老齡化無人機維修策略分析

楊 勇

（中國航天空氣動力技術(shù)研究院 北京）

隨著無人機技術(shù)的進步，無人機將作為一種新生的空中作戰(zhàn)力量出現(xiàn)在軍事舞臺。然而，正是由于其具有無人員傷亡、低戰(zhàn)斗損耗、低維修成本等優(yōu)點，設(shè)備的維修保養(yǎng)反而不受到重視。無人機老齡化后，頻繁出現(xiàn)故障甚至事故，這一問題已不容忽視地擺在用戶面前。

一、老齡化無人機的特點

老齡化無人機面臨很多問題，例如，飛行可靠性和可使用性大大降低，起降任務(wù)的正常性無法保證，而伴隨著這些問題的是故障率上升。老齡化無人機維修面臨最主要的問題有4點。

1.無人機結(jié)構(gòu)與設(shè)備本身的安全問題

無人機的起落架、機身加強框、龍骨架等關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)，應(yīng)力疲勞等對其造成的影響較大，威脅飛行安全。再者，老齡無人機的飛行架次較多，機身口蓋等開口區(qū)域疲勞損傷比較嚴重，在強氣流的影響下可能會發(fā)生撕裂。無人機機載設(shè)備內(nèi)電子元器件老化。完全依靠電子設(shè)備和高精度傳感器是無人機區(qū)別于有人機的特點，隨著飛行次數(shù)的增加，部分設(shè)備運行總時間已接近其設(shè)計壽命。

2.老齡化無人機運營成本過高

由于老齡化無人機存在安全隱患，需要對其進行改裝或部分更換，來達到控制和預(yù)防老齡化無人機結(jié)構(gòu)上的損傷的目的。但改裝或更換設(shè)備代價較高，升級費用隨著無人機的運行加速老化會持續(xù)增加，而且不同批次部件的改裝或更換可能會帶來新的隱患。

3.無法長時間中斷任務(wù)來進行頻繁保養(yǎng)

老齡化無人機仍然是軍方戰(zhàn)斗序列的一部分，在緊張的戰(zhàn)斗執(zhí)勤中，時間的寶貴不會允許無人機頻繁地檢修，否則影響起降效率，進而對任務(wù)進程產(chǎn)生消極影響。

4.缺乏高集中度的信息管理系統(tǒng)

當(dāng)前的維修記錄，多為紙張版的記錄本或工程指令或非例行工卡，并無專業(yè)的系統(tǒng)存檔，對數(shù)據(jù)統(tǒng)計不利。目前維修主要采取“出現(xiàn)故障才維修”的方式，缺乏完整的結(jié)構(gòu)損傷數(shù)據(jù)，對于機載設(shè)備具體狀況，不能夠予以有效的分析，也不能夠有效地預(yù)測損傷的具體發(fā)生規(guī)律。

面對這些問題，需要對老齡化無人機進行計劃維修，從而減少由于工程技術(shù)和維修管理方面原因而導(dǎo)致的老齡化無人機飛行的安全事故。

二、計劃維修的制度保證

無人機使用部門（一般為作戰(zhàn)連隊）要修訂有關(guān)老齡化無人機的相關(guān)章程，使得其能夠獨立于常規(guī)新服役無人機保養(yǎng)章程之外。其中最主要的是把老齡化無人機的維修記錄以規(guī)章制度的形式規(guī)范化，以更高標(biāo)準(zhǔn)來要求。

首先，質(zhì)量監(jiān)督部門要根據(jù)無人機的初始設(shè)計水平和試飛試驗數(shù)據(jù)總結(jié)結(jié)果，確定老齡化無人機的概念，即設(shè)定一個年限或飛行架次數(shù)，超出此限制的為老齡化無人機，用以規(guī)范管理。

組織對于老齡化無人機在維修等方面的培訓(xùn)，建立和完善一整套電子化的信息采集系統(tǒng)，用于采集無人機損傷和維修的詳細可信的數(shù)據(jù)。依據(jù)現(xiàn)在的使用狀況和修理改裝后的情況并結(jié)合采集的數(shù)據(jù)，選定適合老齡化無人機維修的方案并優(yōu)化。

后勤保障人員需要建立每個老齡化無人機的維修檔案，包括燃油箱系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)及起落架等的維護和改裝信息要求記錄詳細并且保存信息。

