民用飛機航線可更換單元的設計與定義方法

韓萬弘，黎 洪

（中航西飛民用飛機有限責任公司客戶服務中心，陜西西安 710089）

0 引言

航線可更換單元（Line Replaceable Unit，LRU）又稱外場可更換單元、現場可更換單元，最初是在軍用飛機上提出的。在GJB/Z91—1997《維修性設計技術手冊》中給出定義：在使用環境即處于外場或戰斗環境中可更換的產品及其組成部分。LRU 作為在航線維修級所對應的產品層次，在飛機的實際維修中具有重要的意義。良好的LRU 規劃和設計，能夠提高航線上部件更換的便利性，大大節省維修時間，減少由于故障引起的非計劃停場，提高飛機簽派可靠度。LRU 規劃是產品設計的基本環節，不僅與產品功能相關，而且與可靠性、維修性等因素密切相關。但目前對這方面工作重視不夠，所作研究不多，還沒見到明確的方法和分析流程來實現LRU 的劃分和確定，實際工作中LRU 劃分更多是憑著以往的經驗進行，甚至有的飛機產品在設計時都沒有明確劃分LRU，以至于增加了產品維修中的難度。面對LRU 設計的現狀，急需提出解決LRU 規劃設計的方法和流程。基于LRU 的特點深入分析LRU 設計與定義的影響因素，提出了一種基于產品功能因素和可靠性、維修性定性和定量因素的LRU 設計與定義的分析評價方法，依據該方法所定義的LRU 更加規范、合理，能夠滿足飛機維修的實際需求。

1 LRU 的特點

LRU 是飛機產品的重要組成單元，一般指飛機產品結構中具備獨立特定功能的物理單元。LRU 首先應是可更換單元（Replaceable Unit，RU），大多數情況下LRU 是在飛機上原位更換，其設計目的就是為方便現場故障時更換。對于民機而言，其使用現場指在停機坪的航線維修和排故。若飛機使用中或航線維修時發現故障或缺陷，一般在航前、航后和過站進行排故換件工作。因維修時間有限，須較多地考慮LRU 的現場故障可診斷性、更換方便性、更換后的調校簡單性等。

2 LRU 設計的影響因素和基本流程

LRU 是設計出來的，LRU 設計是飛機產品設計的基本環節。在飛機產品設計之初，就應著手規劃設計LRU。LRU 設計在整個飛機設計過程中與飛機產品的功能規劃設計及可靠性、維修性設計等方面相互融合，相互之間的數據交流和綜合權衡貫穿整個飛機產品設計過程。LRU 設計是一個反復迭代、逐步優化的過程，在飛機投入運營后，應根據服役數據對研制階段定義的LRU 清單持續進行驗證和優化。根據LRU 的飛機產品組成部分的特性和可更換特性，提煉出LRU 的產品功能因素；根據LRU 在使用環境、使用現場方便更換的特性，可提煉出對現場保障條件、現場更換時間兩個要素的限制要求。而現場保障條件與保障性因素相關，現場更換時間與可靠性、維修性的定量指標和定性指標相關。

3 LRU 設計的產品功能因素分析

3.1 產品分解結構

LRU 是飛機產品的組成部分，因此LRU 初始分析時應從飛機產品結構樹中選擇產生。LRU 對應著飛機產品結構樹的物理劃分，即具體的設備、組件、部件。

3.2 獨立的特定功能

在飛機產品結構樹中，具有特定獨立功能的項目可作為LRU候選項。對于不滿足該條件的項目，不作為LRU 候選項。獨立的特定功能一般包括作動、監控、指示、保護、控制、計算、測量、過濾等。這些功能一般針對飛機的系統/動力裝置部分，也包括結構章中的具有系統功能的項目。此外，具有以下特征的項目也作為特定獨立功能項來考慮：①關鍵件、重要件；②新研項目、新技術應用項目；③單獨控制項目，如單獨的安裝、測試、構型控制、采購、維護等。飛機產品結構中并非所有項目都具有特定的獨立功能，如標準件、連接件等消耗件，標準管路、標準的電氣線纜及電子電氣元器件，主要作為接近通道的項目等，這些不作為LRU 候選項。

