飛機作戰試驗維修性評估

劉坤，陳藝天，李麥亮，林覺列

（1.工業和信息化部電子第五研究所，廣東 廣州 511370；2.廣東省電子信息產品可靠性技術重點實驗室，廣東 廣州 511370；3.廣東省電子信息產品可靠性與環境工程技術研究開發中心，廣東 廣州 511370）

0 引言

作戰試驗是依據裝備的作戰使命任務，在逼真模擬的實戰環境和對抗條件下，按照作戰流程，對裝備作戰效能、保障效能、部隊適用性、作戰任務滿足度和質量穩定性等進行考核與評估的試驗活動。維修性是指裝備在規定的條件下和規定的時間內，按規定的程序和方法進行維修時，保持或恢復其規定狀態的能力。飛機作為具備作戰屬性的長期連續工作可修復復雜裝備，集機械結構，電、氣，液和復雜線路系統為一體，維修性對飛機具有不可或缺的重要作用，是飛機實現作戰任務及可重復投入作戰的關鍵屬性。近年來，隨著我軍裝備建設的快速發展，許多學者針對作戰試驗或裝備維修性進行了大量的研究工作，例如：吳溪等[1]建立了以作戰問題為導向的裝備作戰試驗設計的原理模型，確定了裝備作戰試驗設計的基本內容；遲明祎等[2]針對真實對抗環境下產生的能夠在戰術層級直接服務于各級指揮員戰場決策作戰效能數據嚴重不足的問題，闡述了作戰試驗數據融入作戰數據體系的思路和途徑；劉玉明[3]從定量的維修性設計角度出發，論述了實現維修性MTTR 指標的定量設計方法和程序；羅肖健等[4]詳細歸納并介紹了數種多樣化的船舶維修性評估辦法。但具體到飛機，國內公開發表的文獻中尚未發現有結合作戰試驗和飛機維修性進行討論的相關研究。本文在作戰試驗的基礎上建立飛機維修性評估系統，重點圍繞飛機作戰試驗維修性定量評估、定性評價和數據采集三者進行討論，并設計了對應數據庫，為反映飛機的維修性設計水平提供參考建議。

1 定量評估

1.1 評估內容

作戰試驗中，維修性定量指標要求應反映飛機的戰備完好性和任務成功性，維修人力和保障資源等目標和約束，體現在保養、預防性維修、修復性維修和戰場搶修等諸方面。還應考慮飛機的作戰使命，類型特點，復雜程度及參數是否便于度量和驗證等因素。可根據以下約束條件逐步分析，確定相關指標要求。

a）作戰特性：基于飛機作戰屬性，維修性評估指標應反映戰場上對損傷飛機進行快速應急修復重新投入作戰的可能性與有效性。

b）任務要求：飛機面臨主要功能系統損壞此類嚴重故障時，會直接導致作戰任務無法執行，嚴重破壞飛機執行作戰任務。不同類型的飛機作戰主要功能不盡相同，維修性評估指標應能體現各類型飛機主要功能系統恢復使用的時效性。

c）故障定位：飛機內部結構極為復雜，耦合集成系統較多，零部件貼合緊密。故障定位系統作為維修輔助手段，確定維修性指標時必須考慮警報系統或維修人員故障定位的準確度和效率等因素；此外，由于飛機系統的復雜性和作戰環境的特殊性，某些故障發生時并不能第一時間定位至某一具體單元，應當進行故障隔離，視情進行后續維修步驟。從維修時間角度出發，維修性評估指標應對應覆蓋此類情況。

d）維護保養：飛機在無作戰任務時仍需維護保養，一些尚未發生的故障可憑技術手段或經驗提前發現并解決，保障作戰使用的高水平戰備完好性。

e）維修保障：作戰試驗中，飛機備件、一次性消耗品、維修工具準備情況、倉庫距受損飛機距離和維修團隊反應時間等因素直接影響著飛機的維修效率，維修人員的故障定位和維修水平也決定了受損飛機的最終維修時間，在此基礎上，保障團隊的保障能力和技術素養在維修飛機時發揮著重要的作用，應在確定維修性評估指標時予以體現。

結合以上分析邏輯過程，作戰試驗飛機維修性評估內容重點圍繞飛機作戰使命、故障定位和排除、后勤保障水平、維修人員技術素養等要素展開，據此本文提出了相應的飛機維修性評估定量指標為：平均修復時間、平均預防性修復時間、維修工時率、平均恢復功能用的任務時間、重要零部件更換平均時間和重構時間。

1.2 評估方法

a）平均修復時間

分別統計作戰試驗期間（含作戰試驗飛行科目及部隊日常訓練）全部載機的修復性維修事件（含換件維修和非換件維修）總數NT及其總時間TCM，按照式（1）計算載機平均修復時間MCT：

b）平均預防性修復時間

分別統計作戰試驗期間（含作戰試驗飛行科目和部隊日常訓練）全部參試飛機的第i 類預防性維修的次數NPMi及其總時間TPMi，按照式（2）計算全機平均預防性修復時間MPTi：

