航空裝備維修保障發展研究

侯安生 平本紅 薛萍

通過梳理國外航空裝備保障的發展歷程，包括維修理念、維修模式和維修方法，分析我國航空裝備全生命周期保障的現狀以及未來裝備發展趨勢，指出了提升我國航空裝備保障水平的一些建議。

1 國外航空裝備維修保障發展分析

在兩次世界大戰和隨后的局部戰爭的推動下，航空裝備在近百年來取得了蓬勃發展。以軍機為例，轟炸機、戰斗機、攻擊機、戰斗攻擊機、反潛機、偵察機、預警機、空中加油機、運輸機、救護機、教練機、多用途戰斗機等層出不窮，性能不斷提高，在戰爭中扮演了重要的角色。表1總結了部分前四代戰斗機的特點。

而維修保障作為航空裝備全壽命周期的重要環節，是能否最大程度發揮裝備效能的關鍵因素。

1.1 航空裝備維修理念的發展

裝備的維修理念是指導維修大綱制定的原則。裝備維修大綱的科學、合理與適用性，關系到裝備的安全性和適航性以及維修有效性。

在航空裝備發展的早期，機械結構在機體結構中占比較大時，維修保障采取的是定時維修。

到20世紀50年代后期，科學技術的發展使得飛機裝備的復雜程度越來越高。而且在這一時期，可靠性工程、維修性工程、故障物理學和故障診斷技術等新興學科也相繼出現，再加上概率統計和管理科學在這一階段也取得了極大的發展。經過研究發現，可靠性和維修間隔期的控制并無必然的直接聯系。

這個研究成果顛覆了傳統的維修觀念。在此基礎上，美國航空運輸協會組建了維修行業委員會（MaintenanceSteering Group，MSG），負責飛機基本的維護程序的設計，分析多重故障模式和其影響造成的結果。1965年MSG首次提出了初始的邏輯決斷方法，在1968年發布了MSG-1手冊，并成功應用于波音747-200/300飛機上。

MSG-1方法在波音747飛機上成功運用后，美聯航和波音公司對MSG-1稍加修改，使其適用于其他飛機，并被命名為MSG-2分析邏輯。MSG-2是針對維修方式的分析邏輯，在1970年開始部分用于波音737 200。根據MSG-2方法制定的維修大綱，主要針對飛機的每類組件（系統、部件或設備），采用“自下而上”的分析方法，其分析結果是為各類組件確定適宜的維修方式，包括定時維修、視情維修和狀態監控。

20世紀70年代初，由于航空裝備復雜性的增加，采用單一定時維修的美軍裝備維修費用以驚人的幅度增長，而與此同時采用MSG-2的民用飛機維修費用卻下降了30%，因此引起了美國軍方的注意。美國國防部命令在全軍范圍內推廣以可靠性為中心的維修理念，提出用4種工作類型——定時拆修、定時報廢、視情維修和隱患檢測，替代3種維修方式——定時方式、視情方式和狀態監控方式;使以可靠性為中心的維修又向前邁進了一大步。

在MSG-2使用了約10年后，在廣泛收集飛機系統、結構、發動機和零部件的使用數據，并對其失效方式、所監控的失效模式和采取的維修措施間形成的相互關系進行綜合分析的基礎上，由美國聯邦航空局（FAA）、美國航空運輸協會（ATA）、美國和歐洲的飛機/發動機制造廠家、航空公司聯合制定了新的維修決斷邏輯和分析程序，即MSG-3。

MSG-3又稱“航空公司/制造廠商維修大綱制定文件”，主要針對飛機的系統/分系統的維修工作。MSG-3采用“從上往下”或稱“故障結果”邏輯方法，從飛機系統的最高管理層面進行故障分析，確定適合的計劃維修任務，以防止故障發生和保證系統的固有可靠性水平。MSG-3著眼于系統功能失效時的潛在影響、確定故障的能力、故障及維修的成本。

1.2 MSG-3維修思想的主要內容

根據MSG-3分析邏輯確定的飛機計劃維修任務主要包括計劃性（例行）維修和非計劃性（非例行）維修兩部分。為了防止飛機固有的安全性和可靠性發生偏離而定期進行的計劃維修包括：

