飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的提出與發(fā)展

何宇廷

（空軍工程大學(xué)航空工程學(xué)院，西安 710038）

0 引言

飛行器作為一種復(fù)雜的裝備，為了保障其安全可靠經(jīng)濟地服役使用，引入了通用質(zhì)量特性參數(shù)如可靠性、維修性、保障性、測試性、安全性等對飛行器在服役使用過程中所表現(xiàn)出來的固有質(zhì)量特性進行定量描述，并希望通過對通用質(zhì)量特性參數(shù)提出定量要求的方法來對飛行器進行質(zhì)量管理，以避免飛行器在服役使用過程中的災(zāi)難性事故的發(fā)生。盡管航空航天技術(shù)在不斷進步，但事故總是與飛行器相伴，成為人類航空航天活動揮之不去的夢魘。例如，2007年11月2日，美軍F-15戰(zhàn)機由于機身大梁結(jié)構(gòu)疲勞斷裂，最終導(dǎo)致其在空中飛行時解體；2015年7月28日，從北京首都國際機場起飛的美國波音787客機，在飛越北京上空冰雹區(qū)時駕駛艙擋風(fēng)玻璃受損嚴重，被迫折返并于同日返回北京首都機場；2018年5月14日，從成都雙流機場飛往拉薩的3U8633航班A319客機，飛行中駕駛艙右座風(fēng)擋玻璃脫落，副駕駛受傷，機組人員緊急下降后，成功返航；2020年4月26日，價值約2.9億元的灣流G550私人飛機在成都雙流機場停放期間，因場外事故導(dǎo)致的碎裂件飛入場內(nèi)，砸中灣流飛機機翼，造成飛機嚴重受損。這些事故不僅導(dǎo)致飛機受損嚴重，而且修復(fù)時間與經(jīng)濟代價帶來的損失也非常顯著。

這些情況反映了一個不爭的事實，那就是飛行器已有的各個通用質(zhì)量特性，它們都是從某一個側(cè)面反映服役過程中飛行器在某個方面的質(zhì)量特性。即使在設(shè)計中對它們都做出了詳細要求，也不能保證飛行器在整個服役使用過程中表現(xiàn)出很高的綜合質(zhì)量特性。特別地，有些通用質(zhì)量特性在工程設(shè)計方法上有著相互矛盾的要求，在實際工作中無法實施。例如，高可靠性的要求，對于飛行器結(jié)構(gòu)來說就要求大量采用一體化、整體化結(jié)構(gòu)形式以減少疲勞薄弱部位；而高修復(fù)性的要求，對于飛行器結(jié)構(gòu)來說又要求大量采用模塊化、組合化結(jié)構(gòu)形式以便在結(jié)構(gòu)遭遇意外損傷或者戰(zhàn)傷的情況下能夠?qū)崿F(xiàn)快速、經(jīng)濟地修復(fù)。顯然，這在結(jié)構(gòu)設(shè)計中是相互矛盾的要求，也就無法魚與熊掌兼得了。

通俗地說，裝備的功能是指裝備能完成什么樣的任務(wù)，發(fā)揮什么樣的作用。裝備實現(xiàn)功能的能力稱為性能，主要以技術(shù)特性等來體現(xiàn)。裝備的質(zhì)量（Quality）就是裝備的品質(zhì)，反映裝備滿足明確或隱含需要能力的特性總和，或者說是裝備在實現(xiàn)功能的過程中所表現(xiàn)出來的固有特性滿足要求的程度。用戶對飛行器的要求就是要在整個服役使用過程中功能完善、性能穩(wěn)定、使用方便、經(jīng)久耐用。顯然，飛行器在整個服役使用過程中的質(zhì)量好壞應(yīng)該應(yīng)用綜合性更強的質(zhì)量特性參數(shù)來反映。何宇廷等給出了軍用飛機作戰(zhàn)完整性（Aerocraft Operational Integrity，簡 稱AOI）的 概念。實際上，可以進一步將軍用飛機作戰(zhàn)完整性的概念應(yīng)用于所有飛行器，稱其為飛行器服役完整性，只不過對于軍用飛行器更習(xí)慣稱之為飛行器作戰(zhàn)完整性。飛行器的服役（作戰(zhàn)）完整性表示飛行器在服役（作戰(zhàn)）使用全過程中保持完好和功能不退化的固有屬性。如果功能滿足要求，便于使用的飛行器在整個服役（作戰(zhàn)）使用過程中能夠保持完好和功能不退化，自然也就滿足了飛行器要求其在整個服役使用過程中的功能完善、性能穩(wěn)定、使用方便、經(jīng)久耐用的要求。因此，可用飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性來對飛行器在服役（作戰(zhàn)）過程中的質(zhì)量特性進行更綜合地表征。

飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性是在飛行器設(shè)計制造時賦予、服役使用過程中保持、全壽命周期內(nèi)體現(xiàn)出來的飛行器的固有屬性。本文對飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的提出過程、概念內(nèi)涵、表征控制以及持續(xù)發(fā)展等方面進行綜述，以期將飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的基本概念和相關(guān)結(jié)論推廣應(yīng)用于其他軍民用裝備領(lǐng)域。