提出該指標時應先對各級各類的預防性維修的工作范圍有初步定義，時間也應明確規定是日歷時間還是實際工作時間。

c）維修工時率

分別統計作戰試驗期間全部參試飛機在規定條件下和規定的時間內的直接維修工時數TMR及規定時間內產品的工作時間（或壽命單位總數）TO，按照式（3）計算全機維修工時率MR：

該指標一般對規定的時間區段的維修工時統計3 次以上取其平均值。

d）平均恢復功能用的任務時間

分別統計作戰試驗期間全部參試飛機嚴重故障的總修復性維修時間TTMRF和嚴重故障總數NTM，按照式（4）計算全機平均恢復功能用的任務時間TMRF：

e）重要零部件更換平均時間

重要零部件更換平均時間是指飛機每項重要零部件的平均更換時間，作戰試驗中應先確定飛機重要件并提出更換時間，一般是更換次數較多的重要功能件和對裝備的維修水平有重要影響的部件，例如飛機起飛降落均需使用的起落架，由于頻繁使用和高強度的摩擦應力，故障幾率較大，更換次數較多；再比如螺旋槳飛機的槳葉，一般情況下每隔1 000 h 需進行更換。同時應定義更換時間，可定義為從維修人員接近飛機至檢查調整到達可用狀態需經歷的時間。另外需明確換件時的規定條件，包括維修人員、維修工具和設備、維修備件和消耗品等的準備情況。比如在起落架故障這一環境，在維修工作中維修人員固定、維修工具齊全、維修備件準備得當的情況下，重要零部件更換平均時間可定義為維修人員接近起落架至起落架恢復正常使用功能、滿足連續作戰需求的時間。此外，由于飛機重要零部件較多，重要零部件更換平均時間可能不止一個指標，而是一組指標。

f）重構時間

重構時間是指飛機實現某功能的系統損壞后，重新構成能完成其功能的系統所需的時間。對于有冗余的系統，即是使系統轉入新的工作結構所需的時間。重構時間一般應包括：1）針對戰場損傷，在應急情況下，采用非常規修理方法、以完成當前任務的戰場搶修方法，如飛機用來調整升降的平尾升降舵調整片出現損壞或腐蝕時，可經評估采取粘貼錫箔紙的方法進行緊急搶修，在專業的維修措施到位前損失一定的可靠性保證飛機的后續飛行；2）飛機的某一功能部件，本身具備降級使用的功能，如雷達系統的短波天線，當500 km 級別的偵察功能損壞時，可降級為300 km 級別繼續使用；3）飛機具有等效的冗余系統，如控制飛機起落架收放的液壓系統，擁有備用系統，在主系統損壞時可保障飛機正常起降等。

2 定性評價

2.1 評價內容 [5]

作戰試驗維修性評估的本質目的是在近似真實的模擬作戰環境中，基于科學性和真實性，針對日常使用和維護，發現實際維修問題，改進飛機維修設計缺陷，提高維修人員維修體驗，全方位考核評估飛機的維修水平。前文中針對飛機平均修復時間等易量化的指標做出了維修性定量評估，但飛機作為具備作戰屬性連續工作的大型可修復型復雜精密系統，維修性要素多維化，定量評估不足以系統全面地體現飛機的維修性評估內容，在這種前提下，維修性評估中還需充分地考慮某些不易量化的指標和維修人員的維修體驗等定性評估因素，通過有效客觀的科學調查分析方法，進行綜合的定性評價，根據GJB 368B—2009 《裝備維修性工作通用要求》的相關規定，內容重點覆蓋可達性、防差錯設計、人素工程設計、標準化與互換性、維修安全性和口蓋設計等方面，大致描述如表1 所示[6]。

表1 飛機作戰試驗維修性評估定性評價要求

a）可達性

可達性表現維修人員維修時接近飛機不同故障單元進行檢查、修理、更換或保養的相對難易程度。具體要求有飛機內部零部件管線等布局應足夠合理，維修人員能夠接觸到需檢查和測試的單元及部件細部，具備修理更換故障部件的維修空間，維修時具備良好的防干擾設計，部件拆裝也應盡量簡便。在作戰試驗維修性定性評價時應考察以下幾點：

1）良好的可達性表現在維修部位可見可達，維修人員容易到達維修部位，不需要拆裝或拆裝簡便，同時使用工具時具備良好的檢查、測試、修理、更換和保養的維修空間；

2）設備、零部件按照維修邏輯作合理布置可優化維修工序，應根據故障頻率的大小，調整工作的難易、拆裝時間的長短和重量尺寸的大小等因素，將其配置在合理的位置上，盡量做到在檢查或拆卸任一故障件時，不必拆卸其他設備、機件，此外還涉及LRU 安裝位置、修理通道、觀察（檢查）孔（口）、測試通道設置位置和管線走線邏輯等方面；

