基于保障性分析的備件規(guī)劃研究

李 皊，余 松，孫 敏

（航空工業(yè)洪都，江西南昌，330000）

0 引言

備件供應(yīng)是綜合后勤保障重要的要素之一，因?yàn)闊o論計劃維修與非計劃維修都需要備件，如果不能獲得備件，就無法完成維修任務(wù)，影響飛機(jī)使用。統(tǒng)計資料表明，飛機(jī)型號的壽命周期中，維修所需的備件和消耗品費(fèi)用約占整個維修費(fèi)用的60%以上。因此，做好備件的規(guī)劃與管理，對保持戰(zhàn)備完好、節(jié)約保障費(fèi)用具有重要意義。

回顧公司以往飛機(jī)的備件分析工作，其配套項(xiàng)目主要是由飛機(jī)各專業(yè)和成品廠根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)確定，這樣不可避免的會出現(xiàn)有的備件配置數(shù)量過多，造成庫存積壓，增加了管理費(fèi)用，且對于部分有儲存期限制的備件，易產(chǎn)生存儲超期的問題；有的備件則配置不足，滿足不了用戶維護(hù)需求。

國外空軍非常重視飛機(jī)備件供應(yīng)保障問題的研究，備件的計算逐漸從工程經(jīng)驗(yàn)法向計算機(jī)仿真方法發(fā)展，備件的管理正逐步走向數(shù)字化時代。隨著國內(nèi)裝備對保障性的重視，我國部分科研院所也引入了計算機(jī)仿真軟件。如薩博鷹獅戰(zhàn)斗機(jī)、NH90直升機(jī)、奧古斯塔109直升機(jī)、以及601所、611所部分型號研制過程中均應(yīng)用了OPUS10仿真軟件，并取得了一定成效。

1 備件需求分析流程

備件主要是伴隨產(chǎn)品的維修工作發(fā)生的，因此，為對型號備件需求進(jìn)行規(guī)劃，首先應(yīng)對飛機(jī)進(jìn)行全面系統(tǒng)的保障性分析，得出維修工作任務(wù)。飛機(jī)的維修任務(wù)包括修復(fù)性維修和預(yù)防性維修，通過故障模式及影響危害性分析，可確定飛機(jī)修復(fù)性維修工作項(xiàng)目；通過以可靠性為中心的維修分析，可確定飛機(jī)預(yù)防性維修工作項(xiàng)目。在修復(fù)性維修和預(yù)防性維修工作項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，通過修理級別分析、使用與維修任務(wù)分析，結(jié)合產(chǎn)品的故障率、使用方的備件供應(yīng)體制及飛機(jī)使用率、任務(wù)剖面、經(jīng)濟(jì)性要求等信息，可得出維修工作在哪一修理級別產(chǎn)生，維修頻度等信息，進(jìn)而確定備件配置方案，包括備件應(yīng)配置在哪一修理級別，各修理級別備件貯存數(shù)量等。

2 保障性分析及不足

保障性分析是一個多專業(yè)、多接口的綜合性分析方法。運(yùn)用各種分析技術(shù),協(xié)調(diào)與綜合可靠性、維修性、測試性、安全性等與保障有關(guān)的工程分析結(jié)果,用以影響裝備和保障系統(tǒng)的設(shè)計。根據(jù)GJB 1371-92要求，保障性分析方法主要有：故障模式及影響危害性分析（FMECA）、以可靠性為中心的維修任務(wù)分析（RCMA）、修理級別分析（LORA）、使用與維修任務(wù)分析（O&MTA）。

2.1 故障模式及影響危害性分析

依據(jù)GJB/Z 1391-2006開展故障模式及影響危害性分析（FMECA）。FMECA最主要的功能就是分析裝備可能存在的故障,并就其故障的影響、危害性進(jìn)行分析，進(jìn)而確定需要進(jìn)行修復(fù)性維修的裝備部件、維修工作類型。通過FMECA可以得出飛機(jī)的修復(fù)性維修工作信息，結(jié)合修理級別分析及使用與維修任務(wù)分析，可得到修復(fù)性維修工作產(chǎn)生的備件項(xiàng)目。