1 飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的提出與概念

1.1 裝備服役（作戰(zhàn)）完整性的提出

完整性（Integrity）一詞的原意是“保持完整且未分裂的狀態(tài)”。事實上，人們對完整性的認識是從結(jié)構(gòu)開始的。有了結(jié)構(gòu)的失效問題就有了對結(jié)構(gòu)完整性的要求，結(jié)構(gòu)完整性可追溯到20世紀50年代。1954年彗星號客機連續(xù)兩次墜入大海，使人們認識到了飛機結(jié)構(gòu)疲勞的危害，促使了飛機結(jié)構(gòu)完整性概念的出現(xiàn)；同年，美國軍方頒布的軍用標準MIL-S-5710和MIL-S-5711，明確提出了飛機結(jié)構(gòu)完整性的地面與飛行試驗驗證，這也是在美軍標中首次出現(xiàn)“飛機結(jié)構(gòu)完整性（Aircraft Structural Integrity）”的 提 法；1956年，《美 國空軍詞典》中第一次給出了“結(jié)構(gòu)完整性”的定義：飛機結(jié)構(gòu)抵抗設(shè)計載荷的屬性；美國空軍于1959年2月頒布了第一部正式的《飛機結(jié)構(gòu)完整性大綱》（ASIP），引入了抗疲勞設(shè)計理念，突破了原有的結(jié)構(gòu)靜強度設(shè)計思想，產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍。美軍最新版的飛機結(jié)構(gòu)完整性大綱是2016年發(fā)布的MIL-STD-1530D。我國的飛機結(jié)構(gòu)完整性大綱是GJB 775.A—2012，目前正在改版中，給出了結(jié)構(gòu)完整性的概念是指在要求的耐久性、安全性、結(jié)構(gòu)能力和保障性水平下，結(jié)構(gòu)保持完好及功能未受到削弱時所處的狀態(tài)。2021年，英國TWI咨詢公司提出：結(jié)構(gòu)完整性是工程學(xué)領(lǐng)域，結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)部件能滿足正常服役條件下的要求并且是安全的，甚至在超過原來設(shè)計要求的條件下也是安全的，包括在可預(yù)見的壽命周期內(nèi)支撐重量，防止變形、斷裂和災(zāi)難性失效等。隨著認識的發(fā)展，結(jié)構(gòu)完整性的概念也是在不斷發(fā)展豐富的。同時，從最初的飛機結(jié)構(gòu)完整性被提出后，又相繼提出了發(fā)動機結(jié)構(gòu)完整性、航空電子設(shè)備完整性、機械設(shè)備完整性以及武器系統(tǒng)完整性和推進系統(tǒng)完整性等概念，并制定了相應(yīng)的規(guī)范。完整性已成為裝備/系統(tǒng)的一種固有屬性。

然而，對于裝備來說，即使結(jié)構(gòu)或者某一個系統(tǒng)在裝備的整個服役（作戰(zhàn)）使用過程中都能保持其完整性，如果其他系統(tǒng)發(fā)生故障，裝備也同樣不能正常使用。因此，何宇廷提出了裝備完整性的概念，其是裝備保持完好及功能不退化的一種固有屬性。從全壽命周期的角度來看，依據(jù)對裝備戰(zhàn)術(shù)、技術(shù)指標要求進行設(shè)計得到設(shè)計圖紙，依據(jù)設(shè)計圖紙生產(chǎn)制造得到產(chǎn)品，儲存的產(chǎn)品交付給用戶成為真正意義上的裝備，裝備在服役（作戰(zhàn)）使用中發(fā)揮其功能特性，如圖1所示。

圖1 裝備的全壽命周期特性Fig.1 Features along the life cycle time of equipment

可見裝備的功能特性是在設(shè)計中賦予、在制造中實現(xiàn)、在服役中保持的。相應(yīng)的，裝備的完整性依據(jù)其全壽命周期的不同階段可以劃分為裝備制造完整性、裝備儲存完整性和裝備服役完整性（對于軍用裝備通常又稱為裝備作戰(zhàn)完整性）。裝備制造完整性是裝備在制造過程中實現(xiàn)完整及規(guī)定功能特性的屬性；裝備儲存完整性是裝備在儲存過程中保持完好及功能不退化的屬性；裝備服役（作戰(zhàn)）完整性是裝備在服役（作戰(zhàn)）使用過程中保持完好及功能不退化的屬性。如果裝備制造完整性不好，則生產(chǎn)的產(chǎn)品廢品率較高；如果裝備儲存完整性不好，則產(chǎn)品在儲存期內(nèi)失效或功能性能退化的幾率較高；如果裝備服役（作戰(zhàn)）完整性不好，則裝備在服役（作戰(zhàn)）使用過程中失效或功能性能退化的幾率較高。由于用戶最關(guān)心的是裝備在服役（作戰(zhàn)）使用過程中的表現(xiàn)，因此裝備服役（作戰(zhàn)）完整性成為了研究的重點。由于所有裝備都具有服役（作戰(zhàn)）完整性，因此，服役（作戰(zhàn)）完整性也可以看成是裝備的另一個具有綜合性的通用質(zhì)量特性。