飛機/發動機系統維修任務：潤滑/勤務、操作/目視檢查、檢查/功能測試、性能恢復、報廢;

結構項目維修任務：一般目視檢查、詳細檢查、特別詳細檢查;

區域分析維修任務：一般目視檢查、詳細檢查，保證飛機規定區域內的所有系統、部件和裝置都受到足夠的監控，以確保安裝和總體狀態的安全性。

非計劃維修包括：計劃維修過程中發現的問題，臨時出現的故障和運營分析結果要求的維修與改裝。

除了MSG-3的維修要求外，還有一些針對結構重要項目的疲勞裂紋檢查項目，分類為適航限制項目;還有一些針對飛機系統和發動機的強制維修項目，分類為審定維護要求;還有一些項目如起落架、發動機盤等，具有壽命限制的維修要求。

1.3 以可靠性為中心的維修思想的主要內容

定時維修：以可靠性為中心的維修理論認為，定時維修對某些簡單裝備的故障預防是有用的，但對大多數復雜裝備而言，尤其多個系統之間相互交聯相互影響時定時維修單個系統不僅對故障預防的作用甚微，相反還會帶來早期故障和人為差錯，增大了總的故障率。

潛在故障與功能故障：以可靠性為中心的維修理論提出潛在故障的概念。潛在故障是一種指示功能故障即將發生，可識別的狀態。通過定義潛在故障開展視情維修。利用潛在故障防止功能故障的出現，使裝備在不發生功能故障的前提下得到充分的利用，達到既安全又經濟的目的。

隱蔽功能故障與多重故障：隱蔽功能故障是指正常使用設備的人員不能發現的功能故障。多重故障是指由多個獨立故障所組成的故障事件，它可能造成其中任一故障所不能單獨引起的后果。多重故障與隱蔽功能故障關系密切，如果隱蔽功能故障沒有及時被發現和排除，就可能造成多重故障，產生嚴重的后果。應采取狀態監控模式，加大對隱蔽功能故障的檢測頻率，及時排除隱蔽功能故障，防止多重事故的發生。

針對不同的故障后果采取不同的對策：預防故障的根本目的不僅限于預防故障本身，而且在于避免或降低故障的后果。要不要進行預防性維修工作，主要是由其故障后果的嚴重程度所決定的。針對不同的故障后果，應采取不同的對策。如果故障后果嚴重，則需竭盡全力防止發生;如果故障影響甚微，則不必采取任何措施，直到故障出現以后再來排除即可。

關于預防性維修的作用：以可靠性為中心的維修理論認為，設備的固有可靠性是設計和制造時賦予設備本身的一種內在的固有屬性。預防性維修能夠防止設備固有可靠性水平降低，但不可能把可靠性提高到固有可靠性水平之上，最高只能保持或達到固有可靠性水平;要想超出這個水平，只能重新設計。

總的來說，以可靠性為中心的維修和MSG維修是針對不同用途航空飛機、相輔相成、相互借鑒、相互促進的兩種維修思想。

1.4 信息技術條件下航空裝備的維修保障新模式

在20世紀末21世紀初，隨著新材料、新技術的發展以及裝備研制的全面數字化，尤其是航電、機電系統的發展融合，裝備的維修保障模式和方法也得到了迅速發展。

1）基于性能的全壽命保障（PBL）

PBL是美、歐等國針對具體型號裝備提出的全新維修保障理念和模式，其核心是“項目辦公室”通過“裝備保障集成方”加強對裝備全壽命保障管理，促進軍方與合同商的合作，實現優勢互補與風險共擔，從而在經濟可承受的條件下確保型號裝備在壽命周期內實現預定的戰備完好性目標。

PBL的主要原則包括：a.購買性能;b.項目經理對全壽命周期系統管理負責;c.簽訂以客觀的度量標準為基礎的基于性能的協議;d.明確產品保障集成方是將保障集成起來并實現性能/保障目標的“單一聯系點”;e.軍地/軍民/公私合作。它將保障作為一個綜合的、可承受的性能包來購買，以便優化系統的戰備完好性。它通過以具有清晰的權力和責任界線的長期性能協議為基礎的保障結構來實現武器系統的性能目標。