2.2 以可靠性為中心的維修任務(wù)分析

依據(jù)GJB 1378A-2007開展以可靠性為中心的維修任務(wù)分析（RCMA）。RCMA利用故障模式及影響分析（FMEA）產(chǎn)生的信息資料,并參考其它相關(guān)信息,對裝備的故障規(guī)律及影響進(jìn)行深入分析,進(jìn)而確定需要進(jìn)行預(yù)防性維修的裝備部件、維修工作類型及其間隔期。通過RCMA可以得出飛機(jī)的預(yù)防性維修工作信息，結(jié)合修理級別分析及使用與維修任務(wù)分析，可得到預(yù)防性維修工作產(chǎn)生的備件項(xiàng)目。

2.3 修理級別分析

依據(jù)GJB2961-97開展修理級別分析（LORA），LORA是針對故障的項(xiàng)目,按照一定的準(zhǔn)則為其確定經(jīng)濟(jì)、合理的維修級別以及在該級別的修理方法的過程。修理級別分析的根本目的是為了確定預(yù)防性維修工作和修復(fù)性維修工作在哪一級維修機(jī)構(gòu)執(zhí)行最適宜或最經(jīng)濟(jì)。LORA是確定備件配置在哪一級維修機(jī)構(gòu)的重要依據(jù)。

2.4 使用與維修任務(wù)分析

飛機(jī)使用與維修任務(wù)分析是通過設(shè)計分析來確定詳細(xì)的使用與維修需求，并且確定滿足這些需求的最有效的使用與維修方法。在維修任務(wù)分析的過程中，首先，確定修復(fù)性維修和預(yù)防性維修工作需求；其次，確定每項(xiàng)維修工作的保障資源要求，以減少使用和保障費(fèi)用，提高飛機(jī)的戰(zhàn)備完好性。通過維修任務(wù)分析可提供一整套包括所有維修功能、維修工作和保障要求的工程數(shù)據(jù)。通過使用與維修任務(wù)分析，可得出飛機(jī)的維修工作過程、維修人工時，所需備件品種、數(shù)量等信息。

2.5 備件需求的產(chǎn)生

備件需求分析流程見圖1，由圖1分析流程，可得出初步的備件需求。

圖1備件需求分析流程

2.6 基于保障性分析的備件需求分析存在的不足

通過上述備件需求分析的流程，結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)可得出飛機(jī)的備件項(xiàng)目。但由該方法確定的備件目錄存在一定局限性，一是備件配備數(shù)量主要由工程經(jīng)驗(yàn)得出，受主觀因素影響較大；二是不能兼顧使用方對飛機(jī)可用度、經(jīng)濟(jì)性及再訂購策略等方面要求。故該方法不能準(zhǔn)確的指導(dǎo)飛機(jī)壽命周期內(nèi)備件供應(yīng)保障工作。

3 計算機(jī)軟件優(yōu)化的備件需求分析

應(yīng)用計算機(jī)仿真軟件建立解析模型，將整個保障性數(shù)據(jù)系統(tǒng)的聯(lián)系起來，通過泊松分布計算出備件需求量的數(shù)學(xué)期望，并運(yùn)用邊際遞減效應(yīng)，從系統(tǒng)的角度進(jìn)行備件優(yōu)化，得出優(yōu)化的備件目錄，并參考由保障性分析得出的備件項(xiàng)目，綜合權(quán)衡飛機(jī)的經(jīng)濟(jì)性、維修性、測試性、保障性、可靠性、安全性等多方面因素，結(jié)合使用方需求，得到相對合理的備件供應(yīng)保障策略。

3.1 保障性數(shù)據(jù)集建模

通過保障性分析，得到全面詳實(shí)的保障性數(shù)據(jù)，構(gòu)建零部件、故障率、預(yù)防性維修任務(wù)、修復(fù)性維修任務(wù)、DU-DP更換及零部件再次訂購等數(shù)據(jù)集，作為計算機(jī)軟件仿真分析的輸入。

3.1.1零部件數(shù)據(jù)集

在完整構(gòu)建零部件數(shù)據(jù)集的基礎(chǔ)上，才能把飛機(jī)分解為外場可維修的獨(dú)立單元，從而根據(jù)不同的維修任務(wù)確定維修工作是否會產(chǎn)生備件。

依據(jù)飛機(jī)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹（見圖2）及修理級別分析(LORA)的結(jié)果，對飛機(jī)全機(jī)零部件進(jìn)行分類，分為外場可更換單元(LRU)、內(nèi)場可更換單元(SRU)、內(nèi)場可更換子單元(SSRU)、外場級報廢件（DU）、內(nèi)場級報廢件（DP），對其進(jìn)行編號，并梳理層級關(guān)系，建立零部件數(shù)據(jù)集。