三、計劃維修策略

1.傳統(tǒng)維修策略

傳統(tǒng)的無人機系統(tǒng)預(yù)防性維修工作通常采用的都是維修日期、內(nèi)容和維修時間均固定的定期維修類型，這是一種借鑒蘇聯(lián)設(shè)備維修的強制性執(zhí)行的維修方式。定期維修方式在保障機載設(shè)備的正常可靠運行中起到預(yù)防作用，一定程度上使設(shè)備在故障發(fā)生前得到維修，且便于設(shè)備維修計劃的制定、安排與管理。但由于定期維修是以設(shè)備的使用時間為基礎(chǔ)，其依據(jù)是設(shè)備的故障率都符合浴盆曲線圖（圖1），即當(dāng)設(shè)備處于新投入或剛大修好的狀態(tài)下時，故障發(fā)生率極低，但隨著使用時間的推移，故障率逐漸達到峰值。然而，實際情況并非完全如此，數(shù)據(jù)顯示絕大多數(shù)的機械部件如電機、起落架等其故障率不隨時間而變，這意味著對于某些機載設(shè)備而言，固定的維修周期會造成維修過剩。

圖1 故障浴盆曲線規(guī)律

2.維修周期對維修有效性的影響

無人機設(shè)備運行過程中計劃外停機主要有2個原因，一是機載設(shè)備出現(xiàn)故障造成停機，稱為故障時間；二是對設(shè)備進行預(yù)防性維修時造成的停機，稱為檢查時間。機載設(shè)備總停機時間、故障時間和檢查時間三者之間的關(guān)系如圖2所示。

圖2 總停機時間、故障時間和檢查時間的關(guān)系

從圖2可看出，維修周期的合理確定與否，直接影響到無人機機載設(shè)備維修工作能否使故障發(fā)生的概率降到可以接受的水平。維修周期過長雖然可以減少檢查時間，但會出現(xiàn)維修不足，機載設(shè)備帶病運行，出現(xiàn)安全性事故或影響飛行任務(wù)的可能性就越大，導(dǎo)致設(shè)備發(fā)生的故障次數(shù)超過可接受的程度，增大了故障時間，也會造成更大的經(jīng)濟損失；維修周期過短雖然可以減少故障時間，但是必然造成預(yù)防維修工作頻繁，使得檢查時間大幅度增加，出現(xiàn)維修過剩，不僅因頻繁通斷電影響元器件的使用壽命，增加維修成本，另一方面也會由于自身技術(shù)原因和盲目檢查，維修不當(dāng)反而會導(dǎo)致設(shè)備可靠性下降。

實踐經(jīng)驗表明，預(yù)防性維修周期的合理確定，直接影響到機載設(shè)備維修工作的適用性和有效性，只有在故障時間和檢查時間二者之間尋找平衡點，確定出最佳維修周期，最終才能實現(xiàn)機載設(shè)備管理維修過程優(yōu)化和維修費用經(jīng)濟的目標(biāo)。

3.合理的預(yù)防性維修策略

在無人機維修實踐中，為了更加有效地利用部件壽命，同時達到降低其故障率和維修費用的目的，通常采用大小修結(jié)合的復(fù)合維修方式。對這類維修工作的決策優(yōu)化，還需進一步研究和探索。復(fù)合維修方式是相較于單一維修方式而言的，其維修過程一般為：部件每經(jīng)過一段時間，進行一次大修；而在每個大修周期內(nèi)，則進行若干次小修。由于在實際中的大小修多采用定期更換和功能檢測，所以這里以“輔以功能檢測的定期更換維修”為例對這種維修方式進行研究。

零部件每經(jīng)過更換間隔期Tr進行一次預(yù)防性維修或更換，一個維修周期是功能檢測周期Tn的k倍，更換期內(nèi)對產(chǎn)品進行k-1次檢測，如圖3所示。功能檢測時，若發(fā)現(xiàn)潛在故障，則進行預(yù)防性維修；若無潛在故障，則繼續(xù)使用。在使用過程中，若發(fā)生功能故障，則立即停機修理；到達更換周期時不管部件狀態(tài)如何，都對無人機進行預(yù)防性更換。

圖3 老齡無人機復(fù)合維修方式時間間隔示意圖

組合維修是適用于像作戰(zhàn)無人機這樣一個復(fù)雜系統(tǒng)的一個維修優(yōu)化策略，它一般對系統(tǒng)設(shè)定一個時間間隔，然后以此作為系統(tǒng)維修周期對系統(tǒng)中部分部件進行集中維修。從系統(tǒng)可用性或費用的角度來看，組合維修策略是優(yōu)化系統(tǒng)維修決策的一種有效手段，尤其適合于存在拆裝和工作準(zhǔn)備費用較高或耗時較多的情況，大大方便了維修規(guī)劃和管理。

四、結(jié)語

對無人機的老齡化維修與管理是個逐步認識的過程，需要平時不斷積累飛行試驗中維修數(shù)據(jù)，針對無人機設(shè)計和結(jié)構(gòu)制造特點以及機載設(shè)備復(fù)雜程度，對老齡無人機采取有效的維修管理工作。為確保老齡化無人機的飛行安全性和任務(wù)可用性，需要設(shè)計人員和維修管理人員制定組合維修方案，并通過科學(xué)方法確定功能檢測和定期維修的周期。