基于性能的全壽命保障，是四代航空裝備保障的主要策略，是三級保障體制轉變為二級保障體制，軍民融合保障的主要體現。

2）增強型基于狀態的維修（CBM+）

基于狀態的維修（CBM）是美軍在20世紀末21世紀初開始大力推行的一種維修思想，目的是將以信息技術為代表的各種高新技術應用到維修的全過程，從而提高維修工作的效率與效益，實現維修方式的全面變革。CBM是在傳統狀態監控和故障診斷技術的基礎上，綜合了多種先進的技術，準確地判定部件實際狀態，并據此決定更換或維修的過程。CBM+是CBM的增強版，是一種預測性維修，可實時監控裝備的狀態，準確判定部件的實際狀態，預測設備的初始故障和剩余壽命，在出現維修需求時才開展維修，適應信息化裝備對高精度裝備保障的要求，節約維修成本，降低裝備的壽命周期費用。此外，信息化裝備本身就具備實現CBM+的軟硬件條件，如在設計時就嵌入了高性能傳感器和嵌入式診斷能力，配備高性能的信息系統有利于數據的快速傳輸和高效處理等，為實現CBM+奠定了物質基礎。

3）自主式保障（ALIS）

ALIS是美軍在開發第四代戰斗機F-35時提出的一種創新性維修保障模式，它是基于飛機的健康狀態，通過一個實時更新的信息系統，將任務規劃、維修訓練和維修保障作業等各種要素集成起來，對武器系統的狀態進行實時監控，根據監控結果自主確定合適的維修方案，在裝備使用期間預先啟動維修任務規劃和維修資源調配，在最佳時機進行維修，確保武器平臺保持良好的狀態性能。ALIS的目標一是借助信息技術等高新技術，將CBM和美軍整個信息鏈系統相結合，達到保障信息一體化;二是進一步規范和強化裝備自診斷、預測與維修保障能力，使裝備不僅僅是維修的客體，也是維修保障主體的重要組成，即將維修主體前伸到從裝備自身開始;三是進一步縮減裝備保障環節，優化保障體系和資源，達到精確、機動、快捷、經濟保障的目的。

實現ALIS后，裝備的幾乎全部診斷測試、維修和保障活動都將實現自動化，從而最大程度地減少人力和消除人為差錯，高效保障裝備的作戰部署。與傳統保障模式相比，ALIS能夠更好地滿足信息化裝備的整體保障需求。

4）裝備健康管理（PHM）

PHM是指故障預測和健康管理，是為滿足自主保障、自主診斷的要求而提出來的，是基于狀態的維修的升級。它強調裝備管理中的狀態感知，監控裝備的健康狀況、故障頻發區域與周期，通過數據監控與分析，預測故障的發生，從而大幅度提高運維效率。要實現PHM，除了物理基礎條件保障外，既需要大數據分析技術，又需要非常密集的行業知識、經驗和模型作為支撐。診斷是裝備在預期的使用狀態下，通過評估其健康狀態變化，監控健康狀態和預測其剩余使用壽命的過程。PHM常用的分析模型有權重/表決、貝葉斯推理、卡爾曼濾波、神經網絡、隱含馬爾科夫模型、漸進式蒙特卡洛模型、專家系統、模糊邏輯等數據融合方法。

5）基于模型的維修持續保障（MBS）

目前裝備先進設計制造方法是建模與仿真在設計、制造、支持等全流程業務的創新應用。其中基于模型的設計（MBD）是核心，基于模型的維修持續保障是應用和實踐的新方向。用產品模型和過程模型定義、執行、控制、傳遞、管理企業的全部業務，可實現業務之間的無縫集成，并與戰略管理對接。

MBS將模型作為系統記錄和構型管理的唯一基礎，將產品和工藝開發中的模型和仿真應用到生命周期的維護階段，使用維護/維修/故障數據評估產品和工藝，持續關注系統的整個運營狀態，并將其反饋到產品設計的改進環節，通過MBS提取設計優化信息。其中最重要的工作是記錄產品的過程規范、材料數據、產品支持信息以及測試分析信息等，形成跨越整個供應鏈的結構化、集成的工程技術數據包。

