楊 勇

（中國(guó)航天空氣動(dòng)力技術(shù)研究院 北京）

隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，無(wú)人機(jī)將作為一種新生的空中作戰(zhàn)力量出現(xiàn)在軍事舞臺(tái)。然而，正是由于其具有無(wú)人員傷亡、低戰(zhàn)斗損耗、低維修成本等優(yōu)點(diǎn)，設(shè)備的維修保養(yǎng)反而不受到重視。無(wú)人機(jī)老齡化后，頻繁出現(xiàn)故障甚至事故，這一問(wèn)題已不容忽視地?cái)[在用戶面前。

一、老齡化無(wú)人機(jī)的特點(diǎn)

老齡化無(wú)人機(jī)面臨很多問(wèn)題，例如，飛行可靠性和可使用性大大降低，起降任務(wù)的正常性無(wú)法保證，而伴隨著這些問(wèn)題的是故障率上升。老齡化無(wú)人機(jī)維修面臨最主要的問(wèn)題有4點(diǎn)。

1.無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)與設(shè)備本身的安全問(wèn)題

無(wú)人機(jī)的起落架、機(jī)身加強(qiáng)框、龍骨架等關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)，應(yīng)力疲勞等對(duì)其造成的影響較大，威脅飛行安全。再者，老齡無(wú)人機(jī)的飛行架次較多，機(jī)身口蓋等開(kāi)口區(qū)域疲勞損傷比較嚴(yán)重，在強(qiáng)氣流的影響下可能會(huì)發(fā)生撕裂。無(wú)人機(jī)機(jī)載設(shè)備內(nèi)電子元器件老化。完全依靠電子設(shè)備和高精度傳感器是無(wú)人機(jī)區(qū)別于有人機(jī)的特點(diǎn)，隨著飛行次數(shù)的增加，部分設(shè)備運(yùn)行總時(shí)間已接近其設(shè)計(jì)壽命。

2.老齡化無(wú)人機(jī)運(yùn)營(yíng)成本過(guò)高

由于老齡化無(wú)人機(jī)存在安全隱患，需要對(duì)其進(jìn)行改裝或部分更換，來(lái)達(dá)到控制和預(yù)防老齡化無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)上的損傷的目的。但改裝或更換設(shè)備代價(jià)較高，升級(jí)費(fèi)用隨著無(wú)人機(jī)的運(yùn)行加速老化會(huì)持續(xù)增加，而且不同批次部件的改裝或更換可能會(huì)帶來(lái)新的隱患。

3.無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間中斷任務(wù)來(lái)進(jìn)行頻繁保養(yǎng)

老齡化無(wú)人機(jī)仍然是軍方戰(zhàn)斗序列的一部分，在緊張的戰(zhàn)斗執(zhí)勤中，時(shí)間的寶貴不會(huì)允許無(wú)人機(jī)頻繁地檢修，否則影響起降效率，進(jìn)而對(duì)任務(wù)進(jìn)程產(chǎn)生消極影響。

4.缺乏高集中度的信息管理系統(tǒng)

當(dāng)前的維修記錄，多為紙張版的記錄本或工程指令或非例行工卡，并無(wú)專業(yè)的系統(tǒng)存檔，對(duì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)不利。目前維修主要采取“出現(xiàn)故障才維修”的方式，缺乏完整的結(jié)構(gòu)損傷數(shù)據(jù)，對(duì)于機(jī)載設(shè)備具體狀況，不能夠予以有效的分析，也不能夠有效地預(yù)測(cè)損傷的具體發(fā)生規(guī)律。

面對(duì)這些問(wèn)題，需要對(duì)老齡化無(wú)人機(jī)進(jìn)行計(jì)劃維修，從而減少由于工程技術(shù)和維修管理方面原因而導(dǎo)致的老齡化無(wú)人機(jī)飛行的安全事故。

