王 辛 劉 釗

（中國(guó)飛行試驗(yàn)研究院，陜西 西安710089）

0 引言

備件作為飛機(jī)的綜合保障要素之一，其保障程度不僅決定著飛機(jī)使用階段維修保障工作的順利與否，最終還將影響到飛機(jī)戰(zhàn)備完好性水平的高低。機(jī)電系統(tǒng)作為飛機(jī)的重要系統(tǒng)，其備件保障更是直接影響著飛機(jī)整體作戰(zhàn)效能的發(fā)揮。機(jī)電系統(tǒng)備件配置的品種和數(shù)量不夠，會(huì)造成飛機(jī)大部分時(shí)間處于不可用狀態(tài)；反之，盲目地增加備件庫(kù)存量，又會(huì)導(dǎo)致飛機(jī)全壽命周期費(fèi)用增加。因此，如何對(duì)飛機(jī)機(jī)電系統(tǒng)使用階段的備件配置種類及數(shù)量進(jìn)行科學(xué)合理的估算，是飛機(jī)綜合保障工作中亟需解決的重要問(wèn)題。

1 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

國(guó)外對(duì)包括機(jī)電系統(tǒng)在內(nèi)的飛機(jī)備件數(shù)量統(tǒng)計(jì)分析與預(yù)測(cè)研究很多。20世紀(jì)60年代起，國(guó)外就已對(duì)備件管理問(wèn)題進(jìn)行了大量的研究［1］，并取得了不少成果。許多理想環(huán)境下的備件庫(kù)模型被不斷提出和改進(jìn)。早期的備件需求預(yù)測(cè)模型主要應(yīng)用專家決策方法，多以經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)確定備件的庫(kù)存數(shù)量。80到90年代，為了解決飛機(jī)戰(zhàn)備完好性問(wèn)題，人們將可靠性、使用可用度等指標(biāo)引入備件需求預(yù)測(cè)過(guò)程中。主要有以可靠性、使用可用度、戰(zhàn)備完好性等參數(shù)為基礎(chǔ)的備件需求預(yù)測(cè)方法，在預(yù)測(cè)過(guò)程中著重考慮備件的消耗過(guò)程，從零件本身的損壞機(jī)理以及備件所導(dǎo)致的后果出發(fā)，建立備件的數(shù)學(xué)模型［2］。目前，國(guó)內(nèi)針對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、定型、生產(chǎn)過(guò)程中的備件保障工作編制了一些國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)，為指導(dǎo)飛機(jī)機(jī)電系統(tǒng)備件品種與數(shù)量的確定提供了一定的參考［3］。但主要是從程序上規(guī)范備件保障方案和備件確定過(guò)程，并不涉及具體的備件品種和數(shù)量確定的分析方法和技術(shù)，缺少對(duì)飛機(jī)機(jī)電系統(tǒng)備件保障需求預(yù)測(cè)的指導(dǎo)方法。因此，開(kāi)展飛機(jī)機(jī)電系統(tǒng)備件保障的影響因素分析，結(jié)合使用過(guò)程中的維修保障流程得出飛機(jī)機(jī)電系統(tǒng)備件的需求種類和數(shù)量，是我們亟需研究的課題。

2 飛機(jī)機(jī)電系統(tǒng)備件保障影響因素分析

2.1 影響飛機(jī)機(jī)電系統(tǒng)備件種類的因素

飛機(jī)機(jī)電系統(tǒng)使用階段的備件供應(yīng)種類主要受到機(jī)電系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境、備件貯存空間、維修體制、保障模式等因素的影響，備件的確定應(yīng)滿足每次執(zhí)行飛行任務(wù)期間不因備件供應(yīng)不足而影響到飛機(jī)機(jī)電系統(tǒng)可用度的要求。綜合來(lái)說(shuō)，影響飛機(jī)機(jī)電系統(tǒng)備件種類的主要因素如圖1所示。

