田晶，馬小駿，馮蘊(yùn)雯，胡宇強(qiáng)，李陽(yáng)

（1.西北工業(yè)大學(xué) 航空學(xué)院，西安710072）

（2.中國(guó)商用飛機(jī)有限責(zé)任公司 科技委，上海200241）

（3.中航通飛華南飛機(jī)工業(yè)有限公司市場(chǎng)客服中心，珠海519000）

0 引 言

修理級(jí)別分析（Level of Repair Analysis，簡(jiǎn)稱LORA）是飛機(jī)維修工程分析的重要環(huán)節(jié)，維修工程分析中的計(jì)劃維修分析（Scheduled Maintenance Analysis，簡(jiǎn)稱SMA）產(chǎn)生的預(yù)防性維修任務(wù)，以及后勤保障分析相關(guān)的故障模式與影響分析（Logis‐tics Support Analysis Related Failure Modes and Ef‐fects Analysis，簡(jiǎn)稱LSA FMEA）、損傷與特殊事件分析（Damage and Special Events Analysis，簡(jiǎn)稱DSEA）產(chǎn)生的糾正性維修任務(wù)，都要通過(guò)LORA來(lái)決定其是否需要維修、在哪修。

LORA最早由美國(guó)國(guó)防部提出［1］，1993年美國(guó)軍方頒布軍用標(biāo)準(zhǔn)MIL-STD-1390D［2］，該標(biāo)準(zhǔn)給出了系統(tǒng)LORA的任務(wù)描述、具體內(nèi)容等。國(guó)外研究者對(duì)LORA模型建立、算法求解及應(yīng)用進(jìn)行了大量研究，L.Barros等［3］提出了考慮標(biāo)準(zhǔn)生命周期費(fèi)用函數(shù)的修理級(jí)別優(yōu)化方法，并開(kāi)發(fā)了相關(guān)軟件包；G.Gutin等［4］證明LORA問(wèn)題是多項(xiàng)式可解的；B.Taoufik等［5］提出用基于禁忌搜索的混合遺傳算法解決大規(guī)模決策變量問(wèn)題，并以H.Sa‐ranga等［6］給 出 的 算 例進(jìn)行 求 解；S.Thyagarajan等［7］提出了適用于飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)修復(fù)決策過(guò)程的決策模型；M.R.Rawat等［8］提出機(jī)隊(duì)系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)和LORA的聯(lián)合優(yōu)化方法，并采用基于蒙特卡洛仿真的遺傳算法進(jìn)行求解。我國(guó)研究者對(duì)LORA的研究開(kāi)始較晚，吳昊等［9］提出了適用于民用飛機(jī)的三層三級(jí)經(jīng)濟(jì)性LORA模型，并用免疫粒子群法對(duì)模型求解；薛陶等［10］提出了適用于通用多層多級(jí)LORA經(jīng)濟(jì)性模型的LORA決策流概念；賈寶惠等［11-12］研究了針對(duì)民用飛機(jī)的經(jīng)濟(jì)性LORA模型和綜合LORA模型；張帥等［13］、李季穎等［14］針對(duì)艦載機(jī)和艦載航空設(shè)備，分別建立了基于備件短缺數(shù)和模糊層次分析法多因素的LORA模型；王旭［15］、趙大磊等［16］對(duì)導(dǎo)彈彈體設(shè)備的LO‐RA進(jìn)行了研究；何春雨等［17］基于LINGO軟件，開(kāi)展了艦船裝備LORA優(yōu)化分析；饒若曦等［18］、李慧梅等［19］針對(duì)車輛裝備，分別建立了基于綜合權(quán)重確定的非經(jīng)濟(jì)性LORA模型和基于最小費(fèi)用流的經(jīng)濟(jì)性LORA模型。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外的LORA主要針對(duì)民用飛機(jī)、艦載機(jī)、船舶、導(dǎo)彈、車輛等，尚沒(méi)有針對(duì)水陸兩棲飛機(jī)的LORA研究。水陸兩棲飛機(jī)在我國(guó)主要用于森林滅火和海上救援。隨著國(guó)產(chǎn)大型水陸兩棲飛機(jī)AG600的成功首飛，研究水陸兩棲飛機(jī)涉水結(jié)構(gòu)的LORA成了迫切需求。

本文結(jié)合水陸兩棲飛機(jī)初始運(yùn)營(yíng)階段特點(diǎn)，提出適用于水陸兩棲飛機(jī)涉水結(jié)構(gòu)的LORA流程、ELORA模型，并利用算例對(duì)經(jīng)濟(jì)性修理級(jí)別分析進(jìn)行驗(yàn)證。