二、計(jì)劃維修的制度保證

無(wú)人機(jī)使用部門(mén)（一般為作戰(zhàn)連隊(duì)）要修訂有關(guān)老齡化無(wú)人機(jī)的相關(guān)章程，使得其能夠獨(dú)立于常規(guī)新服役無(wú)人機(jī)保養(yǎng)章程之外。其中最主要的是把老齡化無(wú)人機(jī)的維修記錄以規(guī)章制度的形式規(guī)范化，以更高標(biāo)準(zhǔn)來(lái)要求。

首先，質(zhì)量監(jiān)督部門(mén)要根據(jù)無(wú)人機(jī)的初始設(shè)計(jì)水平和試飛試驗(yàn)數(shù)據(jù)總結(jié)結(jié)果，確定老齡化無(wú)人機(jī)的概念，即設(shè)定一個(gè)年限或飛行架次數(shù)，超出此限制的為老齡化無(wú)人機(jī)，用以規(guī)范管理。

組織對(duì)于老齡化無(wú)人機(jī)在維修等方面的培訓(xùn)，建立和完善一整套電子化的信息采集系統(tǒng)，用于采集無(wú)人機(jī)損傷和維修的詳細(xì)可信的數(shù)據(jù)。依據(jù)現(xiàn)在的使用狀況和修理改裝后的情況并結(jié)合采集的數(shù)據(jù)，選定適合老齡化無(wú)人機(jī)維修的方案并優(yōu)化。

后勤保障人員需要建立每個(gè)老齡化無(wú)人機(jī)的維修檔案，包括燃油箱系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)及起落架等的維護(hù)和改裝信息要求記錄詳細(xì)并且保存信息。

三、計(jì)劃維修策略

1.傳統(tǒng)維修策略

傳統(tǒng)的無(wú)人機(jī)系統(tǒng)預(yù)防性維修工作通常采用的都是維修日期、內(nèi)容和維修時(shí)間均固定的定期維修類型，這是一種借鑒蘇聯(lián)設(shè)備維修的強(qiáng)制性執(zhí)行的維修方式。定期維修方式在保障機(jī)載設(shè)備的正?？煽窟\(yùn)行中起到預(yù)防作用，一定程度上使設(shè)備在故障發(fā)生前得到維修，且便于設(shè)備維修計(jì)劃的制定、安排與管理。但由于定期維修是以設(shè)備的使用時(shí)間為基礎(chǔ)，其依據(jù)是設(shè)備的故障率都符合浴盆曲線圖（圖1），即當(dāng)設(shè)備處于新投入或剛大修好的狀態(tài)下時(shí)，故障發(fā)生率極低，但隨著使用時(shí)間的推移，故障率逐漸達(dá)到峰值。然而，實(shí)際情況并非完全如此，數(shù)據(jù)顯示絕大多數(shù)的機(jī)械部件如電機(jī)、起落架等其故障率不隨時(shí)間而變，這意味著對(duì)于某些機(jī)載設(shè)備而言，固定的維修周期會(huì)造成維修過(guò)剩。

圖1 故障浴盆曲線規(guī)律

2.維修周期對(duì)維修有效性的影響

無(wú)人機(jī)設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中計(jì)劃外停機(jī)主要有2個(gè)原因，一是機(jī)載設(shè)備出現(xiàn)故障造成停機(jī)，稱為故障時(shí)間；二是對(duì)設(shè)備進(jìn)行預(yù)防性維修時(shí)造成的停機(jī)，稱為檢查時(shí)間。機(jī)載設(shè)備總停機(jī)時(shí)間、故障時(shí)間和檢查時(shí)間三者之間的關(guān)系如圖2所示。