6）基于數字線索的數字孿生維修保障

新一輪科技革命和產業變革趨勢，體現在航空裝備的研發上是以數字線索和數字孿生為核心，以自適應運載器制造、系統架構虛擬集成等先進開發模式為引領。當客戶接收裝備的同時，還將接收另外一套數字模型。每一特定架次的裝備都有一個忠誠的影子，伴隨一生。這種數字孿生的新技術將基于航空裝備的健康狀態進行維護與保障。

數字孿生是充分利用物理模型、傳感器更新、運行歷史等數據，集成多學科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程，在虛擬空間中完成映射，從而反映相對應的實體裝備的全生命周期過程。首先在數字空間建立真實飛機的模型，并通過傳感器實現與飛機真實狀態完全同步，這樣每次飛行后，根據結構現有情況和過往載荷，及時分析評估是否需要維修，能否承受下次的任務載荷等。充分利用物聯網、空間鏈路網、數據采集、狀態感知、云計算、大數據分析和數字孿生等技術，在航空裝備設計上實現預測監控管理系統升級，實施航空裝備運營監控監測平臺，開展運行維護及故障建模分析，實現航空裝備在線監控與控制以及運行過程的可靠性評估、故障預警、質量診斷、遠程主動維護等。

1.5 美國航空裝備維修保障組織體系分析

在一百多年的航空裝備維修保障實踐中，美國建立了以國防部為主，其他有關政府部門為輔的系統龐大的航空裝備維修保障管理體系。國防部是美軍航空裝備維修保障的統管部門;各軍種分別具體組織實施，都設有主管航空裝備維修保障管理的領導機構和具體實施部門，并編制有戰略級、戰役級、戰術級維修保障力量。除國防部外，美國政府其他有關部門也參與航空武器裝備維修保障管理工作。

高度重視全壽命周期維修保障管理，這一點充分體現在美國航空武器裝備維修保障管理機構的編制與職責上。例如，美國陸軍條例10-87“各陸軍司令部、陸軍軍種組成部隊司令部以及直接報告單位”中明確規定，美國陸軍裝備司令部的職責包括“與項目執行官以及計劃/項目/產品主管進行合作，共同為系統與裝備提供一體化的裝備壽命周期管理”，美國陸軍裝備司令部下設“航空與導彈司令部壽命周期管理司令部” “聯合彈藥與殺傷力壽命周期管理司令部”“通信電子司令部壽命周期管理司令部”，分別負責航空武器裝備及其子系統的全壽命周期管理，從而在航空武器裝備維修保障管理的頂層設計上貫徹了全壽命周期管理。

建立了由軍方主導的航空武器裝備適航管理體系。20世紀80年代后期，美軍在全世界率先提出了航空武器裝備適航的概念，在型號研制中開始借鑒引入民用航空裝備適航管理經驗，以提高航空武器裝備的性能，目前已建立起軍方主導的航空武器裝備適航管理體系。

維修作業體制由三級向兩級發展。美國國防部和各軍種普遍認為，隨著航空武器裝備技術復雜程度的不斷提高，一方面需要精干高效的一線保障力量為航空裝備提供基層級維修保障，直接保證其滿足作戰需求;另一方面需要充分利用軍方建制內的基地級維修保障力量和維修保障合同商的專業化技術團隊為保持裝備持續作戰能力提供可靠保證。

加強基地級維修能力建設。進入21世紀以來，隨著維修保障合同商的兼并重組，維修保障合同違約與維修保障質量下降，以及維修保障合同商難以承受在作戰一線的伴隨保障、難以適應高強度作戰保障環境等一系列問題，使得美國國防部和各軍種都轉變了以往過于強調維修保障合同商地位作用的態度，轉而更加注重軍方管理的后勤中心、維修基地等后方基地級維修能力的建設。

2 我國航空裝備維修保障發展分析

2.1 航空裝備技術保障體制概述

我國航空工業從蘇聯援助飛機起步，主要是在引進和仿制俄制飛機基礎上，采用俄制飛機的維修體制。俄制飛機的維修理念與西方以可靠性為中心的維修理念不同，主要采用定時維修的方法，包括航線維修、定期維修、特殊維修、儲存維修和安全管理。如我國軍方現在仍在實行的飛機換季檢查在波音空客飛機的維修保障中很少見。直到殲十戰斗機，我國才開始研引進西方的維修理念和保障體系。近年來，軍方密集下發文件，要求工業部門和大修廠研究以MSG-3為理念的預防性維修，為復雜裝備的維修體制改革打好基礎。

