蔣平，王向輝，宋利，龔艷，包麗，余濤

（1.中國航發(fā)商用航空發(fā)動機有限責任公司，上海200241）

（2.上海市慧程航空科技有限公司 技術(shù)部，上海200241）

0 引 言

隨著國內(nèi)外航空發(fā)動機的使用和維修需求不斷提高，國際發(fā)動機制造廠家（通用電氣、普惠、羅羅等）均建立了維修保障服務(wù)體系，在維修工程、技術(shù)出版物、航材保障等專業(yè)開展了大量工作，這些措施既提升了發(fā)動機產(chǎn)品的客戶服務(wù)質(zhì)量，又降低了發(fā)動機產(chǎn)品全壽命周期維修保障成本［1］。此外，中國民航局也制定了相關(guān)規(guī)范，要求航空器制造廠家建立相應(yīng)的運行支持體系，用以保證其航空器及發(fā)動機的運維水平［2-3］。

國內(nèi)關(guān)于維修工程分析方法和平臺的研究雖然起步較晚，但范圍廣、速度快，涵蓋了軍用飛機、民用飛機和船舶等多個領(lǐng)域。關(guān)于候選項的研究，敬軍等［4］結(jié)合船舶的4A需求對S3000L規(guī)范中候選項的判定方法進行了優(yōu)化和完善，提出了一種覆蓋貨架產(chǎn)品、標準件和散裝件的候選項判定方法。計劃維修分析方面，柏文華［5］以MSG-3為指導(dǎo)思想，結(jié)合S3000L規(guī)范構(gòu)建了大飛機的維修大綱工作流程，以支持主制造商和供應(yīng)商開展維修工程分析工作，該方法與國際機型的維修工程分析工作［6］相一致；夏哲［7］將MTA方法結(jié)合國產(chǎn)民用飛機研制經(jīng)驗進行了實踐和應(yīng)用，提出了國產(chǎn)民用飛機維修工程分析的工作程序和方法。維修工程分析數(shù)據(jù)和維修成本方面，蔣慶喜［8］以MSG-3規(guī)范為基礎(chǔ)，對維修數(shù)據(jù)進行了研究，以指導(dǎo)維修工程分析的編制和應(yīng)用。對于維修工程分析的研究，主要以S3000L、S4000P、MSG-3等標準/規(guī)范開展［9-12］。而在維修數(shù)據(jù)收集和優(yōu)化方面，徐 小 芳 等［13］、Hong Sheng等［14］提 出 了 多 種RCM數(shù)據(jù)優(yōu)化方法以提高產(chǎn)品維修性，包括試飛階段維修數(shù)據(jù)收集和優(yōu)化。

不難看出，基于S3000L的維修工程分析工作通過一整套系統(tǒng)的流程和方法，規(guī)范了維修工程分析的工作內(nèi)容和輸出數(shù)據(jù)，是提高產(chǎn)品保障性、派遣可靠度的重要工作指南。因此，維修工程分析也日益成為發(fā)動機綜合后勤保障服務(wù)的核心業(yè)務(wù)，對于發(fā)動機技術(shù)出版物和航材工程等專業(yè)的工作開展至關(guān)重要。而維修工程分析平臺作為維修工程分析和維修任務(wù)制定的重要載體和信息化工具，對于確保航空發(fā)動機維修工程設(shè)計的合理性、規(guī)范性具有重要意義。而當前維修工程信息化平臺主要圍繞綜合保障設(shè)計、維修計劃制定等工作，在航空發(fā)動機維修工程分析領(lǐng)域的應(yīng)用較為薄弱［15-17］。

對于航空發(fā)動機維修工程分析，發(fā)動機制造廠家又面臨以下兩個問題：（1）在民用航空發(fā)動機維修工程分析領(lǐng)域，維修工程專業(yè)多以MTTR、MTBR等維修性指標為依據(jù)開展發(fā)動機的維修性設(shè)計和分配工作［18-19］，這些工作相對側(cè)重產(chǎn)品的設(shè)計指標，無法直接滿足航空器制造廠家的維修工程分析要求，也難以指導(dǎo)航空公司制定具體的維修方案和維修任務(wù)。因此，發(fā)動機制造廠家必須先建立符合維修工程分析的技術(shù)方案，再將其應(yīng)用到平臺上。（2）在平臺應(yīng)用方面，OmegaPS等雖然滿足了航空器維修工程分析的基本要求，但對于航空發(fā)動機維修工程分析，又有兩點不足：①缺乏對S系列規(guī)范的有效融合，難以滿足技術(shù)出版物等專業(yè)的需求，在服役數(shù)據(jù)的收集和優(yōu)化管理上也存在問題；②對于航空發(fā)動機維修工程分析，在技術(shù)參數(shù)方面缺乏針對性，需要做二次開發(fā)和梳理工作。