在飛機(jī)使用階段確定機(jī)電系統(tǒng)備件種類時(shí)，應(yīng)綜合考慮上述影響因素，包括維修方案、任務(wù)需求、使用環(huán)境、貯存方式、經(jīng)濟(jì)性等，確定實(shí)際所需的備件種類目錄，根據(jù)確定的飛機(jī)機(jī)電系統(tǒng)備件種類，再確定每種備件的實(shí)際所需數(shù)量。

圖1 飛機(jī)機(jī)電系統(tǒng)使用階段備件種類影響因素圖

2.2 影響飛機(jī)機(jī)電系統(tǒng)備件需求量的因素

確定備件需求總數(shù)是供應(yīng)保障中的一項(xiàng)主要工作，通常做法是統(tǒng)計(jì)一段時(shí)間內(nèi)備件需求的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，再合理分析備件的故障率、訂貨周期等因素，不斷修訂使用和維修期間所獲得的備件消耗和需求數(shù)據(jù)。影響備件需求量的主要因素包括：

（1）維修方案。維修方案是飛機(jī)保障方案的重要組成部分，一般包括維修類型及其主要內(nèi)容、修理原則、維修級(jí)別及其任務(wù)、主要保障資源、維修活動(dòng)的約束條件等。

（2）修復(fù)性維修和預(yù)防性維修活動(dòng)。在預(yù)防性維修過(guò)程中，更多考慮的是壽命到期產(chǎn)品的備件需求；而修復(fù)性維修過(guò)程中，則依賴于產(chǎn)品故障發(fā)生概率即故障率，故障率高的產(chǎn)品，備件需求相應(yīng)也要增加。

（3）產(chǎn)品互換性?，F(xiàn)代航空產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)一般都有互換性的強(qiáng)制要求，互換性不僅要求結(jié)構(gòu)上互換，而且還要求功能上能夠互換?；Q性受設(shè)備技術(shù)狀態(tài)影響較大，技術(shù)狀態(tài)如有變化（例如結(jié)構(gòu)尺寸更改、功能更改、核心軟件改版等），產(chǎn)品不能直接互換，勢(shì)必會(huì)影響到備件的技術(shù)狀態(tài)和需求量。

（4）產(chǎn)品測(cè)試性。飛機(jī)機(jī)電系統(tǒng)內(nèi)部的故障自檢測(cè)裝置（也稱為機(jī)內(nèi)自檢測(cè)裝置，BITE）的故障檢測(cè)隔離能力和機(jī)外測(cè)試設(shè)備的測(cè)試能力都會(huì)影響到故障隔離等級(jí)，隔離到外場(chǎng)可更換單元LRU級(jí)別還是進(jìn)一步隔離到內(nèi)場(chǎng)可更換單元SRU級(jí)別，隔離級(jí)別的不同將會(huì)使飛機(jī)機(jī)電系統(tǒng)在不同維修級(jí)別場(chǎng)所的備件配置需求不同。

（5）產(chǎn)品重要程度。某些產(chǎn)品是影響到飛機(jī)安全的，稱之為核心系統(tǒng)或設(shè)備；某些產(chǎn)品是飛機(jī)完成某項(xiàng)特定任務(wù)所必需的，稱之為任務(wù)系統(tǒng)或設(shè)備；還有一些產(chǎn)品故障僅僅會(huì)造成一定的經(jīng)濟(jì)后果，則稱之為一般系統(tǒng)或設(shè)備。顯而易見(jiàn)，前2類系統(tǒng)或設(shè)備發(fā)生故障時(shí)應(yīng)能立即獲取備件，保證通過(guò)換件的方式使其功能迅速恢復(fù)。