在分析研究裝備服役（作戰(zhàn)）完整性時，必須分析裝備的主要服役（作戰(zhàn)）使用流程。以軍用裝備為例，其流程可以概括為：裝備集結(jié)，裝備出動，裝備開赴，裝備進入（戰(zhàn)場），裝備作戰(zhàn)，裝備撤離（戰(zhàn)場），裝備返回。而后裝備再集結(jié)進入下一個作戰(zhàn)使用循環(huán)，直至戰(zhàn)斗結(jié)束，如圖2所示。

圖2 裝備作戰(zhàn)使用各階段對裝備特性的要求［20］Fig.2 Requirement of characteristics in whole operational processes of equipment［20］

裝備服役（作戰(zhàn)）完整性就是要求裝備在整個作戰(zhàn)使用循環(huán)中保持裝備的完好以及功能不受到削弱。要保持裝備服役（作戰(zhàn)）完整性，就需要裝備的各個特性滿足要求，特別是在裝備服役（作戰(zhàn)）使用各個階段的一些關(guān)鍵核心特性要滿足要求。例如，在裝備集結(jié)階段，首先就是要有足夠可用的裝備，這就對裝備的耐久性（通常以裝備的耐久性壽命來表征）提出了直接的要求。如果裝備的耐久性差、壽命短，裝備很快到壽退役，發(fā)生嚴重的“補不抵退”情況，部隊裝備出現(xiàn)大量的數(shù)量缺口，也就沒有裝備進行集結(jié)了。同理，裝備在出動階段的保障性，裝備在向前線開進過程中的安全性，裝備在進入作戰(zhàn)戰(zhàn)場時的完成任務(wù)的能力以及裝備在作戰(zhàn)階段的生存力（也翻譯為“生存性”），裝備在撤離戰(zhàn)場階段的生存力和裝備在撤離戰(zhàn)場返回基地后的修復(fù)性等特性指標也都顯得至關(guān)重要了。同時，在現(xiàn)代作戰(zhàn)環(huán)境下，裝備及系統(tǒng)的電磁兼容性、體系兼容性等也顯得非常重要。

因此，裝備的服役（作戰(zhàn)）完整性還可以給出另外兩種定義：裝備在服役（作戰(zhàn)）使用過程中保持完好及功能未受到削弱的狀態(tài)；裝備在服役（作戰(zhàn)）使用過程中，在要求的耐久性、保障性、安全性、任務(wù)能力、生存力、修復(fù)性、電磁兼容性以及體系兼容性等水平下，保持完好及功能未受到削弱的能力。實際上，裝備的靜態(tài)屬性反映裝備的狀態(tài)，而裝備的動態(tài)屬性反映裝備的能力。例如飛行器的靜穩(wěn)定性反映的是飛行器是否保持穩(wěn)定的狀態(tài)，而動穩(wěn)定性反映的是飛行器受到擾動后恢復(fù)穩(wěn)定狀態(tài)的能力；結(jié)構(gòu)在靜載荷作用下的靜強度問題本質(zhì)上就是反映結(jié)構(gòu)是否處于不破壞狀態(tài)的問題，而在動態(tài)的交變載荷作用下的疲勞強度問題則是反映結(jié)構(gòu)在多長壽命期內(nèi)能夠保持不破壞狀態(tài)的能力問題。因此，這里的裝備的服役（作戰(zhàn)）完整性的第一種表述也可以看作是裝備的靜態(tài)服役（作戰(zhàn)）完整性的概念，而第二種表述則可以看作是裝備的動態(tài)服役（作戰(zhàn)）完整性的概念。

1.2 飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的基本概念

飛行器作為一種復(fù)雜裝備，在軍民用領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。同樣，完整性被認為是飛行器質(zhì)量的反映。在工程實際中，用戶最為關(guān)注的是飛行器在服役（作戰(zhàn)）使用過程中的表現(xiàn)?？紤]到飛行器的特殊性，飛行器的質(zhì)量特性包括氣動特性、平臺特性和電磁特性，飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性包括飛行器在服役（作戰(zhàn)）使用過程中的氣動完整性、平臺完整性和電磁完整性。為了更綜合地反映飛行器在服役（作戰(zhàn)）使用過程中的質(zhì)量特性，類似地可以得到飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性及其基本概念的三種不同表述：飛行器在服役（作戰(zhàn)）使用過程中保持完好及功能不退化的屬性；飛行器在服役（作戰(zhàn)）使用過程中保持完好及功能未受到削弱的狀態(tài)；飛行器在服役（作戰(zhàn)）使用過程中，在要求的耐久性、保障性、安全性、氣動能力、任務(wù)能力、生存力、修復(fù)性、電磁兼容性和體系兼容性等水平下，保持完好及功能未受到削弱的能力。在通常情況下，針對飛行器平臺而言，氣動能力與電磁兼容性等單列研究，不包括在內(nèi)。第二種表述也可以看作是飛行器的靜態(tài)服役（作戰(zhàn)）完整性的概念，而第三種表述則可以看作是飛行器的動態(tài)服役（作戰(zhàn)）完整性的概念。

