水陸兩棲飛機涉水結(jié)構(gòu)修理級別分析研究

田晶，馬小駿，馮蘊雯，胡宇強，李陽

（1.西北工業(yè)大學(xué) 航空學(xué)院，西安710072）

（2.中國商用飛機有限責(zé)任公司 科技委，上海200241）

（3.中航通飛華南飛機工業(yè)有限公司市場客服中心，珠海519000）

0 引 言

修理級別分析（Level of Repair Analysis，簡稱LORA）是飛機維修工程分析的重要環(huán)節(jié)，維修工程分析中的計劃維修分析（Scheduled Maintenance Analysis，簡稱SMA）產(chǎn)生的預(yù)防性維修任務(wù)，以及后勤保障分析相關(guān)的故障模式與影響分析（Logis‐tics Support Analysis Related Failure Modes and Ef‐fects Analysis，簡稱LSA FMEA）、損傷與特殊事件分析（Damage and Special Events Analysis，簡稱DSEA）產(chǎn)生的糾正性維修任務(wù)，都要通過LORA來決定其是否需要維修、在哪修。

LORA最早由美國國防部提出［1］，1993年美國軍方頒布軍用標(biāo)準MIL-STD-1390D［2］，該標(biāo)準給出了系統(tǒng)LORA的任務(wù)描述、具體內(nèi)容等。國外研究者對LORA模型建立、算法求解及應(yīng)用進行了大量研究，L.Barros等［3］提出了考慮標(biāo)準生命周期費用函數(shù)的修理級別優(yōu)化方法，并開發(fā)了相關(guān)軟件包；G.Gutin等［4］證明LORA問題是多項式可解的；B.Taoufik等［5］提出用基于禁忌搜索的混合遺傳算法解決大規(guī)模決策變量問題，并以H.Sa‐ranga等［6］給 出 的 算 例進行 求 解；S.Thyagarajan等［7］提出了適用于飛機復(fù)合材料結(jié)構(gòu)修復(fù)決策過程的決策模型；M.R.Rawat等［8］提出機隊系統(tǒng)可靠性設(shè)計和LORA的聯(lián)合優(yōu)化方法，并采用基于蒙特卡洛仿真的遺傳算法進行求解。我國研究者對LORA的研究開始較晚，吳昊等［9］提出了適用于民用飛機的三層三級經(jīng)濟性LORA模型，并用免疫粒子群法對模型求解；薛陶等［10］提出了適用于通用多層多級LORA經(jīng)濟性模型的LORA決策流概念；賈寶惠等［11-12］研究了針對民用飛機的經(jīng)濟性LORA模型和綜合LORA模型；張帥等［13］、李季穎等［14］針對艦載機和艦載航空設(shè)備，分別建立了基于備件短缺數(shù)和模糊層次分析法多因素的LORA模型；王旭［15］、趙大磊等［16］對導(dǎo)彈彈體設(shè)備的LO‐RA進行了研究；何春雨等［17］基于LINGO軟件，開展了艦船裝備LORA優(yōu)化分析；饒若曦等［18］、李慧梅等［19］針對車輛裝備，分別建立了基于綜合權(quán)重確定的非經(jīng)濟性LORA模型和基于最小費用流的經(jīng)濟性LORA模型。當(dāng)前國內(nèi)外的LORA主要針對民用飛機、艦載機、船舶、導(dǎo)彈、車輛等，尚沒有針對水陸兩棲飛機的LORA研究。水陸兩棲飛機在我國主要用于森林滅火和海上救援。隨著國產(chǎn)大型水陸兩棲飛機AG600的成功首飛，研究水陸兩棲飛機涉水結(jié)構(gòu)的LORA成了迫切需求。

本文結(jié)合水陸兩棲飛機初始運營階段特點，提出適用于水陸兩棲飛機涉水結(jié)構(gòu)的LORA流程、ELORA模型，并利用算例對經(jīng)濟性修理級別分析進行驗證。