圖2 總停機(jī)時(shí)間、故障時(shí)間和檢查時(shí)間的關(guān)系

從圖2可看出，維修周期的合理確定與否，直接影響到無(wú)人機(jī)機(jī)載設(shè)備維修工作能否使故障發(fā)生的概率降到可以接受的水平。維修周期過(guò)長(zhǎng)雖然可以減少檢查時(shí)間，但會(huì)出現(xiàn)維修不足，機(jī)載設(shè)備帶病運(yùn)行，出現(xiàn)安全性事故或影響飛行任務(wù)的可能性就越大，導(dǎo)致設(shè)備發(fā)生的故障次數(shù)超過(guò)可接受的程度，增大了故障時(shí)間，也會(huì)造成更大的經(jīng)濟(jì)損失；維修周期過(guò)短雖然可以減少故障時(shí)間，但是必然造成預(yù)防維修工作頻繁，使得檢查時(shí)間大幅度增加，出現(xiàn)維修過(guò)剩，不僅因頻繁通斷電影響元器件的使用壽命，增加維修成本，另一方面也會(huì)由于自身技術(shù)原因和盲目檢查，維修不當(dāng)反而會(huì)導(dǎo)致設(shè)備可靠性下降。

實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，預(yù)防性維修周期的合理確定，直接影響到機(jī)載設(shè)備維修工作的適用性和有效性，只有在故障時(shí)間和檢查時(shí)間二者之間尋找平衡點(diǎn)，確定出最佳維修周期，最終才能實(shí)現(xiàn)機(jī)載設(shè)備管理維修過(guò)程優(yōu)化和維修費(fèi)用經(jīng)濟(jì)的目標(biāo)。

3.合理的預(yù)防性維修策略

在無(wú)人機(jī)維修實(shí)踐中，為了更加有效地利用部件壽命，同時(shí)達(dá)到降低其故障率和維修費(fèi)用的目的，通常采用大小修結(jié)合的復(fù)合維修方式。對(duì)這類維修工作的決策優(yōu)化，還需進(jìn)一步研究和探索。復(fù)合維修方式是相較于單一維修方式而言的，其維修過(guò)程一般為：部件每經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，進(jìn)行一次大修；而在每個(gè)大修周期內(nèi)，則進(jìn)行若干次小修。由于在實(shí)際中的大小修多采用定期更換和功能檢測(cè)，所以這里以“輔以功能檢測(cè)的定期更換維修”為例對(duì)這種維修方式進(jìn)行研究。

零部件每經(jīng)過(guò)更換間隔期Tr進(jìn)行一次預(yù)防性維修或更換，一個(gè)維修周期是功能檢測(cè)周期Tn的k倍，更換期內(nèi)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行k-1次檢測(cè)，如圖3所示。功能檢測(cè)時(shí)，若發(fā)現(xiàn)潛在故障，則進(jìn)行預(yù)防性維修；若無(wú)潛在故障，則繼續(xù)使用。在使用過(guò)程中，若發(fā)生功能故障，則立即停機(jī)修理；到達(dá)更換周期時(shí)不管部件狀態(tài)如何，都對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行預(yù)防性更換。

圖3 老齡無(wú)人機(jī)復(fù)合維修方式時(shí)間間隔示意圖

組合維修是適用于像作戰(zhàn)無(wú)人機(jī)這樣一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)的一個(gè)維修優(yōu)化策略，它一般對(duì)系統(tǒng)設(shè)定一個(gè)時(shí)間間隔，然后以此作為系統(tǒng)維修周期對(duì)系統(tǒng)中部分部件進(jìn)行集中維修。從系統(tǒng)可用性或費(fèi)用的角度來(lái)看，組合維修策略是優(yōu)化系統(tǒng)維修決策的一種有效手段，尤其適合于存在拆裝和工作準(zhǔn)備費(fèi)用較高或耗時(shí)較多的情況，大大方便了維修規(guī)劃和管理。

四、結(jié)語(yǔ)

對(duì)無(wú)人機(jī)的老齡化維修與管理是個(gè)逐步認(rèn)識(shí)的過(guò)程，需要平時(shí)不斷積累飛行試驗(yàn)中維修數(shù)據(jù)，針對(duì)無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)制造特點(diǎn)以及機(jī)載設(shè)備復(fù)雜程度，對(duì)老齡無(wú)人機(jī)采取有效的維修管理工作。為確保老齡化無(wú)人機(jī)的飛行安全性和任務(wù)可用性，需要設(shè)計(jì)人員和維修管理人員制定組合維修方案，并通過(guò)科學(xué)方法確定功能檢測(cè)和定期維修的周期。