基于抽樣評分法的民用飛機電源系統維修性預計

王潔萱

(上海飛機設計研究院, 上海 201210)

0 引言

維修性預計是在飛機研制階段對各系統的維修性進行定量評估，依據組成各系統的航線可更換單元的維修性來預計系統及整機維修性，是一個自下而上、從局部到整體、由小到大的一種系統綜合過程。將預計的結果與要求的維修性指標相比較，評價設計要求提出的維修性指標是否能夠達到[1-3]。維修性預計主要有功能層次預計法、抽樣評分預計法、時間累計預計法[4-6]。其中，抽樣評分預計法是抽取系統或設備中足夠的可更換單元，按照核對表對其進行維修作業評分，再用經驗公式估算出維修時間[7]。

在飛機研制過程中通過對飛機系統、子系統和設備的維修性預計，可以評價設計要求的維修性指標是否能夠達到。在設計初期通過維修性預計對比不同方案的維修性水平，能夠為最優方案的選擇及方案的優化提供依據。在詳細設計過程中通過維修性預計可以發現影響系統維修性的主要因素，確定需要優化的方向。但是目前我國現行的用于民用飛機系統和設備的維修性預計方法，多數是直接翻譯的美國軍用標準，不符合我國民用飛機研制的實際條件，可用性不強，在實際使用維修性預計方法過程中常常遇到困難。

1 抽樣評分預計法

GJBZ57-1994[8]規定的抽樣評分預計法抽取設備中足夠的航線可更換單元，按照核對表對其進行維修作業評分，再將評分代入經驗公式估算出維修時間。抽樣評分預計法無需對全部的航線可更換單元進行維修性分析，且可以在設計初始階段進行初步預計，及時發現維修性設計的薄弱環節，提早采取優化措施。具體維修性預計步驟如圖1所示。

圖1 抽樣評分預計步驟

通過上述抽樣評分預計法步驟可知，在預計之前，需要掌握系統或設備的結構布局、原理圖、布置和維修位置、維修資源清單等維修相關資料。在評分之前，需要對維修過程進行分析，還需考慮合理的故障隔離和診斷步驟。

GJBZ57-1994規定的抽樣評分預計法通過三個核對表分別對維修過程中結構設計因素、維修資源、維修人為因素進行打分，其中對設計要求維修的人為因素核對中，每一項核對因素的計分都分為“0分、1分、2分、3分、4分”五檔，但每一檔的評分標準都不是定量的，不方便計分。以核對因素“力量”為例，“0分、1分、2分、3分、4分”分別對應“需要維修人員付出極大的力、需要維修人員付出的力量高于平均值、需要維修人員付出的力量恰為平均值、需要維修人員付出的力量低于平均值、需要維修人員花費很小的力量”，雖然檔位和分數劃分細致，但非定量的評分標準并不便于對維修的人為因素進行評分，影響預計結果的精度。為了匹配國內民用飛機維修性設計現狀，對維修的人為因素要求核對表進行優化，減少評分檔位，并進行量化。如將核對因素“力量”，計分為“0分、2分、4分”，分別對應“需要單個維修人員搬起超過10 kg的設備、需要維修人員搬起5 kg～10 kg的設備、需要維修人員搬起低于5 kg的設備”。通過減少評分檔位并量化維修人為因素核對表評分指標，可以縮減評分時間、簡化評分流程，提高維修性預計的效率與準確度。

2 電源系統基本工作原理

飛機電源系統用于產生并向全機用電設備提供電功率。作為飛機機載設備中的“血液”部分，完成向所有飛機的用電設備供電，對飛機的安全與可靠運行發揮著不可替代的作用[9]。根據其功能主要包括直流電源系統、交流電源系統、配電系統和外電源系統。飛機正常運行時，由機載交流電源系統向全機用電設備供電，由APU驅動的交流恒頻發電機作為輔助交流電源，由RAT驅動的發電機作為應急交流電源并可通過變壓整流器向直流應急設備供電，機載直流用電設備由TRU和蓄電池供電，飛機在地面時由外電源向機載用電設備供電，電源系統具有自檢測功能并與中央維護系統互聯。