1 水陸兩棲飛機(jī)涉水結(jié)構(gòu)修理級(jí)別劃分

水陸兩棲飛機(jī)森林滅火和海上救援的任務(wù)模式?jīng)Q定了其民用飛機(jī)的屬性，我國(guó)民用飛機(jī)現(xiàn)在多采用兩級(jí)修理，但由于我國(guó)缺乏大型水陸兩棲飛機(jī)的運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，水陸兩棲飛機(jī)維修保障體系發(fā)展尚不成熟，兩級(jí)修理并不能滿足其維修保障要求。且在水陸兩棲飛機(jī)運(yùn)營(yíng)初期，基地級(jí)維修位于珠海，而我國(guó)森林火災(zāi)多發(fā)地位于黑龍江、云南、甘肅等，采用兩級(jí)修理模式會(huì)因?yàn)檫\(yùn)輸能力有限等影響飛機(jī)出勤率?；谝陨蟽牲c(diǎn)因素，對(duì)水陸兩棲飛機(jī)涉水結(jié)構(gòu)采用三級(jí)修理模式：基層級(jí)、中繼級(jí)和基地級(jí)。

1.1 基層級(jí)

基層級(jí)的實(shí)施條件為機(jī)場(chǎng)停機(jī)坪或停機(jī)庫(kù)。主要工作包括：

（1）完成飛機(jī)航前的預(yù)先準(zhǔn)備工作和起飛前檢查工作、航后的檢查維護(hù)工作。

（2）日常維護(hù)保養(yǎng)，非計(jì)劃的排故維修，故障診斷隔離，進(jìn)行故障航線可更換單元（Line Re‐placeable Unit，簡(jiǎn)稱LRU）的更換。

（3）將故障LRU送中繼級(jí)、基地級(jí)或返廠檢修。

此外，涉水結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期處于高濕、高鹽的環(huán)境中，在基層級(jí)需進(jìn)行大量防腐蝕維護(hù)工作［20-22］：執(zhí)行任務(wù)后，及時(shí)用清水清洗飛機(jī)表面，并用干燥的熱風(fēng)吹干，及時(shí)清除表面的鹽分和油污等；日常維護(hù)時(shí)，盡量不要破壞零件涂層，發(fā)現(xiàn)涂層破壞或有疑似腐蝕時(shí)，及時(shí)修理防護(hù)；排水、防潮、通風(fēng)；涂層體系的保養(yǎng)，若涂層已遭破壞，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行修復(fù)或噴涂脫水防銹劑作暫時(shí)性保護(hù)；密封材料若因自然老化、高壓沖洗等原因遭到破壞，要及時(shí)進(jìn)行更換和填充；在外場(chǎng)腐蝕防護(hù)中，要定期檢查活動(dòng)接頭、摩擦表面、軸承和操縱鋼索等的潤(rùn)滑油脂是否充分。特別是飛機(jī)沖洗后，注意這些部位的再潤(rùn)滑問(wèn)題，油箱微生物沉積的預(yù)防與去除工作等。

1.2 中繼級(jí)

中繼級(jí)的實(shí)施條件為在指定的有CCAR-145部維修資質(zhì)的修理廠或航空維修公司車間/廠房?jī)?nèi)［23］。主要修理工作包括：

（1）可兼顧完成基層級(jí)所有工作。

（2）完成將故障隔離到內(nèi)場(chǎng)可更換單元（Shop Replaceable Unit，簡(jiǎn)稱SRU）的診斷、檢測(cè)工作。

（3）完成故障SRU的更換。

（4）將故障SRU送基地級(jí)或返廠維修。

（5）故障LRU的修復(fù)、測(cè)試、檢驗(yàn)。

（6）將修好的LRU送基層級(jí)裝機(jī)或作備件。

1.3 基地級(jí)

基地級(jí)的實(shí)施條件為在飛機(jī)制造（總裝）廠或有CCAR-145部維修資質(zhì)的飛機(jī)大修廠/航空維修公司車間/廠房?jī)?nèi)。基層級(jí)修理的主要工作包括：

（1）可兼顧完成基層級(jí)、中繼級(jí)所有工作。

（2）完成飛機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)和主要機(jī)載設(shè)備翻修期的工作，以及SRU的修復(fù)與檢測(cè)。

2 水陸兩棲飛機(jī)涉水結(jié)構(gòu)LORA

2.1 LORA流程

水陸兩棲飛機(jī)涉水結(jié)構(gòu)LORA流程如圖1所示。

圖1 水陸兩棲飛機(jī)涉水結(jié)構(gòu)LORA流程圖Fig.1 Amphibious aircraft wading structure LORA flow chart

（1）確定待分析產(chǎn)品清單

在確定待分析產(chǎn)品清單時(shí)，需要將水陸兩棲飛機(jī)涉水結(jié)構(gòu)按功能劃分為分系統(tǒng)、部組件、零件。其中分系統(tǒng)的故障是由部組件的故障引起，部組件的故障由零件引起。對(duì)涉水結(jié)構(gòu)的劃分如圖2所示。

圖2 水陸兩棲飛機(jī)涉水結(jié)構(gòu)組成及修理層次劃分Fig.2 Composition of amphibious aircraft wading structure and classification of repair levels