2.2 我軍航空裝備技術保障體制分析

航空裝備技術保障系統是由裝備維修所需的物質資源、人力資源、信息資源以及管理手段等要素組成的系統。該系統是在部隊首長統一領導下，由裝備技術保障部門、裝備管理部門共同組成。航空裝備的技術保障內容，主要包括航空機務保障、工廠修理、航空軍械保障、航材保障以及相關的保障裝，設備建設、保障人員專業培訓和維修改革等內容。

我國航空裝備維修保障維修的作業體制實行三級維修體制：一級（基層級）維修是指航空兵團機務大隊所進行的維修。主要承擔飛機的日常維護保養，飛機機務準備等任務。二級（中繼級）維修是指部隊修理廠所進行的維修。主要承擔飛機的定期檢修、小修、中修、損傷飛機的修理，機載設備、機件的修理，無損檢測、油液分析和部分零備件的制作，飛機的改裝以及戰時飛機搶修等任務。三級（基地級）維修是指航空修理工廠所進行的維修，主要承擔航空裝備的大修和復雜的改裝，部分零備件制作，平時、戰時搶修支援和技術支援等任務。

維修專業通常劃分為航空機械、航空軍械、航空特設、航空電子、航空火控、飛機修理等。

2.3 我國航空裝備技術保障特點分析

我國航空裝備的維修保障與航空武器裝備的發展一樣，也經歷了漫長的積累和發展過程，與每一代武器裝備的特點密切相關。

第一階段是與二代機相對應，飛機的特點是尺寸小、重量輕，機動性好，近戰火力強;結構由較為簡單逐漸變為復雜，機械裝置占比大，具有航電系統，使用維護較簡便。對這類飛機的維修保障主要以單一的“定時維修”為主;在維修保障體制上采用三級維修體制;維修方式以紙質、手工為主：維修依據以紙質圖紙、紙質文件為主，維修工藝是紙質二維工藝，維修計劃、維修過程控制、維修檢驗、測試等均是手工、紙質記載形式。

第二階段是與三代機相對應，飛機的特點是結構非常復雜，采用了數字式電傳飛控系統以及高度綜合化的航電系統;在設計過程中采用了計算機輔助設計、計算機輔助工藝設計為代表的一系列關鍵技術，在生產過程中逐步采用了數字化生產技術等，在設計、制造企業中逐步普及了ERP、MES等信息化管理系統。維修體制主要以三級為主，部分裝備也在逐步探索和全面推廣二級維修模式。在維修保障模式上，以“定時模式”為主，逐步開展視情維修、預防性維修、修復性維修等多種形式相結合的維修模式，開展以可靠性為中心的維修思想的研究和實施。在維修手段和方式上，逐步建立了信息化的維修保障管理系統，覆蓋到中繼級、基地級維修保障，實現了從裝備運行狀態監控到飛行任務執行、飛行保障任務下達執行、維修任務下達執行等信息閉環管理，明晰了裝備的技術狀態，保證了維修的質量。

第三階段與四代機及新型號相對應。裝備的特點：MBD協同設計、制造，虛擬設計、制造仿真等;全數字化生產;采用了諸多信息化技術，如航電機內測試技術（BIT）、自動測試技術（ATE）、健康管理（PHM）系統、其他關鍵機載計算機信息系統等。維修保障的新模式正處于探索實行階段。

2.4 我軍航空裝備維修保障體系分析

我國航空裝備維修思想仍然以定時維修為主，自動化檢測技術和自動化維修保障技術尚在研究探索階段，還沒有形成規模，裝備維修保障新的模式尚未建立。維修觀念與手段需要變革。

裝備技術的復雜需要全壽命周期的數據共享，需要突破傳統的裝備設計、制造、使用、保障體系的束縛，形成完整的技術狀態管理的數據鏈，實現設計模型連續傳遞，因此需要對裝備保障進行全要素、全流程、全壽命周期的策劃和實施。