3.3 劃分層級的考慮

在飛機產品結構的物理劃分中，很可能存在一級劃分和其下級零組件均為LRU 的情況，如液壓油濾組件和其子組件濾芯，座椅和其子組件座椅安全帶等。因此在選擇特定獨立功能項目時，需對各層級（尤其是較低層級）滿足特定獨立功能的項目予以考慮。

4 LRU 的現場可更換保障條件分析

對于經過功能因素分析選擇的LRU 初始項目，首先分析評估其拆換是否可在航線（停機坪）實施。主要評估航線維修的保障資源是否具備，采取定性的分析方法，保障資源主要包括保障設備、設施、備件、消耗品、人員（技能水平）及包裝儲運條件等。判斷LRU 更換是否可在航線實施，比較簡便直觀的判斷方法是：拆換工作需要使用停機坪上一般不配備的維修設施、設備或人員技能，而這些一般只在機庫才具備的話，可以認為航線不具備實施條件，如需要液壓千斤頂頂升飛機、需要專門的吊裝設備或托舉支撐設施、需要專門的無損檢測設備、需要專門技能的人員等，這些一般在航線不具備。在具體評估時應重點考慮以下問題：①維修設施是否航線不具備；②工具設備是否在航線不具備；③相關備件、設備等是否需要專門的包裝儲運條件，而不方便運送到停機坪；④因維修工藝復雜，航線維修人員是否不具備相關的維修能力或資質。如果評估結果為不可在航線實施，則不作為LRU，或者對其下一級組件（如有）進行分析；如果評估結果可以航線實施，則繼續進行下一步分析。

5 LRU 的航線更換時間要求的分析

根據航線更換的時間要求篩選LRU 項目，主要涉及到可靠性、維修性的定量和定性因素。

5.1 根據簽派可靠度分類

簽派可靠度（Dispatch Reliability，DR）是民機可靠性設計中的重要指標，能夠直接反映飛機的市場運營情況，影響飛機的經濟性水平，是航空公司十分關注的可靠性指標之一。在飛機初步設計階段已分配了整機級DR 指標，并將該指標分解至了每個系統，根據簽派可靠度要求對影響簽派的設備、部件分類（可靠性定量指標）。

（1）對影響飛機簽派可靠度的項目（設備或部件）分類。從保證飛行安全、能否簽派飛機的角度來看，飛機系統設備（或部件）可以分成以下三種類型：①Ⅰ類（“NO GO”項），該類設備（或部件）故障或損傷，直接影響飛行安全，不允許簽派，如主供油泵、燃油測量計算機；②Ⅱ類（“GO IF”項），該類設備（或部件）故障或損傷，在滿足一定的放行所需數量和放飛條件限制的條件下，可以確保短時間飛行安全，允許帶故障簽派，如輔助供油泵；③Ⅲ類（“GO”項），該類設備（或部件）故障或損傷，不影響飛行安全，可以帶故障簽派，如重力加油接頭、重力加油接頭蓋。由此，可以確定影響飛機簽派的設備或部件為Ⅰ類和Ⅱ類。

（2）影響簽派的項目應規劃為LRU。①對于I 類項目，因其發生故障不允許放行，過站期間就必須快速排故更換，因此I 類項目必須作為LRU，否則可能會造成航班延誤或取消，從而影響簽派可靠度；②對于II 類項目，若發現故障雖可以保留，但需在限定的時間內排故，一般可考慮在航后排故，為保障航后工作效率，也應作為LRU；③對于III 類項目，仍作為LRU 候選項，繼續進行下一步分析。綜上，影響飛機簽派的I 類和II 類項目均應當作為LRU。

5.2 驗證更換時間要求

根據平均修復時間（Mean Time To Repair，MTTR）指標驗證LRU 是否滿足航線更換的時間要求（維修性定量指標）。

（1）MTTR 概述。平均修復時間是維修性的一個基本的度量，本文只討論航線級MTTR。MTTR 由LRU 的故障檢測隔離、接近和更換三部分時間組成，其中更換時間應包含LRU 更換后的調校時間（如適用）。在飛機設計階段，針對每個初步預計的LRU 項分配了MTTR 預計值及分項值。