2.3 影響飛機(jī)機(jī)電系統(tǒng)備件的經(jīng)濟(jì)性因素

從飛機(jī)備件費(fèi)用成本、貯存空間考慮，高價(jià)備件（A類）為高價(jià)周轉(zhuǎn)件，該類備件占總數(shù)量的20%，卻占了80%的備件費(fèi)用；B類備件為中價(jià)可修件；C類為低價(jià)消耗件和標(biāo)準(zhǔn)件。在確定飛機(jī)機(jī)電系統(tǒng)備件項(xiàng)目時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注A類和B類備件，并考慮備件的周轉(zhuǎn)周期、訂貨周期，然后逐項(xiàng)評(píng)審確定。A、B、C類備件產(chǎn)品特性如表1所示。

表1 A、B、C類備件產(chǎn)品特性表

2.4 影響飛機(jī)機(jī)電系統(tǒng)備件的壽命分布因素

結(jié)合飛機(jī)機(jī)電系統(tǒng)訓(xùn)練中對(duì)備件的需求，并考慮到實(shí)際作戰(zhàn)任務(wù)，將飛機(jī)機(jī)電系統(tǒng)備件的壽命分布分為2類：正態(tài)分布和威布爾分布。文獻(xiàn)［4］給出了這2種壽命分布類型的適用范圍，具體如表2所示。

表2 飛機(jī)機(jī)電系統(tǒng)備件的壽命分布類型及其適用范圍

綜上所述，由于影響飛機(jī)機(jī)電系統(tǒng)備件保障的因素復(fù)雜，所以想要準(zhǔn)確地估計(jì)備件需求情況就要綜合考慮多方因素，只有這樣才能確定備件需求量相應(yīng)的特征指標(biāo)參數(shù)。

3 飛機(jī)機(jī)電系統(tǒng)備件需求量模型的建立及驗(yàn)證

3.1 平均更換間隔MTBR的定義

平均更換間隔（Mean Time Between Removals，MTBR）是與保障資源有關(guān)的一種可靠性參數(shù)。其度量方法為：在規(guī)定的條件下和規(guī)定的期間內(nèi)，產(chǎn)品壽命單位總數(shù)與從該產(chǎn)品上拆下其組成部分的總次數(shù)之比，其中不包括為便于其他維修活動(dòng)或改進(jìn)產(chǎn)品而進(jìn)行的拆卸［5］。

平均更換間隔MTBR是對(duì)影響備件復(fù)雜因素的綜合反映，也是對(duì)機(jī)電產(chǎn)品故障率內(nèi)在規(guī)律的一種客觀描述。MTBR反映和描述的因素主要體現(xiàn)在如表3所示的3個(gè)方面。

表3 MTBR反映和描述的因素

3.2 有壽命要求的可修件需求量計(jì)算

對(duì)于有壽命要求的可修機(jī)電系統(tǒng)備件，其需求量S應(yīng)包括2部分：一是計(jì)劃更換所需備件量S1，二是非計(jì)劃更換所需備件量S2。

式中，n為飛機(jī)架數(shù)；u為單機(jī)安裝機(jī)電產(chǎn)品件數(shù)；th為年平均運(yùn)行小時(shí)（h）；TAT為平均維修周轉(zhuǎn)時(shí)間（d）；P為運(yùn)行比；L1為有壽件的壽命期限（h）（當(dāng)L1不知時(shí)，可以用零部件的維修期或維修間隔期限的均值來(lái)代替）；MTBR為平均更換間隔（h）。

可得：S＝［S1＋S2］，其中［］表示取整數(shù)。

3.3 無(wú)壽命要求的可修件需求量計(jì)算

無(wú)壽命要求的可修機(jī)電系統(tǒng)備件，其需求量S由非計(jì)劃更換所決定。S是滿足下式的最小整數(shù)：

3.4 備件需求量計(jì)算結(jié)果的修正

備件需求量的數(shù)學(xué)計(jì)算模型是從歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)總結(jié)而來(lái)，但是導(dǎo)致備件消耗的因素是復(fù)雜的，如用戶的使用水平、管理能力和維護(hù)修理能力，備件使用強(qiáng)度等，備件的實(shí)際消耗往往會(huì)與模型的估算結(jié)果有一定的誤差，一般在實(shí)踐中采用相關(guān)的修正方法對(duì)模型估算結(jié)果進(jìn)行適當(dāng)修正。本文所采用的主要變量是MTBR，使這個(gè)變量不斷得到修正，估算結(jié)果就會(huì)更加接近準(zhǔn)確值。