3）同一個專業的設備、系統集中化安裝，避免交叉作業造成的相互干擾，零部件也應考慮減少彼此干擾的可能性；

4）拆裝部件時應該足夠的簡便，滿足步驟少、速度快的要求，避免出現拆裝作業極其困難或故障件雖小卻不得不先拆裝完整模塊機件的低效率情形。

b）防差錯設計

維修工作中難免出現差錯，如飛機不設計細致的防差錯標識和警示裝置提醒維修人員，一經發生差錯，輕則延誤飛機起飛和作戰任務的執行，重則傷及設備乃至傷人性命，因此，防差錯設計是飛機作戰試驗維修性評估的關鍵環節，為了避免或消除維修工程中可能發生的人為差錯，必須設計明顯的防差錯標識，進行定性評價時應考慮以下幾點：

1）管線路穿插應采用交錯安裝的方式，如需并排固定走線，應采用不同顏色、粗細和封塑的管線加以區分，其上應設置明顯程度高的銘牌或標簽以便區分；

2）系統、設備應防止在連接、安裝時發生錯誤，在結構上應加以限制或有明顯表實，如零部件安裝錯誤或方向裝反時裝不下，插頭、插座只能相匹配才能插入，避免導致損壞裝置和發生事故等后果；

3）凡是需要引起維修人員注意的地方或是容易發生維修差錯的設備和部位，均應在便于觀察的位置設立維修標志、符號和警示標牌；

4）對于有固定操作程序的操作裝置都應有操作順序號碼和運動方向的標記；

5）設備的標記應根據飛機的特點和維修需求，按相關標準規定采用文字、數據、顏色、形象圖案彩圈或符號進行表示，標記在飛機使用、存放、運輸或高低溫、砂塵和太陽直射等環境條件下應保持清晰牢固；

6）避免采用對稱口蓋，如受條件限制需采用對稱口蓋，其緊固件不能對稱排列。

c）人素工程設計要求

維修時維修人員需有良好的工作姿勢，人耳可承受范圍內的噪音，良好的照明、合適的工具，適度的負荷強度，可顯著提高維修人員的工作質量和效率。評估人素工程設計時應考慮以下幾點：

1）測試點、調整點和連接點應便于識別和維修操作；

2）維修區域對維修人員的開放程度應足夠充裕，同時應保障維修人員作業時的舒適程度，提供良好的燈光照明，配置耳塞耳罩等降噪工具，預留供維修人員進入、轉身，以及手臂做推、拉、轉等動作的足夠空間；

3）對于大重量的維修備件和工具，考慮人體能承受的強度，單人可搬動的機件重量不應超過16 kg，兩人搬動的不應超過32 kg，重量超過32 kg 的機件，應采取相應的起吊措施。

d）標準化與互換性

飛機故障率高容易損壞的零部件應具有良好的互換性、必要的互換性和模塊化設計，常用的標準化與互換性項目（如口蓋通用標準件等）還應具備外場可更換能力，使產品維修簡便，簡化外場保障流程。產品的模塊化設計可使飛機結構、成品設備和其他系統滿足標準化、通用化、系列化要求，降低了故障定位和維修技術難度，提高了拆裝和維修效率，應急修復時可以省去故障定位修復時間，直接更換模塊，為保障飛機的作戰任務提供了一種新的維修方式。標準化與互換性評價應考慮以下幾個方面：

1）同型號、同功能的部件組件應具有互換性；

2）應盡量采用標準化設計和選用標準化的設備附件和零件，與維修有關的尺寸規格等應事先標準化和規格化；

3）設備、組件的改進產品與原型產品具有良好的安裝互換性；

4）利于采用自動化制造的部件優先采用模塊設計；

5）能有效降低對維修人員數量和技能要求的系統優先采用模塊設計；

6）每個模塊要具備故障自檢和隔離能力；

7）模塊的分解、更換、連接不需要專業工具。

e）維修安全性

維修安全性是防止維修時維修人員或飛機設備受損的一種設計特性。飛機應具備必要的保護裝置措施，包括防機械損傷、防高低溫、防電擊、防火、防爆和防毒等。評估維修安全性時應考慮以下方面：

1）任何經評估和實際維修時易發生危險的部位，都應在便于觀察的位置，設立醒目的標志，以防止發生事故危害維修人員或機上設備的安全，如發動機部位的高溫區域，應設立高溫提醒標志，謹防維修人員被燙傷；