為了確保航空發(fā)動機維修工程分析工作及其數(shù)據(jù)的完整性和可持續(xù)發(fā)展，本文以S3000L、S4000P等規(guī)范為基礎(chǔ)開展民用航空發(fā)動機維修工程分析平臺的設(shè)計和開發(fā)工作，并以發(fā)動機燃控系統(tǒng)為例來驗證平臺的可操作性；通過維修工程分析平臺的研制和驗證，完善航空發(fā)動機維修工程分析工作的技術(shù)要求。

1 基于標準的分析平臺設(shè)計

1.1 平臺開發(fā)需求分析

維修工程分析是維修支援體系的基礎(chǔ)和核心，是對發(fā)動機產(chǎn)品維修要求進行約束、確定維修對象、維修程序、維修資源、維修費用的基礎(chǔ)，為維修培訓、航材管理、技術(shù)出版物、工具設(shè)備提供基礎(chǔ)輸入。其目的是通過產(chǎn)品研制數(shù)據(jù)，解決維修什么、怎么維修、何時維修、在哪維修、怎么維修經(jīng)濟等重要問題。維修工程分析平臺作為維修工程分析的載體，其開發(fā)需求應(yīng)結(jié)合發(fā)動機使用和維修分析工作中的各項內(nèi)容進行具體分析。

平臺開發(fā)需求分析工作的開展，首先以S3000L［20］、S4000P［21］規(guī)范為基礎(chǔ)，結(jié)合航空發(fā)動機維修工程展開深入研究，維修工程分析涵蓋如下內(nèi)容：

（1）維修工程分析活動選擇：依據(jù)維修工程分析總體要求進行維修工程分析活動選擇，滿足發(fā)動機產(chǎn)品維修類客戶服務(wù)產(chǎn)品開發(fā)需要；

（2）頂層工作流程開發(fā)、確定分析方式：明確各項工作內(nèi)容，并進行流程控制；

（3）維修工程分析活動基本流程定義：針對每項分析活動定義基本的分析流程；

（4）內(nèi)外部接口/輸入輸出關(guān)系定義：給出維修工程分析內(nèi)部接口關(guān)系，給出維修工程與航材管理、技術(shù)出版物、維修培訓等維修類客戶服務(wù)產(chǎn)品研發(fā)間的接口關(guān)系；

（5）維修工程分析源數(shù)據(jù)清單梳理：針對各項維修工程分析活動，給出源數(shù)據(jù)清單；

（6）MEA候選項清單編制方法：針對各項維修工程分析活動給出候選項編制方法；

（7）MEA頂層架構(gòu)適用性評估：針對發(fā)動機產(chǎn)品設(shè)計屬性及維修類客戶服務(wù)產(chǎn)品需求，進行適用性評估。

同時，參考國內(nèi)外已有航空維修工程實踐經(jīng)驗，以及國內(nèi)民航產(chǎn)品研制項目經(jīng)驗，結(jié)合國內(nèi)航空產(chǎn)品設(shè)計理念及變化趨勢，研究規(guī)范在民用航空發(fā)動機維修工程分析上的具體應(yīng)用，并適當剪裁。平臺的主要功能需求包括但不限于：

（1）候選項定義和分析；

（2）產(chǎn)品綜合保障分析——故障模式影響分析；

（3）排故需求分析；

（4）使用相關(guān)分析。

此外，還結(jié)合維修工程分析的工作內(nèi)容，開展計劃維修任務(wù)模塊的需求分析。各模塊的初步需求以及功能目標如表1所示。

表1 發(fā)動機維修工程分析平臺需求Table 1 Platform requirements about engine maintenance engineering analysis

1.2 平臺功能設(shè)計

前期需求分析工作主要基于S3000L、S4000P、ATA 2200等規(guī)范開展，并結(jié)合維修工程分析總體要求和工程人員的實際使用需求開展平臺設(shè)計。維修工程分析平臺的功能模塊和核心功能架構(gòu)如圖1所示。

圖1 模塊化設(shè)計Fig.1 Interface of module

各模塊的功能如下：

（1）候選項選擇模塊：主要實現(xiàn)對發(fā)動機系統(tǒng)候選項與系統(tǒng)標準規(guī)范間的關(guān)聯(lián)與確認、候選項分析、變更等具體功能。