電源系統的設備主要有主發電機、APU發電機、發電機控制器、配電盤箱、靜止變流器、主蓄電池等，分別安裝在左右發動機短艙、電子設備艙、駕駛艙、貨艙和APU艙等部位。

隨著飛機用電設備的日益增多，綜合化程度越來越高，電源系統的可靠性、維修性成了人們日益關注的目標，其性能的優劣成了保障機載用電設備功能正常與否的決定性因素[10]。根據目前民用飛機維修性設計水平，分配給電源系統的維修性指標為平均修復時間不大于20 min。

3 確定樣本量

(1)

根據經驗或相似機型各子系統中航線可更換單元的數量和故障數，計算得到各子系統相對于總故障次數的百分數，再根據總樣本量50按比例分配從而得到每個子系統抽取樣本量，如表1所示。

表1 各系統樣本量

4 作業分析

以飛機主蓄電池的維護為例進行作業分析和評分。飛機蓄電池作為輔助電源，主要用作飛機地面初始上電、機載應急供電電源和APU起動電源，一般布置在電子設備艙內[11]。

主蓄電池故障分析邏輯圖如圖2所示。在故障隔離與測試時，需要用到的特殊工具為充/放電工作臺、平衡電阻器、單元抽取工具。由于重量較大，需要雙人操作。維護中需要警惕：不要在很熱的環境中安裝主蓄電池；定期檢查主蓄電池容量；在充電站進行主蓄電池充電。

圖2 蓄電池維護邏輯圖

5 作業評分與維修性預計

表2 作業評分表

(2)

舉例說明作業評分表中的計分方法。在核對表A中，問題1得到4分，因為主蓄電池布置于電子設備艙中，空間開敞，不被其他設備遮擋，可達性好，維修人員可以清楚地看到主蓄電池上面的標簽標識并進行維護作業，符合“維修通道對于觀察和手工操作都是足夠的”。問題2得到2分，因為其外部卡鎖和緊固件為卡帶、拉桿和電插頭，拆卸緊固件時需用尖嘴鉗拆掉保險，并用套筒扳手拆掉螺栓，符合“緊固牢靠、不需要專用工具、稍微旋動即可松開”這三條中的兩條“緊固牢靠和不需要專用工具”。核對表B中，問題1得到0分，因為對外部測試設備的要求需要電流表、電壓表、密度計、兆歐表，符合“完成維修活動需要四臺或更多的測試設備，要確定故障位置需要大量的測試”。問題2得到4分，因為對主蓄電池進行維護時不離線就能通過測試確定有缺陷的航線可更換單元。問題3得到0分，因為在維護工作中需要用到的附加器材有進入電子設備艙需要的梯子、電池充放電需要用到充電站等，符合“完成維修工作需要一件以上的附加器材”。完成維修工作需要核對表C中，問題1得到0分，因為蓄電池重約21 kg，維修作業需要雙人操作，且電子艙內空間不夠開敞，需要單個維修人員搬起超過10 kg的設備，付出的力量和高于平均值。問題2得到0分，因為主蓄電池較重，且布置在地板下方，需要維修人員蹲姿或者跪姿進行維護工作，腰部腿部受力大，并且故障定位于維護工作繁瑣，符合“需要維修人員有極好的耐久性”。

(3)

6 結論

抽樣評分法適用于研制階段維修性預計，在設計完成之前進行粗略估計。如果預計時間超過分配值，則可從結構設計、維修資源、維修人為因素三方面發現影響系統維修的主要因素，確定需要采取的糾正措施，進行優化設計，降低系統或設備的平均修復時間。也可以在研制初始階段識別出維修性較差的設備，在持續設計進程中重點關注并持續優化這些關鍵設備的維修性，從而提高整機維修性設計水平，減少維修成本，提高整機競爭力。本文對維修性預計中抽樣評分法進行了分析，對核對評分表進行優化，并給出通過抽樣評分法預計電源系統平均修復時間的詳細過程，可以在設計初期即對系統的維修性進行預計，為民用飛機維修性設計提供支持。