2 飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的內(nèi)涵與特性

2.1 飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的基本內(nèi)涵

從飛行器完成服役（作戰(zhàn)）任務(wù)的角度出發(fā)，飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性能更綜合地反映飛行器在整個服役（作戰(zhàn)）使用過程中的質(zhì)量特性。對于軍用飛行器，其服役（作戰(zhàn)）使用過程包括作戰(zhàn)任務(wù)的準備階段（即訓(xùn)練階段）、執(zhí)行階段和后續(xù)持續(xù)完成作戰(zhàn)任務(wù)階段。如果飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性差，也就是更綜合地表明飛行器質(zhì)量特性差，在整個服役（作戰(zhàn)）使用過程中不能保持飛行器隨時處于完好狀態(tài)或者處于故障、損傷狀態(tài)時不能及時恢復(fù)其完好狀態(tài)，當(dāng)然也就不能發(fā)揮其功能作用。因此，影響飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的主要通用質(zhì)量特性如耐久性（綜合反映可靠性與經(jīng)濟性）、保障性、安全性、承載能力、生存性、修復(fù)性以及它們的綜合影響等成為主要研究內(nèi)容。如果這些特性較差，將直接導(dǎo)致飛行器不能有效地用于完成作戰(zhàn)任務(wù)，也將直接導(dǎo)致飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性差，其關(guān)系可以概略地表示如圖3所示。

圖3 飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性差的體現(xiàn)Fig.3 Expression of weak aerocraft operational integrity（AOI）

2.2 飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的基本特性

飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的基本特性可以概括為客觀性、相對性、隨機性和可控性。飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的客觀性是指飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性是客觀存在的一種飛行器的屬性，其可以通過特別的設(shè)計制造方法獲得，并可以通過某些方法手段去度量。飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的相對性是指飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性是與飛行器承擔(dān)的作訓(xùn)任務(wù)和服役環(huán)境相對應(yīng)，如果不對飛行器承擔(dān)的作訓(xùn)任務(wù)和服役環(huán)境進行限定，則無法對飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性進行有效地描述與表征。飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的隨機性是指由于飛行器的質(zhì)量特性、承擔(dān)任務(wù)和服役環(huán)境的隨機性導(dǎo)致飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性也具有隨機特性。飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的可控性是指，由于飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性是飛行器的一個固有屬性，因此從飛行器設(shè)計、制造、試驗和使用過程中總是可以通過一系列措施對其實施控制，使其在飛行器的服役（作戰(zhàn)）使用過程中得到實現(xiàn)、維持和增長。

同其他裝備一樣，飛行器也具有服役（作戰(zhàn)）完整性、服役（作戰(zhàn)）適用性與服役（作戰(zhàn)）效能三個頂層基本屬性，分別反映飛行器在整個服役（作戰(zhàn)）使用過程中“能用”“好用”“管用”的程度，如圖4所示，可以看出：飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性是飛行器在服役（作戰(zhàn)）使用過程中更綜合的質(zhì)量特性的反映，也就是反映飛行器是否“能用”的問題。

圖4 飛行器的三個頂層基本屬性Fig.4 The top three basic attributes of aerocraft

GJB 451A—2005《可靠性維修性保障性術(shù)語》給出了裝備作戰(zhàn)適用性的定義，類似地也可以得到飛行器作戰(zhàn)適用性的定義，其核心是反映飛行器令人滿意地投入外場使用的程度。可見，飛行器作戰(zhàn)適用性就是反映飛行器是否適合外場方便使用的問題。飛行器服役（作戰(zhàn)）效能是指飛行器在具有代表性的規(guī)定的人員使用下，在計劃規(guī)定的或者預(yù)期的服役使用環(huán)境中（包括自然環(huán)境、電磁環(huán)境、戰(zhàn)場威脅等）完成規(guī)定任務(wù)的總體程度。飛行器服役（作戰(zhàn)）效能考慮的因素有編制、原則、戰(zhàn)術(shù)、敵方威脅等，其核心是反映飛行器完成規(guī)定任務(wù)的程度，也就是反映飛行器在服役（作戰(zhàn)）使用過程中是否管用的問題。

從上述分析可以看出，飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性是飛行器服役（作戰(zhàn)）適用性與飛行器服役（作戰(zhàn)）效能發(fā)揮的基礎(chǔ)，體現(xiàn)飛行器在服役（作戰(zhàn)）使用過程中更綜合的質(zhì)量特性，是通過飛行器設(shè)計賦予，制造實現(xiàn)，試驗考核，并在服役（作戰(zhàn)）使用中維持或者增長的飛行器的基本屬性。飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性反映的是飛行器在服役（作戰(zhàn)）使用過程中是否“能用”的程度。