（2）計 劃 維 修 分 析（Schedule Maintenance Analysis，簡稱SMA）模塊：主要實現(xiàn)維修重要項目、結(jié)構(gòu)重要項目、區(qū)域重要項目的分析工作，包括項目選擇、確認、分析、匯總以及報告編制等功能。

（3）綜合保障分析故障模式影響分析（Logis‐tic Support Analysis Failure Mode and Effect Anal‐ysis，簡稱LSA FMEA）模塊：主要實現(xiàn)候選項FMEA數(shù)據(jù)整理、FMES、任務(wù)分析和報告編制等功能。

（4）損傷及特殊事件分析（Damage and Spe‐cial Events Analysis，簡稱DSEA）模塊：主要實現(xiàn)特殊事件項目創(chuàng)建、任務(wù)分析、任務(wù)合并以及報告編制等功能。

（5）后勤相關(guān)使用分析（Logistics Related Op‐erations Analysis，簡 稱LROA）模 塊：主 要 實 現(xiàn)LRO任務(wù)創(chuàng)建、任務(wù)分析和報告編制等功能。

（6）排故分析（Trouble Shooting Analysis，簡稱TSA）模塊：主要實現(xiàn)排故需求創(chuàng)建、任務(wù)分析、排故程序制定和排故分析報告編制等功能。

（7）維修任務(wù)分析（Maintenance Task Analy‐sis，簡稱MTA）模塊：主要實現(xiàn)維修任務(wù)導(dǎo)入、維修任務(wù)合并、頻次計算和優(yōu)化、MTA分析報告編制等功能。

（8）修理級別分析（Level of Repair Analysis，簡稱LORA）模塊：主要實現(xiàn)修理級別創(chuàng)建、修理級別分析和決策、LORA分析報告編制等功能。

（9）直接維修成本（Direct Maintenance Costs，簡稱DMC）模塊：主要實現(xiàn)維修項目目標值分析、預(yù)測，子系統(tǒng)成本分析和發(fā)動機運營成本分析等功能。

除維修工程分析核心功能外，平臺還包括標準管理、權(quán)限管理、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)配置、項目管理、質(zhì)量控制、源數(shù)據(jù)管理、文檔管理等功能，實現(xiàn)維修工程分析全過程規(guī)范化、過程監(jiān)控可視化、構(gòu)型與數(shù)據(jù)管理集成化，保證了分析數(shù)據(jù)的完整性、準確性、有效性，最終確保數(shù)據(jù)存儲、傳輸、使用的安全和準確。

2 基于B/S架構(gòu)的平臺開發(fā)和實現(xiàn)

維修工程分析平臺的開發(fā)采用B/S架構(gòu)。該模式可以實現(xiàn)客戶登錄端口的統(tǒng)一管理，并將平臺功能的實現(xiàn)集中到主服務(wù)器中，確保數(shù)據(jù)的安全。采用B/S架構(gòu)還具有功能權(quán)限開放靈活、維護便捷、擴展兼容性良好的優(yōu)勢，便于平臺后期的持續(xù)優(yōu)化。

2.1 平臺的技術(shù)架構(gòu)

維修工程分析平臺基于MVC模式將整個系統(tǒng)分為表示層、業(yè)務(wù)層、基礎(chǔ)架構(gòu)層和數(shù)據(jù)庫層，如圖2所示。

圖2 維修工程分析平臺架構(gòu)Fig.2 Architecture of maintenance engineering analysis platform

各層的實現(xiàn)方式如下：

（1）表示層：采用并列形式展示系統(tǒng)管理、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、維修工程分析等功能模塊，表示層采用形式化表達方式構(gòu)建交互界面，便于維修工程分析人員準確、簡潔地定位分析工作。表示層還包括系統(tǒng)登錄、任務(wù)分派、維修工程會議等工作界面。

（2）業(yè)務(wù)層：是將各分析模塊具體分析方法和算法模型封裝到具體模塊中，結(jié)合工作流程和數(shù)據(jù)驅(qū)動，業(yè)務(wù)層還包括各類分析報告的生成。業(yè)務(wù)層主要包括產(chǎn)品分解、分析工具模塊兩類業(yè)務(wù)。產(chǎn)品分解基于產(chǎn)品型號、構(gòu)型、區(qū)域和功能等對發(fā)動機產(chǎn)品進行候選項分解。分析工具模塊則包括具體的各維修工程分析模塊。

（3）基礎(chǔ)框架層，平臺的中間層：通過軟件工程產(chǎn)品分解模型組件和各類分析數(shù)據(jù)報表等將維修工程人員填寫的信息存儲到數(shù)據(jù)層的表單中?；A(chǔ)框架層實現(xiàn)了工作流引擎、日志組件等基礎(chǔ)功能。