2）所有部件開口處及口蓋的棱邊必須倒角去邊制圓，以防止尖銳突出物劃傷割傷刺傷維修人員；艙門、檢查窗和口蓋等活動部件開度應足夠靈活便于維修人員維修操作；

3）維修區域應設置足夠的應急電門按鈕或把手，且應放置在容易觸碰的部位，并有簡單牢固的防護措施，以防止誤觸碰操作傷及維修人員或損環設備；

4）維修工作時應謹防運動部件隱藏的危險，如飛機艙門、活動蓋板等在關閉時夾傷維修人員，此類部件應設立警示牌和物體檢測傳感器，當檢測到人或物體時可停止關閉；

5）維修工作應設立多崗制度，進行維修時需設立人員隨時處于急停按鈕或把手位置盯防，特別是需啟動發動機等大型運動部件進行維修或驗證的操作時，如發生維修事故時可立即停車并實施救援；

6）飛機內安全資料應齊全完整，分類清晰有條目，便于維修人員在進行維修前或遇到緊急安全事件時能及時查閱安全資料采取有效措施。

f）口蓋設計要求

口蓋是飛機可靠性維修性評估的重要部分，大到艙門、操作窗口、維修通道和油、液箱口，小至復雜的管線系統裸露在外的連接端口，均設置了口蓋裝置，口蓋設計優劣關系著維修工作的效率和安全性，對于維修口蓋的評估應考慮以下幾個方面：

1）維修口蓋的設計應盡可能滿足各種維修活動的要求（如考慮工具、工作活動空間和目視檢查等活動所必須的活動尺寸）；

2）所有可以拆卸的維修口蓋、艙門及其對應的開口應標上對應的識別標示，便于維修人員識別管線類別、名稱、安裝方向等信息、如果是對稱的，則應標明“上、下、前后、左、右” 等標志；

3）鉸鏈口蓋上應有 “上鎖” “非上鎖” 位置的識別標志；

4）應根據口蓋的拆卸頻率選擇口蓋的緊固件類型，采用徒手開關的口蓋鎖時，應提高口蓋的剛度；

5）口蓋和艙門均應具有防水能力；

6）大尺寸的艙門應設置撐桿，以便于維修操作；

7）若口蓋用不同長度的螺釘固定，則各種長度螺釘的直徑應不同，以防裝錯。

2.2 評價方法

作戰試驗構建逼真實戰環境的目的就是為了提前發現實際作戰使用中遇到的問題，加以歸納總結后進行分析評估，從而實施對應的改進措施。具體到維修性定性評價，其主要針對的就是飛機的維修性設計情況及實際作戰環境中的維修體驗，為全面覆蓋作戰試驗維修性定性評價內容，對上述兩個核心目的做出客觀系統的評價，本文選擇在作戰試驗階段參考相關標準，制定規范化的評價體系，結合上機考察與對維修人員進行調查訪談、問卷的方式進行作戰試驗維修性定性評價，流程圖如圖1 所示。

圖1 飛機作戰試驗維修性評估定性評價流程

a）對可靠性維修性評審指南、維修性技術手冊等中涉及維修性定性要求的內容進行研究，特別遵循GJB 368B—2009 《產品維修性工作通用要求》中的相關規定，同時梳理業內較為權威的維修性定性評價知識，形成規范和標準的評價體系；

b）根據上文評價內容確定維修性定性評價需要采集的詳實信息，從而決定實機考察的內容，制定針對飛行員、機械師和地勤維修人員的訪談對話和調查問卷；

c）按照制定計劃深入作戰試驗現場對承試飛機進行考察，綜合考慮飛機特性和使用過程中的實際需求和條件，發現飛機在維修性方面的主要缺陷；同時對機組和地勤人員開展調研，進行維修性評價方面的探討，掌握一線人員對飛機的維修性需求；

d）將收集到的原始信息進行歸納整理，分類成符合項與不符合項兩大類，對于不符合項提出改進意見。

3 結束語

作戰試驗是軍用裝備列裝后提高通用質量和部隊使用體驗的主流試驗活動，在未來的裝備試驗體系中具有愈發重要的作用，但作戰試驗也存在參試單位較多、技術難度過高、考核因素繁雜和試驗周期冗長等客觀因素，對試驗過程進行綜合、系統、全面的管理是必然的趨向。對于飛機作戰試驗而言，維修性是其中不可忽視的一環。本文基于保障飛機作戰試驗順利開展的目的，重點研究作戰試驗中飛機的維修性評估，提出了綜合定量指標和定性評價兩大核心的評估內容及對應的評估方法，在此基礎上給出需求的數據內容和采集形式。本文通過對飛機作戰試驗維修性評估進行系統性的概括和總結，為飛機作戰試驗管理人員確定維修性評估指標時提供參考，為現場實施人員具體評估實施時提供有效的方法和建議。