3 飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的表征與優(yōu)化

3.1 飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的表征

在實際工作中，飛行器的服役（作戰(zhàn)）完整性可以用三個指標來度量表征。對于飛行器機群而言，飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性可以用飛行器的固有完好率來直觀反映。飛行器的固有完好率是指在規(guī)定條件下（包括使用環(huán)境、管理水平、保障條件等）機隊某型飛行器在某時刻處于完好狀態(tài)（或可以正常工作狀態(tài)）的數(shù)量與機隊某型飛行器總數(shù)量的比值，其可以用表示。實際上，飛行器的固有完好率的數(shù)值在平時和戰(zhàn)時可能是完全不一樣的。

式中：為飛行器的固有完好率（Inherent Readiness Rate，簡稱IRR）；為機隊中處于完好狀態(tài)的飛行器的數(shù)量；為機隊中飛行器的總數(shù)量。

對于單架飛行器而言，飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性可以用飛行器的固有健康度()來表征。飛行器的固有健康度是指飛行器在規(guī)定條件下保持完好（或正常工作）、功能未減弱的程度。

式中：為時間參數(shù)；()為以時間為變量的飛行器的固有健康度（Inherent Healthy Degree），在0～1之間取值；()為飛行器工作時的真實損傷程度；()為飛行器失效時的臨界損傷程度。

飛行器的整機損傷程度可以由組成飛行器的各個系統(tǒng)中最嚴重的某一個系統(tǒng)的損傷程度來代表，也可以由修復(fù)飛行器所需的總體維修工時或者維修費用來間接表征。

根據(jù)單機的健康度()可以計算出機群的完好率。一般飛行器健康度的不同范圍可以將飛行器的健康狀態(tài)劃分為不健康狀態(tài)、亞健康狀態(tài)和健康狀態(tài)。飛行器在不健康狀態(tài)需要馬上進行修理，在亞健康狀態(tài)需要制定修理計劃為修理工作做準備，在健康狀態(tài)時則不需要修理工作?？梢哉J為，飛行器處于健康狀態(tài)和亞健康狀態(tài)時，能正常工作，即飛行器處于完好狀；而當(dāng)飛行器處于不健康狀態(tài)時，不能正常工作，即飛行器處于不完好狀。因此，可以得到機群中不完好飛行器與完好飛行器的數(shù)量，進而求得機群飛行器的完好率?？梢姡w行器的完好率與健康度本質(zhì)上是相通的。

飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性還可以用飛行器服役（作戰(zhàn)）完整度來進行表征。飛行器服役（作戰(zhàn)）完整度即為在規(guī)定的時間內(nèi)、規(guī)定的條件下，飛行器執(zhí)行規(guī)定任務(wù)時，飛行器可以保持完好及功能未受到削弱的概率，其也可以用飛行器完好度、可用度、安全度、存活率、生存率和修復(fù)度等來綜合表征。其中，飛行器在服役（作戰(zhàn)）使用過程中的氣動完整性（或稱為飛行器氣動服役（作戰(zhàn)）完整性）、體系兼容性和電磁完整性（或稱為飛行器電磁服役（作戰(zhàn)）完整性）影響上述相應(yīng)的參數(shù)。飛行器服役（作戰(zhàn)）完整度可以初步表示為

式中；為規(guī)定的時間；為飛行器可以正常服役使用及功能未受到削弱的時間；為飛行器的完好度，進一步可以得到飛行器的損傷度=1-，其是飛行器在達到規(guī)定時間時所產(chǎn)生的耐久性損傷的表征；為飛行器的可用度，是指在一定的保障水平（人員、設(shè)備和備件等）下飛行器的可用程度；為飛行器的安全度，是飛行器安全性的概率表征；為飛行器的存活率，是飛行器可承受的負荷大于等于飛行器實際承受的負荷時而不會引發(fā)飛行器發(fā)生失效破壞的概率，也可以相應(yīng)地得到飛行器的失效破壞率=1-；為飛行器的生存率，是飛行器生存性（或生存力）的概率表征；為飛行器的修復(fù)度（或稱為恢復(fù)度），是飛行器修復(fù)性的概率表征。

飛行器的完好度、可用度、安全度、存活率、生存率和修復(fù)度之間的相互影響關(guān)系非常復(fù)雜。為了分析的簡便性，飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性也可以簡單地用式（4）表示。

在上述飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的三個表征指標中，也可以認為前兩個指標表征了飛行器的靜態(tài)服役（作戰(zhàn)）完整性，后一個指標表征了飛行器的動態(tài)服役（作戰(zhàn)）完整性。

3.2 飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的優(yōu)化

從飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的度量表征模型可以看出，飛行器的耐久性、保障性、安全性、承載能力、生存力和修復(fù)性等嚴重影響飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性。飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性存在明顯的“木桶效應(yīng)”。在影響飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的各項特性參數(shù)中只要其中一項很差，那么飛行器的服役（作戰(zhàn)）完整性就會受到嚴重的影響。極端的情況，如果某個特性參數(shù)取值為零，將導(dǎo)致飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的值也為零。通常情況下，飛行器的裝備資源（包括裝備經(jīng)費、裝備設(shè)計水平、裝備保障能力等）總是一定的，可以通過合理的資源調(diào)控和飛行器特性指標的合理設(shè)定，使得飛行器的、、、、和等參數(shù)指標相互協(xié)調(diào)，從而使飛行器服役（作戰(zhàn)）完整度達到最高值，實現(xiàn)飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的最優(yōu)化。