（4）數(shù)據(jù)庫層：采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫和開源大數(shù)據(jù)構(gòu)成，用于存儲平臺中產(chǎn)生的發(fā)動機維修工程分析數(shù)據(jù)，包含發(fā)動機型號信息、構(gòu)型信息、維修需求信息、工程數(shù)據(jù)等。數(shù)據(jù)層還可以通過符合S3000L數(shù)據(jù)庫協(xié)議的各類報表模板、過濾器加工、存儲、輸出標準化、規(guī)格化的維修工程分析數(shù)據(jù)。

2.2 平臺的實現(xiàn)

平臺采用B/S架構(gòu)中較為先進的SPA架構(gòu)開發(fā)，其前后端互相分離。前端使用HTML 5、JavaS‐cript、AngularJS、Bootstrap技術(shù)實現(xiàn)功能，使用瀏覽器作為容器及運行環(huán)境；后端采用符合REST規(guī)范的WebAPI提供微服務(wù)，以HTTP協(xié)議和JSON格式的數(shù)據(jù)與前端進行交互。底層數(shù)據(jù)庫可支持關(guān)系型數(shù)據(jù)Oracle、My SQL、SQLServer和大數(shù)據(jù)平臺Hadoop，也可支持關(guān)系型數(shù)據(jù)庫+大數(shù)據(jù)的復(fù)合架構(gòu)。

平臺采用JAVA語言開發(fā)，技術(shù)路線的設(shè)計思想按照MVC設(shè)計模式，分為三層架構(gòu)，應(yīng)用web服務(wù)層，提供頁面與用戶進行人機交互，javaee層提供后臺邏輯，為前臺頁面提供數(shù)據(jù)支撐。數(shù)據(jù)層采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，對結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進行表存儲。

基于SPA架構(gòu)下開發(fā)的應(yīng)用，具有界面響應(yīng)快、界面美觀、功能易于擴展、支持移動終端等特點。開發(fā)完成的平臺可在不同網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的設(shè)備上進行操作和數(shù)據(jù)處理，滿足了多用戶、多終端的維修工程分析工作需求。通過平臺實施，為維修工程分析人員提供高效率的維修工程分析過程。維修工程分析平臺典型工作界面如圖3所示。

圖3 維修工程分析平臺典型工作界面Fig.3 Interface of platform about engine maintenanceengineering analysis

3 平臺測試和樣例驗證

3.1 測試過程

平臺的功能測試主要包括三大步驟：（1）項目管理測試，（2）候選項管理模塊測試，（3）分析模塊測試（以LSA FMEA模塊為例）。

用戶登錄平臺后，首先進入項目管理界面（如圖4所示），在項目管理中實現(xiàn)如下功能：

圖4 項目管理界面Fig.4 Interface of program management

（1）分析計劃管理、會議計劃管理等功能，全面實現(xiàn)基于分析程序的任務(wù)動態(tài)分配與提醒、計劃動態(tài)定義、任務(wù)完成情況監(jiān)控、行動項定義與監(jiān)控等。

（2）各子功能間應(yīng)建立強關(guān)聯(lián)關(guān)系，實現(xiàn)數(shù)據(jù)集成管理。

（3）項目監(jiān)控功能與候選項管理、會議管理、構(gòu)型管理等功能強關(guān)聯(lián)，能夠有效控制源數(shù)據(jù)、會議、候選項等觸發(fā)的計劃變更。

（4）具有高級篩選功能，具備不同維度、不同利益相關(guān)方及其不同層級的報表輸出功能。

（5）應(yīng)配置適用的維修工程分析工作程序、分析指南等，其中計劃維修需求開發(fā)工作流程應(yīng)基于型號政策與程序手冊等定義。

（6）實現(xiàn)基于流程的角色、權(quán)限定義與變更，實現(xiàn)不同利益相關(guān)方及其不同層級的工作任務(wù)指派與變更。

項目創(chuàng)建成功后，導(dǎo)入對應(yīng)的發(fā)動機產(chǎn)品數(shù)據(jù)以便進行候選項選擇。候選項管理模塊與項目監(jiān)控模塊、維修工程分析各模塊等強關(guān)聯(lián)。候選項分析的功能包括：①實現(xiàn)候選項選擇與分類邏輯、分析活動選擇邏輯的配置及變更；②實現(xiàn)SNS的批量導(dǎo)入，并提供SNS手動修改功能；③實現(xiàn)SNS的候選項選擇與分類，選擇與分類過程符合質(zhì)量管理要求；④實現(xiàn)候選項選擇的分析活動選擇，分析活動選擇過程符合質(zhì)量管理要求；⑤實現(xiàn)候選項變更管理，變更管理符合構(gòu)型管理要求。