1 水陸兩棲飛機涉水結(jié)構(gòu)修理級別劃分

水陸兩棲飛機森林滅火和海上救援的任務(wù)模式?jīng)Q定了其民用飛機的屬性，我國民用飛機現(xiàn)在多采用兩級修理，但由于我國缺乏大型水陸兩棲飛機的運營經(jīng)驗，水陸兩棲飛機維修保障體系發(fā)展尚不成熟，兩級修理并不能滿足其維修保障要求。且在水陸兩棲飛機運營初期，基地級維修位于珠海，而我國森林火災(zāi)多發(fā)地位于黑龍江、云南、甘肅等，采用兩級修理模式會因為運輸能力有限等影響飛機出勤率?；谝陨蟽牲c因素，對水陸兩棲飛機涉水結(jié)構(gòu)采用三級修理模式：基層級、中繼級和基地級。

1.1 基層級

基層級的實施條件為機場停機坪或停機庫。主要工作包括：

（1）完成飛機航前的預(yù)先準備工作和起飛前檢查工作、航后的檢查維護工作。

（2）日常維護保養(yǎng)，非計劃的排故維修，故障診斷隔離，進行故障航線可更換單元（Line Re‐placeable Unit，簡稱LRU）的更換。

（3）將故障LRU送中繼級、基地級或返廠檢修。

此外，涉水結(jié)構(gòu)長期處于高濕、高鹽的環(huán)境中，在基層級需進行大量防腐蝕維護工作［20-22］：執(zhí)行任務(wù)后，及時用清水清洗飛機表面，并用干燥的熱風(fēng)吹干，及時清除表面的鹽分和油污等；日常維護時，盡量不要破壞零件涂層，發(fā)現(xiàn)涂層破壞或有疑似腐蝕時，及時修理防護；排水、防潮、通風(fēng)；涂層體系的保養(yǎng)，若涂層已遭破壞，應(yīng)及時進行修復(fù)或噴涂脫水防銹劑作暫時性保護；密封材料若因自然老化、高壓沖洗等原因遭到破壞，要及時進行更換和填充；在外場腐蝕防護中，要定期檢查活動接頭、摩擦表面、軸承和操縱鋼索等的潤滑油脂是否充分。特別是飛機沖洗后，注意這些部位的再潤滑問題，油箱微生物沉積的預(yù)防與去除工作等。

1.2 中繼級

中繼級的實施條件為在指定的有CCAR-145部維修資質(zhì)的修理廠或航空維修公司車間/廠房內(nèi)［23］。主要修理工作包括：

（1）可兼顧完成基層級所有工作。

（2）完成將故障隔離到內(nèi)場可更換單元（Shop Replaceable Unit，簡稱SRU）的診斷、檢測工作。

（3）完成故障SRU的更換。

（4）將故障SRU送基地級或返廠維修。

（5）故障LRU的修復(fù)、測試、檢驗。

（6）將修好的LRU送基層級裝機或作備件。

1.3 基地級

基地級的實施條件為在飛機制造（總裝）廠或有CCAR-145部維修資質(zhì)的飛機大修廠/航空維修公司車間/廠房內(nèi)?；鶎蛹壭蘩淼闹饕ぷ靼ǎ?/p>

（1）可兼顧完成基層級、中繼級所有工作。

（2）完成飛機、發(fā)動機和主要機載設(shè)備翻修期的工作，以及SRU的修復(fù)與檢測。

2 水陸兩棲飛機涉水結(jié)構(gòu)LORA

2.1 LORA流程

水陸兩棲飛機涉水結(jié)構(gòu)LORA流程如圖1所示。

圖1 水陸兩棲飛機涉水結(jié)構(gòu)LORA流程圖Fig.1 Amphibious aircraft wading structure LORA flow chart

（1）確定待分析產(chǎn)品清單

在確定待分析產(chǎn)品清單時，需要將水陸兩棲飛機涉水結(jié)構(gòu)按功能劃分為分系統(tǒng)、部組件、零件。其中分系統(tǒng)的故障是由部組件的故障引起，部組件的故障由零件引起。對涉水結(jié)構(gòu)的劃分如圖2所示。

圖2 水陸兩棲飛機涉水結(jié)構(gòu)組成及修理層次劃分Fig.2 Composition of amphibious aircraft wading structure and classification of repair levels

劃分好的涉水結(jié)構(gòu)分系統(tǒng)、部組件、零件均為LORA待分析產(chǎn)品。其中，不可修復(fù)或可消耗的零件（如螺母，螺栓或墊圈）不會增加分析的價值，因此不包括在內(nèi)。