修正MTBR的主要方法是通過(guò)歷史數(shù)據(jù)計(jì)算得到備件消耗量并分析相關(guān)原因，按照備件的實(shí)際MTBR對(duì)理論MTBR進(jìn)行修正，隨著歷史數(shù)據(jù)資料的逐步分析和調(diào)整，實(shí)際結(jié)果就會(huì)越來(lái)越接近真實(shí)值。

備件需求量修正主要采取如下3種方法進(jìn)行：

（1）按月份統(tǒng)計(jì)備件消耗。按實(shí)際每月統(tǒng)計(jì)備件真實(shí)消耗量，對(duì)各類備件進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控。特別是對(duì)消耗量突然出現(xiàn)異常的備件，要分析其發(fā)生變化的內(nèi)在原因，采取針對(duì)性措施。

（2）按年度統(tǒng)計(jì)備件消耗。以月份統(tǒng)計(jì)歷史數(shù)據(jù)為依據(jù)，依年度統(tǒng)計(jì)消耗量，通常以近3年的消耗量為依據(jù)，計(jì)算實(shí)際的MTBR指標(biāo)。剔除統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中備件的異常消耗情況，如人為破壞因素造成的故障等，然后根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料得出MTBR值，并以此來(lái)修正理論值。

（3）其他特殊的備件消耗統(tǒng)計(jì)。除上述2種統(tǒng)計(jì)方法外，由于飛機(jī)機(jī)電系統(tǒng)的特殊使用環(huán)境，可有針對(duì)性地進(jìn)行一些特殊的備件消耗統(tǒng)計(jì)。

3.5 備件需求量模型驗(yàn)證

以某型飛機(jī)傳感器這一典型的機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備為例，每架飛機(jī)安裝4個(gè)該型號(hào)的傳感器，飛行機(jī)組中隊(duì)共配備有3架飛機(jī)，每架飛機(jī)平均年飛行小時(shí)為1000h，傳感器的MTBR為300h，平均修理周期為30天，運(yùn)行比為1，傳感器是有壽命要求的可修理件，壽命期限為600h，利用計(jì)算模型，可求出備件需求量。

由上得出，為保證飛機(jī)執(zhí)行任務(wù)，該傳感器應(yīng)該配備5件。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于飛機(jī)機(jī)電系統(tǒng)的備件配置，首先應(yīng)根據(jù)使用條件下維修方案、貯存方式、經(jīng)濟(jì)性等因素，確定實(shí)際需要的備件種類目錄，然后根據(jù)確定的備件種類以及影響備件數(shù)量的因素分析來(lái)預(yù)估出每種備件的需求數(shù)量，最后根據(jù)MTBR對(duì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正后得到飛機(jī)使用階段真正需要的備件數(shù)量。飛機(jī)機(jī)電系統(tǒng)備件需求量計(jì)算方法的確定，對(duì)設(shè)計(jì)部門調(diào)整供應(yīng)計(jì)劃和部隊(duì)接裝意義重大，其能保證飛機(jī)在執(zhí)行任務(wù)期間不會(huì)因機(jī)電系統(tǒng)備件缺貨而導(dǎo)致任務(wù)不能完成。

［1］任敏，陳全慶，沈震，等.備件供應(yīng)學(xué)［M］.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2013

［2］葉心太，余仁波.裝備保障中備件需求量確定方法研究［J］.艦船電子工程，2010（5）

［3］單志偉.裝備綜合保障工程［M］.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2007

［4］GJB4355—2002 備件供應(yīng)規(guī)劃要求［S］

［5］徐宗昌.保障性工程［M］.北京：兵器工業(yè)出版社，2008