(hù)及保障相關(guān)。

3 需求預(yù)測模型的應(yīng)用與分析

預(yù)測模型以飛機(jī)服役前36 個月的易耗標(biāo)件消耗量為數(shù)據(jù)樣本。每月數(shù)據(jù)為該月份消耗標(biāo)件數(shù)量與之前月份消耗量的總和。對比飛機(jī)服役的37～39 個月易耗標(biāo)件實際消耗數(shù)值與預(yù)測模型在對應(yīng)月份計算數(shù)值見圖5，對比結(jié)果見表3。從表3 可以得到：①3 種易耗標(biāo)件的增長趨于平緩，符合BiDoseResp 函數(shù)曲線的收斂特性；②該預(yù)測模型的計算數(shù)據(jù)與實際消耗值接近，3 種易耗標(biāo)件的預(yù)測誤差均在5%的范圍內(nèi)，該預(yù)測模型的預(yù)測結(jié)果準(zhǔn)確性較高。

圖5 實測值與計算值曲線

表3 預(yù)測模型數(shù)據(jù)驗證結(jié)果

4 結(jié)論

飛機(jī)任務(wù)執(zhí)行要求的提高，對備件準(zhǔn)備的要求也隨之嚴(yán)格，合理的易耗標(biāo)件預(yù)測及準(zhǔn)備，可以為外場飛機(jī)執(zhí)行任務(wù)提供必要的保障。摒棄外場依靠技術(shù)管理人員經(jīng)驗判定，有必要開展易耗備件外場備件的分析及預(yù)測。本方法與現(xiàn)場實際消耗情況關(guān)系密切，根據(jù)BiDoseResp 函數(shù)模型與實際數(shù)據(jù)的符合性，可以針對飛機(jī)維護(hù)和管理給出以下建議：

（1）余量增加：各類別的標(biāo)準(zhǔn)件在預(yù)測基礎(chǔ)值上，增加5%的備件余量，并以5 的整數(shù)倍進(jìn)行庫存。

（2）規(guī)格配比：各類別標(biāo)準(zhǔn)件可能有多個規(guī)格，可根據(jù)前期的消耗比例，按一定百分比余量進(jìn)行規(guī)格配比。

（3）更新周期：從物資管理角度出發(fā)，以3 個月為一個周期對現(xiàn)場易耗標(biāo)件數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計和補(bǔ)充。

未來可繼續(xù)根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)的累加進(jìn)行優(yōu)化，可擴(kuò)展應(yīng)用至其他類似機(jī)型交付時為用戶提出初始的建議，還可擴(kuò)展應(yīng)用至其他類型的消耗備件，如卡箍、濾芯等。