4 飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的控制原理

4.1 飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性控制的概念

針對裝備的服役（作戰(zhàn)）完整性控制問題，何宇廷進行了初步討論。飛行器作為一款復(fù)雜裝備，可以對其服役（作戰(zhàn)）完整性控制問題進行類似的討論。飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性控制，就是在飛行器的設(shè)計/制造和服役/使用過程中為達到既定的服役（作戰(zhàn)）完整性目標而開展的一系列活動過程的總稱，其本質(zhì)是對飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的調(diào)整控制過程。

為了實現(xiàn)飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的既定目標，對飛行器開展的設(shè)計優(yōu)化、工藝優(yōu)化、裝備改裝、飛行器定/延壽、全機試驗考核評估、單機壽命監(jiān)控（跟蹤）、修理措施與計劃調(diào)整、故障預(yù)測與健康管理、裝備更改（如部件修理、部件加強、部件更換等）、裝備服役/使用計劃調(diào)整、空/地勤人員培訓(xùn)與演練等工作本質(zhì)上都屬于飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的控制活動。

4.2 飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性控制的內(nèi)涵

飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性控制本質(zhì)上就是控制飛行器的質(zhì)量特性，其控制行為貫穿飛行器從設(shè)計到服役使用的全壽命周期。

同其他裝備的服役（作戰(zhàn)）完整性控制問題類似，飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性控制的基本內(nèi)涵或者基本任務(wù)包括飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性建立、評估、驗證、維持、恢復(fù)與增長等，如圖5所示。

圖5 飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性控制的基本內(nèi)涵Fig.5 The basic connotation of AOI control

飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性是通過飛行器的設(shè)計、制造來建立的。交付使用的飛行器裝備，其綜合質(zhì)量特性是一定的。飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性評估工作就是依據(jù)其三個表征參數(shù)進行分析評估。例如，對飛行器服役（作戰(zhàn)）完整度進行分析評估時，首先要進行飛行器的完好度、可用度、安全度、存活率、生存力和修復(fù)度等評估，然后再進一步對飛行器服役（作戰(zhàn)）完整度進行分析評估。

飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性驗證工作實際上就是通過驗證考核表征飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的指標參數(shù)是否達到要求。例如，進行飛行器服役（作戰(zhàn)）完整度驗證時，要對依據(jù)飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性分配的飛行器的完好度、可用度、安全度、存活率、生存力和修復(fù)度等進行驗證考核。如果經(jīng)過設(shè)計的上述各項特性參數(shù)都能達到要求，那么，飛行器服役（作戰(zhàn)）完整度也就達到要求了。

通常情況下，飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性隨著飛行器的服役（作戰(zhàn)）使用時間的推移，會逐步降低。只要在飛行器的服役（作戰(zhàn)）使用過程中，其服役（作戰(zhàn)）完整性不低于規(guī)定要求就是合理的。在飛行器的服役（作戰(zhàn)）使用過程中，要使得飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性得以維持或保持，合理的維修是重要的手段。特別是現(xiàn)在正在發(fā)展的基于PHM系統(tǒng)的視情維修方式，是保持飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的重要途徑。

飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的恢復(fù)/增長是在飛行器服役（作戰(zhàn)）使用過程中根據(jù)其實際需求而進行的飛行器綜合質(zhì)量特性的恢復(fù)/提升活動。飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的恢復(fù)/提升是可以通過飛行器耐久性、保障性、安全性、裝備能力、生存性和修復(fù)性等通用質(zhì)量特性的相互協(xié)調(diào)的恢復(fù)/增長來實現(xiàn)的。

4.3 飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性控制的策略

裝備服役（作戰(zhàn)）完整性大綱（EOIP）是在傳統(tǒng)的飛機結(jié)構(gòu)完整性大綱的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。飛行器也是一款裝備，飛行器的服役（作戰(zhàn)）完整性控制策略也就是執(zhí)行裝備服役（作戰(zhàn)）完整性大綱（EOIP），也可以改稱其為飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性大綱（AOIP），如圖6所示。其共有五個任務(wù)階段，包括了飛行器組成的全系統(tǒng)，涵蓋了飛行器的全壽命周期，體現(xiàn)了飛行器服役（作戰(zhàn)）使用全流程。

圖6 飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性大綱（AOIP）Fig.6 Schematics of aerocraft operational integrity program（AOIP）

4.4 飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性控制的模式

裝備服役（作戰(zhàn)）完整性的控制模式有3種，類似地，飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的控制模式也有3種。

（1）飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的開環(huán)控制

在飛行器的服役（作戰(zhàn)）使用過程中，隨著服役時間的推移，飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性總會出現(xiàn)退化的情況。依據(jù)飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的影響因素，可以在飛行器從設(shè)計制造到服役（作戰(zhàn)）使用的全壽命周期中，針對飛行器的耐久性、保障性、安全性、承載能力、生存性、修復(fù)性以及電磁兼容性等特性采取相應(yīng)的增長措施，以實現(xiàn)飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的保持或增長，這實際上就是飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的一種開環(huán)控制行為。以安全性增長為例，至少可以通過以下7個方面實現(xiàn)飛行器的安全性增長：①提高可靠性；②引入健康監(jiān)控技術(shù)；③提高維修水平；④增加檢查次數(shù)；⑤加大修理深度；⑥加強安全性建設(shè)；⑦建設(shè)安全文化等。