（2）非經(jīng)濟性LORA

在進行LORA時，首先對涉水結(jié)構(gòu)待分析產(chǎn)品進行非經(jīng)濟性LORA，非經(jīng)濟性LORA考慮以下六個因素：法規(guī)、戰(zhàn)備完好性和任務(wù)成功性、維修設(shè)施、裝卸與運輸、保障設(shè)備、人力和人員，對涉水結(jié)構(gòu)的每個待分析產(chǎn)品，用以上非經(jīng)濟性因素進行邏輯決斷，確定初步修理方案。進行邏輯決斷時應(yīng)盡量結(jié)合LSA FMECA方面已有的工作成果。對于較簡單的預(yù)防性維修工作，如保養(yǎng)、日常檢測、腐蝕防護等都是在基層級完成的。當(dāng)非經(jīng)濟性分析不能確定唯一修理級別時，必須再進一步通過ELORA確定修理選項。

2.2 ELORA

對不能從非經(jīng)濟性分析判斷修理級別的產(chǎn)品，需繼續(xù)進行LORA判斷最佳修理級別。在進行涉水結(jié)構(gòu)ELORA時，對每個待分析產(chǎn)品，需先收集經(jīng)濟性分析數(shù)據(jù)，將其作為輸入量代入ELO‐RA模型，從而計算得出修理選項結(jié)果。

2.2.1 ELORA費用數(shù)據(jù)

涉水結(jié)構(gòu)ELORA費用數(shù)據(jù)包含七大類：備件費用、設(shè)施費用、人員費用、資料費用、材料費用、保障設(shè)備費用、送修產(chǎn)品的運輸與包裝費用。七大類費用計算公式及其輸入量說明如表1所示。

表1 涉水結(jié)構(gòu)ELORA數(shù)據(jù)輸入表Table 1 ELORA input data table for wading structure

2.2.2 ELORA模型

以費用最佳為原則建立水陸兩棲飛機涉水結(jié)構(gòu)ELORA數(shù)學(xué)模型。

式中：e=1為中繼級修理，e=2為基地級修理，e=3為報廢；XS為LRU集合；Γx為部件x的子部集合；Ce，x為部件x選擇修理選項e的修理費用；Ce，y為部件y選擇修理選項e的修理費用。

目標(biāo)函數(shù)使所有待分析產(chǎn)品的修理總費用最少；約束條件（2）、（3）限制了產(chǎn)品、子產(chǎn)品一定有修理選項，約束條件（4）限制了產(chǎn)品在基地級修理，則子產(chǎn)品不可能在中繼級修理。

在計算各修理級別修理費用時，待分析產(chǎn)品在中繼級修理的費用為

3 算 例

以水陸兩棲飛機涉水艙門上的接近開關(guān)（LRU）及其子部件（SRU1）為例進行ELORA，ELORA計算的輸入?yún)⒖寄澈娇展绢愃芁RU的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，如表2~表8所示。

表2 備件費用計算相關(guān)輸入Table 2 Input data related to spare parts cost

表3 人員費用計算相關(guān)輸入Table 3 Input data related to people cost

表4 保障設(shè)備費用計算相關(guān)輸入T able 4 Input data related to support equipment cost

表8 材料費用計算相關(guān)輸入Table 8 Input data related to material cost

表5 送修的運輸包裝費用計算相關(guān)輸入Table 5 Input data related to transportation and packing cost

表6 設(shè)施費用計算相關(guān)輸入Table 6 Input data related to facility cost

表7 資料費用計算相關(guān)輸入Table 7 Input data related to document cost

將以上數(shù)據(jù)代入ELORA模型，得到待分析產(chǎn)品在中繼級、基地級的修理費用以及報廢費用，計算結(jié)果如表9所示。

表9 經(jīng)濟性修理級別分析計算結(jié)果Table 9 Result of ELORA

從經(jīng)濟性角度出發(fā)，待分析產(chǎn)品LRU和SRU 1應(yīng)在中繼級進行修理，這和接近開關(guān)類似LRU在實際修理中的修理級別一致，說明本文研究具有工程適用性。

4 結(jié) 論

（1）本文提出的適用于涉水結(jié)構(gòu)三級修理模式及涉水結(jié)構(gòu)的LORA流程，能夠滿足我國大型水陸兩棲飛機初期運營的維修保障要求。

（2）確定的涉水結(jié)構(gòu)ELORA模型應(yīng)用于涉水結(jié)構(gòu)是可行的，本文的研究可以為水陸兩棲飛機涉水結(jié)構(gòu)LORA的研究提供參考。