候選項選擇完成后，用戶可進入正式的維修工程分析過程，LSA FMEA分析界面如圖5所示。

圖5 LSA FMEA分析界面Fig.5 Interface of module for LSA FMEA

（1）實現(xiàn)基于SNS的LSA系統(tǒng)樹構(gòu)建與手動修改；

（2）實現(xiàn)系統(tǒng)描述內(nèi)容的編制，包括文字與插圖；

（3）實現(xiàn)工程FMEA/FMECA的批量導(dǎo)入與手動修改；

（4）配置綜合保障分析故障模式（Logistic Support Analysis Failure Mode，簡稱LSA FM）定義邏輯，自動生成LSA FM編號，LSA FM與FMEA FM自動關(guān)聯(lián)；

（5）實現(xiàn)LSA FM頻率的自動計算；

（6）實現(xiàn)FM探測能力等級及虛警率等級定義，支持地面支援設(shè)備（Ground Support Equip‐ment，簡稱GSE）需求識別、測試性設(shè)計反饋等。

3.2 基于燃油分配子系統(tǒng)的樣例驗證

以發(fā)動機燃油分配子系統(tǒng)（73-11）為對象在維修工程分析平臺（原型系統(tǒng)）開展工程分析測試。發(fā)動機燃油分配子系統(tǒng)包含五個部件，如圖6所示，分別為燃油泵、燃油過濾模塊、噴油嘴、燃油供給總管和燃油供給管路。

圖6 樣例：燃油控制系統(tǒng)Fig.6 The sample about fuel control system

通過將對應(yīng)的部件設(shè)為候選項，分別開展LSA FMEA分析、MTA分析等工作。

首先，登錄并創(chuàng)建型號項目，然后導(dǎo)入對應(yīng)的發(fā)動機產(chǎn)品型號數(shù)據(jù)?；诋a(chǎn)品結(jié)構(gòu)分解得到可用于維修任務(wù)分析的候選項。

第二步，選擇對應(yīng)的候選項，候選項包括燃油泵、燃油過濾模塊、噴油嘴、燃油供給總管和燃油供給管路，對候選項進行初步分析。

第三步，對燃油分配子系統(tǒng)開展FMEA分析，具體包括：LSA系統(tǒng)樹構(gòu)建、故障模式分組、故障模式探測方法分析、故障模式定位方法分析、報表生成。

第四步，將FMEA分析數(shù)據(jù)導(dǎo)出到MTA，開展MTA分析，將維修任務(wù)分解為作業(yè)步驟進行詳細分析，用以確定各項產(chǎn)品支援工作所需的資源要求，包括維修任務(wù)的確認、任務(wù)編排、工序、工作頻度、建議工時，以及各項工作所需的維修資源（如備件、保障設(shè)備、技術(shù)手冊、維修人員數(shù)量及技術(shù)等級）。

第五步，維修任務(wù)匯總，針對燃油分配子系統(tǒng)不同故障原因?qū)е碌南嗤S修任務(wù)進行匯總。最終得到燃油分配系統(tǒng)的維修任務(wù)匯總清單，如表2所示。

表2 維修任務(wù)匯總Table 2 Summary of maintenance task

4 結(jié) 論

（1）航空發(fā)動機維修工程分析平臺設(shè)計以使用需求和S3000L等規(guī)范為基礎(chǔ)，該平臺的研制表明航空發(fā)動機客戶服務(wù)維修產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)有了重大提升，為發(fā)動機產(chǎn)品全壽命周期的綜合保障數(shù)據(jù)收集、優(yōu)化等工作奠定了良好的信息化基礎(chǔ)。

（2）維修工程分析平臺的設(shè)計工作重點在于在數(shù)據(jù)設(shè)計上應(yīng)符合標準中對各元素的定義。在此基礎(chǔ)上，業(yè)務(wù)方面也需要結(jié)合不同類型的航空發(fā)動機維修工程的分析需求進行細化和定制。

（3）在S系列規(guī)范/標準融合的背景下，維修工程分析的工作成果將作為技術(shù)出版物、航材管理等工作的重要輸入。平臺未來的開發(fā)和優(yōu)化應(yīng)綜合考慮不同業(yè)務(wù)領(lǐng)域所用標準的數(shù)據(jù)交換需求，確保維修工程分析的成果轉(zhuǎn)化更加高效、準確。