（2）飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的協(xié)調(diào)控制

從前述分析可見，當(dāng)單獨采取耐久性、保障性、安全性、承載能力、生存性和修復(fù)性等增長措施時，由于這些特性存在著相互影響的關(guān)系，飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性不一定能夠?qū)崿F(xiàn)增長。要實現(xiàn)飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性增長，可以協(xié)調(diào)實施飛行器的耐久性、保障性、安全性、承載能力、生存性、修復(fù)性以及電磁兼容性等的增長，從而達到提高飛行器服役（作戰(zhàn)）完整度的目標。依據(jù)影響飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的各特性參數(shù)的不同組合，可以形成多種飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性控制方案。根據(jù)度量模型對每種相應(yīng)的控制方案下飛行器服役（作戰(zhàn)）完整度進行分析計算，以實現(xiàn)其最大化為目標，便可完成對飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性控制方案的優(yōu)選。

（3）飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的權(quán)衡控制

在實際工作中，通過限制使用可以有效改善飛行器完成服役（作戰(zhàn)）任務(wù)的條件，也就是對飛行器完成服役（作戰(zhàn)）任務(wù)的能力要求降低，從而實現(xiàn)飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的提高。需要明確指出的是，一般情況下，在實現(xiàn)飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性控制的同時，不能顯著降低飛行器服役（作戰(zhàn)）效能以及飛行器服役經(jīng)濟性。例如，在飛行器設(shè)計時顯著增大結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)，可以有效提高飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性，但同時也增加了飛行器的空機重量，降低了飛行器的結(jié)構(gòu)效能，這是不可選取的。因此，要在飛行器服役（作戰(zhàn)）效能和飛行器服役經(jīng)濟性不大幅下降的前提下，以實現(xiàn)飛行器服役（作戰(zhàn)）完整度最大化為目標，實施飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的綜合權(quán)衡控制。

5 飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的持續(xù)發(fā)展

5.1 飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性發(fā)展的基礎(chǔ)

飛行器的服役（作戰(zhàn)）完整性實際上是在飛行器服役（作戰(zhàn)）使用過程中面對故障、失效等而發(fā)展起來的，涉及材料缺陷、設(shè)計缺陷、制造缺陷、意外損傷、嚴酷的服役條件、損傷修復(fù)等多個方面。其研究發(fā)展基礎(chǔ)包括數(shù)學(xué)、材料、力學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科，航空航天工程、環(huán)境工程、可靠性工程、維修保障工程、安全性工程、生存性工程、修復(fù)性工程、電子工程、系統(tǒng)工程等工程學(xué)科以及優(yōu)化設(shè)計技術(shù)、綜合權(quán)衡技術(shù)、仿真分析技術(shù)、試驗驗證技術(shù)、失效分析技術(shù)、維修保障技術(shù)、火力防護技術(shù)、戰(zhàn)傷評估與修理技術(shù)等應(yīng)用技術(shù)。這些方面的發(fā)展反過來又將推動飛行器的服役（作戰(zhàn)）完整性向前發(fā)展。

5.2 飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性研究的方法

飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性以其在整個服役（作戰(zhàn)）使用過程中完成服役（作戰(zhàn)）任務(wù)的角度為出發(fā)點，對其必須從五個維度進行研究：裝備組成全系統(tǒng)、裝備服役（作戰(zhàn)）全體系、完成任務(wù)全流程、維持控制全壽命、質(zhì)量特性綜合化。也就是說，飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性必須以飛行器整機為研究對象，任何一個系統(tǒng)失效或者故障都將導(dǎo)致其不完好，不能完成預(yù)定功能任務(wù)。飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的研究必須從單機擴展到任務(wù)裝備體系，只有從體系兼容、體系聯(lián)通、體系增強等角度進行研究，才能把握飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的本質(zhì)。飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性必須從飛行器全任務(wù)流程進行研究，才能準確把握飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性需要研究的內(nèi)涵。飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的維持、控制活動必須在飛行器的全壽命周期內(nèi)進行，才能真正實現(xiàn)飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性在整個服役（作戰(zhàn)）使用過程中的最優(yōu)。飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性是飛行器在服役（作戰(zhàn)）過程中更綜合的質(zhì)量特性的反映，必須對飛行器相關(guān)通用質(zhì)量特性在飛行器整個服役（作戰(zhàn)）使用過程中執(zhí)行并完成服役（作戰(zhàn)）任務(wù)的綜合影響進行研究。

5.3 飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性發(fā)展的方向

飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性控制的內(nèi)涵主要包括建立、評估、驗證、維持、恢復(fù)與增長5個方面。因此可以從這5個方面簡要分析飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性發(fā)展的緊迫方向。

飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性是通過設(shè)計制造建立的。在設(shè)計方面，在飛行器總體設(shè)計中，應(yīng)該制定服役（作戰(zhàn)）完整性控制大綱，并從體系兼容性的角度進行服役（作戰(zhàn)）完整性指標權(quán)衡和服役（作戰(zhàn)）完整性優(yōu)化設(shè)計；在飛行器結(jié)構(gòu)/推進系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計中，應(yīng)該考慮意外損傷/戰(zhàn)傷的影響、意外損傷/戰(zhàn)傷結(jié)構(gòu)強度分析以及結(jié)構(gòu)修復(fù)性設(shè)計等；在飛行器機械系統(tǒng)設(shè)計中，應(yīng)該考慮復(fù)合損傷/二次毀傷影響；在飛行器電子系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)該考慮防電磁脈沖攻擊、增強電磁兼容性；在飛行器武器系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)該加強抗敵方干擾設(shè)計等。在飛行器的制造中應(yīng)該提高工藝水平，避免加工損傷。

飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的評估方面應(yīng)該在飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性表征模型與評估方法方面加強研究。關(guān)于飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性表征模型，目前的研究還是初步的，各影響參數(shù)之間的相互影響關(guān)系還沒有相應(yīng)的研究工作。飛行器氣動服役（作戰(zhàn)）完整性、飛行器電磁服役（作戰(zhàn)）完整性以及裝備體系兼容性對飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的影響等這些都是今后要研究發(fā)展的重點。

飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的驗證方面應(yīng)該從研制試驗與評價（DT&E）、實彈打擊試驗與評價（LFT&E）、作戰(zhàn)使用試驗與評價（OT&E）三個方面研究試驗驗證問題。特別是采用實彈打擊的測試方法對軍用飛行器的生存性和修復(fù)性進行考核與評價，在我國還沒有實質(zhì)性開展。

飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的維持方面應(yīng)該進一步加強新型的維修保障技術(shù)，例如基于健康監(jiān)測的視情維修技術(shù)將對服役（作戰(zhàn)）使用過程中的飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的維持有著非常重要的作用。

飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的恢復(fù)與增長方面應(yīng)該重點研究飛行器在意外損傷或戰(zhàn)傷情況下的經(jīng)濟、快速修復(fù)技術(shù)以及對抗作戰(zhàn)環(huán)境的火力防護技術(shù)等。這些工作在我國初步開展，急需重點發(fā)展。

6 結(jié)束語

（1）本文在回顧裝備服役（作戰(zhàn)）完整性提出過程的基礎(chǔ)上，概述了飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的提出與基本概念，說明了飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性能更綜合地反映飛行器在服役（作戰(zhàn)）使用過程中的質(zhì)量特性。

（2）討論了飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的基本內(nèi)涵，主要包括飛行器耐久性、保障性、安全性、承載能力、生存性、修復(fù)性、電磁兼容性、體系兼容性等以及它們的綜合影響。介紹了飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的基本特性，客觀性、相對性、隨機性和可控性；明確了飛行器的服役（作戰(zhàn)）完整性是飛行器服役（作戰(zhàn)）適用性與服役（作戰(zhàn)）效能發(fā)揮的基礎(chǔ)。

（3）介紹了飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的三個表征參數(shù)：飛行器固有完好率、飛行器固有健康度、飛行器服役（作戰(zhàn)）完整度，前兩個參數(shù)反映飛行器的靜態(tài)服役（作戰(zhàn)）完整性，最后一個參數(shù)反映飛行器的動態(tài)服役（作戰(zhàn)）完整性；并說明了可以利用飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性達到最優(yōu)來實現(xiàn)飛行器的優(yōu)化設(shè)計。

（4）提出了飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的控制原理，包括飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性控制的概念、內(nèi)涵、策略和模式。飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性控制的基本內(nèi)涵或者基本任務(wù)包括服役（作戰(zhàn)）完整性的建立、評估、驗證、維持、恢復(fù)與增長等；飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性控制的基本策略是執(zhí)行飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性大綱（AOIP）；飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性控制的基本模式包括開環(huán)控制、協(xié)調(diào)控制、權(quán)衡控制等。

（5）介紹了飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性發(fā)展的基礎(chǔ)，包括相關(guān)基礎(chǔ)學(xué)科、工程學(xué)科以及應(yīng)用技術(shù)等方面。提出了飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性發(fā)展的方向，包括飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性建立所依賴的飛行器設(shè)計制造方面，以及飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的評估、驗證、維持、恢復(fù)與增長等方面是目前我國急需發(fā)展的方向。

飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性是一個新的概念，屬于裝備通用質(zhì)量特性的范疇，其更綜合地反映了飛行器在服役（作戰(zhàn)）使用過程中的質(zhì)量特性，它的引入將為飛行器的設(shè)計理念、制造技術(shù)、試驗方法、使用策略和維修保障等帶來新的發(fā)展。但研究工作還是初步的，有很多工作需要繼續(xù)深入進行。飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的基本概念和相關(guān)結(jié)論同樣可以推廣應(yīng)用于其他軍民用裝備。