在裝備立項和論證階段，由于沒有嚴格進行維修保障問題的研究論證，在工程研制階段，缺乏對裝備可靠性、維修性等方面的考量，重研制輕保障依然存在。未來需要在方案設計階段注重可靠性、維修性、可保障性等綜合設計。

航空裝備自身數字化程度的提高，也加大了維修保障的難度。機電軟一體化綜合，使維修保障的內涵發生了質變，需要采用智能化的維修保障裝備進行快速診斷。維修保障設備配套建設需要整體考慮。

面對新技術，新形勢，維修保障人員系統的技術培訓問題日益突出。需要積極探索維修保障人才培養的新渠道、新方法，以適應未來戰爭的特點。

3 對我國新一代航空裝備維修保障體系建設的建議

3.1 維修體制上，要加快由三級維修向兩級維修轉變

新型航空裝備都采用了數字化設計制造，裝備的數字化程度將大大提高。在維修保障的體制上，三級維修體制已不適合新型航空武器裝備保障和使用的要求，迫切需要將三級保障體制轉變為二級保障體制：取消中繼級維修，其維修任務少部分轉移到基層級，大部分轉由大修基地或工業部門完成。軍地一體、軍民融合共同保障成為首選。

實施兩級維修體制，需要有3個重要前提。

1）現場可更換單元（LRU）或現場可更換模塊（LRM）必須具備高可靠性且價格低廉;

2）故障檢測與故障隔離的機內測試（BIT）或機內測試設備（BITE）必須具備高可靠性、性能全面且能避免虛假報警;

3） LRU或LRM應在設計時分塊適當、按模塊設計，可達性要好且能快速與電路、液壓、氣動元件等斷開。

3.2 維修模式上，由基于定時維修向基于狀態的維修轉變

基于裝備可靠性維修思想，對裝備維修進行邏輯決斷，制定合理的維修大綱，按維修大綱規定進行保障;同時，基于嵌入式傳感器、外部測試或便攜式測試設備，以及故障預測和健康管理系統，開展基于狀態的維修。在保證設備的可靠性和安全性的前提下，只在出現明顯征兆時才進行維修，以最大限度地減少事后維修或預防性（計劃）維修。

3.3 維修保障上，由傳統的依賴經驗保障向自主式保障轉變

自主式保障系統通過一個實時更新的信息系統，將任務規劃、維修訓練和維修保障作業等各種要素集成起來，對武器系統的狀態進行實時監控，根據監控結果自主確定合適的維修方案，在裝備使用期間預先啟動維修任務規劃和維修資源調配，在最佳時機進行維修，確保武器平臺保持良好的狀態。

3.4 維修訓練上，由實物維修訓練向虛擬維修訓練轉變

新型航空裝備對維修人員的技術水平要求也很高。采用虛擬現實（VR）技術、利用計算機生成的三維交互環境，允許人員通過三維圖形、觸感、運動感知等方式感受仿真世界并直接操作其中的物體，使受訓人員能夠處于一種接近真實的操作環境中進行訓練。

3.5 維修手段上，由傳統的維修工具向智能化的維修手段轉變

智能化的維修手段包括智能識別技術和智能移動終端等。例如，采用智能識別技術對裝備上諸多的零部件進行定位、有效識別管理，以及對維修過程相關信息進行快速的讀寫，可使維修的便捷性大大提高。而智能移動終端包括便攜式輔助維修設備、手持設備、穿戴式設備等。利用設計、制造工藝產生的輕量化三維數據模型，直接在智能移動終端設備上以三維模型進行維修引導，可提高維修效率和維修質量。在維修過程中，維修人員還可利用移動設備上的應用程序（APP），隨時獲得所需的信息。

此外，在人工智能、機器人、無人機等技術廣泛應用于裝備制造業的同時，也在逐步被應用于維修保障領域，如自動檢修、自動探傷、評估領域等。

3.6 維修系統上，覆蓋全壽命周期的維修保障信息系統建設

以裝備全壽命周期保障為目標，由裝備研制單位牽頭，制定裝備全壽命周期管理規則、標準、準入條件、數據交換規則等，打通裝備管理、設計、制造、使用、保障涉及的各管理部門、各相關單位之間的網絡、信息連接，實現全體系信息化管理，實現數據共享分析，可提升保障效能。