圖2飛機(jī)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹

3.1.2故障率數(shù)據(jù)集

產(chǎn)品的故障率是影響維修任務(wù)頻度的重要因素，更換產(chǎn)品的維修工作帶來了備件需求。因此，構(gòu)建準(zhǔn)確合理的產(chǎn)品故障率數(shù)據(jù)集是進(jìn)行備件需求分析的重要基礎(chǔ)。產(chǎn)品故障率數(shù)據(jù)集主要依據(jù)設(shè)計過程中的可靠性預(yù)計工作，并結(jié)合試飛、試用過程中積累的工程經(jīng)驗(yàn)以及類似型號、產(chǎn)品的歷史數(shù)據(jù)得出。故障率定義為每一百萬工作小時中預(yù)計故障發(fā)生的次數(shù)。使用環(huán)境、使用頻度、產(chǎn)品的設(shè)計情況等多種因素都會對產(chǎn)品的故障率產(chǎn)生影響，因而，故障率信息并不是嚴(yán)格準(zhǔn)確的，應(yīng)隨著產(chǎn)品的改進(jìn)和歷史數(shù)據(jù)的積累不斷迭代、調(diào)整。

3.1.3預(yù)防性維修任務(wù)數(shù)據(jù)集

預(yù)防性維修活動（PM）中的產(chǎn)品更換會帶來備件需求，因此，構(gòu)建準(zhǔn)確合理的PM數(shù)據(jù)集是進(jìn)行備件需求分析的重要組成部分。依據(jù)以可靠性為中心的維修分析，梳理預(yù)防性維修活動，結(jié)合LORA和O&MTA，得出預(yù)防性維修工作類型，工作頻度，進(jìn)行預(yù)防性維修工作的地點(diǎn)等信息，進(jìn)而可以確定PM所產(chǎn)生的備件項(xiàng)目、所需備件數(shù)量、備件配置的修理級別等信息。

3.1.4修復(fù)性維修任務(wù)數(shù)據(jù)集

修復(fù)性維修活動中的產(chǎn)品更換也會帶來備件需求，因此，構(gòu)建準(zhǔn)確合理的維修任務(wù)數(shù)據(jù)集是進(jìn)行備件需求分析的重要組成部分。構(gòu)建修復(fù)性維護(hù)任務(wù)數(shù)據(jù)集需要 FMECA、RCMA、LORA及O&MTA分析數(shù)據(jù)以及故障率數(shù)據(jù)集的支持。修復(fù)性維修任務(wù)數(shù)據(jù)集可以得出修復(fù)性維修工作類型、工作頻度、進(jìn)行修復(fù)性維修工作的地點(diǎn)等信息，進(jìn)而可以確定修復(fù)性維修工作所產(chǎn)生的備件項(xiàng)目、所需備件數(shù)量、備件配置的修理級別等信息。

3.1.5備件再次訂購數(shù)據(jù)集

備件的保障包括初始備件的供應(yīng)及后續(xù)備件的采購，因此，構(gòu)建備件再次訂購數(shù)據(jù)集是進(jìn)行備件需求分析不可或缺的一部分。在維修活動中，會產(chǎn)生部分不可修件的報廢，為保障飛機(jī)的可用性，需對這部分產(chǎn)品進(jìn)行重新訂購。備件再次訂購數(shù)據(jù)集的建立需要詳細(xì)的描述在哪一級什么維修活動下產(chǎn)生的多少DU/DP件。備件再次訂購數(shù)據(jù)集主要考慮的是再次訂購的時間周期及DU/DP件價格。

3.2 計算機(jī)軟件仿真輸出

利用保障性分析得出的零部件、故障率、預(yù)防性維修任務(wù)、修復(fù)性維修任務(wù)、備件再次訂購等保障性數(shù)據(jù)集，構(gòu)建軟件所需的輸入模型，導(dǎo)入OPUS10仿真軟件，并根據(jù)使用方提出的可用度、使用頻次、經(jīng)濟(jì)性等要求，得出優(yōu)化的備件方案、備件配置和庫存策略等。