（2）LRU 的MTTR 指標要求。對于I 類項目，要求其MTTR一般應小于過站時間，一般為30 min，否則可能會影響飛機簽派可靠度；對于II 類和III 類項目，要求其MTTR 一般應小于航后維修時間，否則可能會影響飛機簽派可靠度指標。

（3）評估結果。如果其MTTR 滿足航線維修時間要求，則該項滿足LRU 的條件，最終確認為是LRU。否則進行下一步。

5.3 MTTR 對DR 的影響

確認MTTR 值不滿足航線維修時間要求的項目是否影響系統的DR 指標。每個系統的DR 指標并未要求所包含的所有LRU拆換不能引起延誤，即允許一定的航班取消或延誤率，這些引起取消或延誤的拆換項目的故障率一般較低或故障間隔時間較長。因此對于該系統中所有不滿足MTTR 指標的I、II 類項目，應通過DR 相關的分析報告、技術文件等，再次確認系統的DR 預計值滿足系統的DR 指標。如果未超出所分配的系統DR 指標，則認為這些MTTR 超出航線維修時間要求的項目仍是可接受的，最終確認為LRU；若超出所分配的系統DR 指標，則進行下一步。

6 LRU 設計改進的定性分析

對于MTTR 不滿足DR 指標的I、II 類項目，本身仍應當作為LRU 的，只是其MTTR 指標不滿足要求。對于這類項目，建議考慮設計改進，列入LRU 設計改進清單。在飛機設計尚未定型時，應盡早開展定性分析，便于及早進行設計改進。定性分析的目的是分析MTTR 時間過長的原因，針對原因評估作為設計改進的依據。定性分析應從組成MTTR 時間的構成要素上入手，主要涉及維修性（含測試性）的因素，重點考慮以下因素。

6.1 故障檢測和隔離時間涉及到的測試性因素

由于I 類項目發生故障時不能簽派，必須快速準確地定位故障，以免引起航班延誤或取消，因此對于I 類項目建議優先采用機內自檢測（Built In Test，BIT）檢測手段，而且盡量隔離到LRU，即隔離率為1。對于其他類項目，若故障檢測和隔離時間較長，首先考慮是否因故障不易檢測和隔離而造成，在技術可實現的前提下，也盡量采取BIT 檢測方法。

6.2 故障件接近、更換和更換后調校涉及到的維修性因素

（1）LRU 接近數據。檢查通道是否能夠快捷打開，口蓋尺寸是否便于維修人員進入或接近，是否有妨礙接近LRU 的管路、線纜，管路或線路是否可以移動安裝位置。

（2）LRU 更換數據。LRU 安裝和連接方式方面是否標準、簡潔，拆換操作工藝是否復雜，更換后的調校、測試（如有）是否簡便易行。

7 形成最終的LRU 清單匯總

經過上述一系列分析，形成了最終的LRU 清單。LRU 清單可用于客服產品的輸入，如技術出版物、維修工程分析、備件推薦清單、培訓方案等。LRU 清單包含LRU 設計的必要屬性，如SNS 編號、名稱、功能、影響簽派的類別、MTBF、MTTR、接近信息、更換信息和保障資源等。

8 結論

本文所討論確立的LRU 設計與定義方法，主要基于LRU的特點展開，充分考慮了產品功能因素、現場更換的保障條件因素、可靠性定量指標DR、維修性定量指標MTTR 以及維修性和測試性的定性指標等因素對LRU 設計的影響，同時將這些影響因素有機融合，形成LRU 定義的邏輯分析流程。相較于傳統的基于經驗的定義方法，更多地采用了定量分析方法并結合定性分析，有效提高了LRU 設計的合理性，便于度量LRU 設計的優劣程度，更具有先進性和實際指導意義。本文所確立的方法已經過某型機的工程實踐驗證，取得了良好的效果。