3.3 計算機(jī)軟件仿真輸出演示

通過計算某型飛機(jī)使用可用度A=0.75條件下，輸出費(fèi)效曲線如圖3所示。

圖3費(fèi)效曲線

圖3中橫軸所示的壽命保障費(fèi)用（LSC）即系統(tǒng)壽命周期中的總保障費(fèi)用。LSC包括備件投資，備件運(yùn)輸、儲存費(fèi)用，備件消耗和人力費(fèi)用等費(fèi)用要素。縱軸所示的可用度表示產(chǎn)品能工作時間與能工作時間、不能工作時間的和之比。在該使用可用度條件下，可得出優(yōu)化的備件目錄如圖4～圖6所示。

3.4 與傳統(tǒng)備件方案對比

傳統(tǒng)備件方案主要依據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)和試飛試用信息等得出，傳統(tǒng)備件目錄示例見表1。對比OPUS10得出的備件方案，可以看出，傳統(tǒng)備件目錄僅提出了初始備件需求，對備件貯存站點(diǎn)、再訂購時機(jī)、再訂購站點(diǎn)與數(shù)量均未作出規(guī)劃，無法有效指導(dǎo)實(shí)際工作。對比仿真軟件輸出的備件方案和保障性分析得出的備件方案，綜合權(quán)衡飛機(jī)的經(jīng)濟(jì)性、維修性、測試性、保障性、可靠性、安全性等多方面因素，并結(jié)合使用方需求，得出相對合理的備件目錄及備件供應(yīng)方案。

表1傳統(tǒng)保障備件目錄示例

圖4備件的貯存方案

圖5備件的再訂購方案

圖6備件再訂購數(shù)量與站點(diǎn)

4 現(xiàn)狀與建議

4.1 現(xiàn)狀

4.1.1保障性分析工作不深入

FMECA、RCMA、LORA、O&MTA 等各項(xiàng)保障性分析工作是相互關(guān)聯(lián)，密切聯(lián)系的整體，任一環(huán)節(jié)的錯漏或缺失，都會影響其他相關(guān)工作的開展。目前，公司的保障性分析工作還存在不足，保障性分析工作開展不夠細(xì)致深入，得出的保障性數(shù)據(jù)不能做到準(zhǔn)確、全面，導(dǎo)致保障性分析達(dá)不到目的，保障性數(shù)據(jù)不能真實(shí)完整的反映飛機(jī)情況，部分保障性數(shù)據(jù)無法在保障性設(shè)計過程中得到實(shí)際應(yīng)用。

4.1.2缺乏型號數(shù)據(jù)積累

公司對歷史型號保障性數(shù)據(jù)積累不足，未形成完善的保障性數(shù)據(jù)收集、處理體系。這就導(dǎo)致相似機(jī)型或系統(tǒng)、零部件的歷史數(shù)據(jù)無法指導(dǎo)現(xiàn)有型號設(shè)計工作。

4.2 建議

4.2.1深入開展保障性分析

保障性分析是開展保障性設(shè)計工作的基礎(chǔ)，在型號研制過程中，應(yīng)當(dāng)全面深入開展FMECA、RCMA、LORA、O&MTA等保障性分析工作，并不斷優(yōu)化迭代，力求得到準(zhǔn)確、全面的保障性信息。為了做好保障性分析工作，提高綜合保障專業(yè)設(shè)計人員的業(yè)務(wù)水平，培養(yǎng)敏銳的保障性問題識別能力、把關(guān)能力和解決能力，還必須深入飛機(jī)各專業(yè)，參與方案設(shè)計，了解飛機(jī)、系統(tǒng)及成附件的參數(shù)和布置、預(yù)防性維修和修復(fù)性維修信息等，這樣與飛機(jī)設(shè)計人員一起進(jìn)行的保障性分析才更準(zhǔn)確，提出的保障性數(shù)據(jù)才更加合理。此外，應(yīng)及時跟蹤掌握飛機(jī)、系統(tǒng)及成附件的更改情況，形成信息溝通機(jī)制，根據(jù)飛機(jī)的使用情況持續(xù)對備件項(xiàng)目進(jìn)行優(yōu)化迭代。

4.2.2建立保障性信息數(shù)據(jù)庫

建立一套有效的保障性信息收集、處理體系，收集型號各階段保障性信息，形成歷史數(shù)據(jù)庫，為后續(xù)型號的備件工作提供參考。

5 結(jié)論

本文介紹的基于保障性分析的備件需求分析方法，在系統(tǒng)分析保障性數(shù)據(jù)集的基礎(chǔ)上，可以得出相對合理的備件方案，用于指導(dǎo)備件供應(yīng)規(guī)劃。