劃分好的涉水結(jié)構(gòu)分系統(tǒng)、部組件、零件均為L(zhǎng)ORA待分析產(chǎn)品。其中，不可修復(fù)或可消耗的零件（如螺母，螺栓或墊圈）不會(huì)增加分析的價(jià)值，因此不包括在內(nèi)。

（2）非經(jīng)濟(jì)性LORA

在進(jìn)行LORA時(shí)，首先對(duì)涉水結(jié)構(gòu)待分析產(chǎn)品進(jìn)行非經(jīng)濟(jì)性LORA，非經(jīng)濟(jì)性LORA考慮以下六個(gè)因素：法規(guī)、戰(zhàn)備完好性和任務(wù)成功性、維修設(shè)施、裝卸與運(yùn)輸、保障設(shè)備、人力和人員，對(duì)涉水結(jié)構(gòu)的每個(gè)待分析產(chǎn)品，用以上非經(jīng)濟(jì)性因素進(jìn)行邏輯決斷，確定初步修理方案。進(jìn)行邏輯決斷時(shí)應(yīng)盡量結(jié)合LSA FMECA方面已有的工作成果。對(duì)于較簡(jiǎn)單的預(yù)防性維修工作，如保養(yǎng)、日常檢測(cè)、腐蝕防護(hù)等都是在基層級(jí)完成的。當(dāng)非經(jīng)濟(jì)性分析不能確定唯一修理級(jí)別時(shí)，必須再進(jìn)一步通過(guò)ELORA確定修理選項(xiàng)。

2.2 ELORA

對(duì)不能從非經(jīng)濟(jì)性分析判斷修理級(jí)別的產(chǎn)品，需繼續(xù)進(jìn)行LORA判斷最佳修理級(jí)別。在進(jìn)行涉水結(jié)構(gòu)ELORA時(shí)，對(duì)每個(gè)待分析產(chǎn)品，需先收集經(jīng)濟(jì)性分析數(shù)據(jù)，將其作為輸入量代入ELO‐RA模型，從而計(jì)算得出修理選項(xiàng)結(jié)果。

2.2.1 ELORA費(fèi)用數(shù)據(jù)

涉水結(jié)構(gòu)ELORA費(fèi)用數(shù)據(jù)包含七大類：備件費(fèi)用、設(shè)施費(fèi)用、人員費(fèi)用、資料費(fèi)用、材料費(fèi)用、保障設(shè)備費(fèi)用、送修產(chǎn)品的運(yùn)輸與包裝費(fèi)用。七大類費(fèi)用計(jì)算公式及其輸入量說(shuō)明如表1所示。

表1 涉水結(jié)構(gòu)ELORA數(shù)據(jù)輸入表Table 1 ELORA input data table for wading structure

2.2.2 ELORA模型

以費(fèi)用最佳為原則建立水陸兩棲飛機(jī)涉水結(jié)構(gòu)ELORA數(shù)學(xué)模型。

式中：e=1為中繼級(jí)修理，e=2為基地級(jí)修理，e=3為報(bào)廢；XS為L(zhǎng)RU集合；Γx為部件x的子部集合；Ce，x為部件x選擇修理選項(xiàng)e的修理費(fèi)用；Ce，y為部件y選擇修理選項(xiàng)e的修理費(fèi)用。

目標(biāo)函數(shù)使所有待分析產(chǎn)品的修理總費(fèi)用最少；約束條件（2）、（3）限制了產(chǎn)品、子產(chǎn)品一定有修理選項(xiàng)，約束條件（4）限制了產(chǎn)品在基地級(jí)修理，則子產(chǎn)品不可能在中繼級(jí)修理。

在計(jì)算各修理級(jí)別修理費(fèi)用時(shí)，待分析產(chǎn)品在中繼級(jí)修理的費(fèi)用為

3 算 例

以水陸兩棲飛機(jī)涉水艙門上的接近開(kāi)關(guān)（LRU）及其子部件（SRU1）為例進(jìn)行ELORA，ELORA計(jì)算的輸入?yún)⒖寄澈娇展绢愃芁RU的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，如表2~表8所示。

表2 備件費(fèi)用計(jì)算相關(guān)輸入Table 2 Input data related to spare parts cost

表3 人員費(fèi)用計(jì)算相關(guān)輸入Table 3 Input data related to people cost

表4 保障設(shè)備費(fèi)用計(jì)算相關(guān)輸入T able 4 Input data related to support equipment cost

表8 材料費(fèi)用計(jì)算相關(guān)輸入Table 8 Input data related to material cost

表5 送修的運(yùn)輸包裝費(fèi)用計(jì)算相關(guān)輸入Table 5 Input data related to transportation and packing cost

表6 設(shè)施費(fèi)用計(jì)算相關(guān)輸入Table 6 Input data related to facility cost

表7 資料費(fèi)用計(jì)算相關(guān)輸入Table 7 Input data related to document cost

將以上數(shù)據(jù)代入ELORA模型，得到待分析產(chǎn)品在中繼級(jí)、基地級(jí)的修理費(fèi)用以及報(bào)廢費(fèi)用，計(jì)算結(jié)果如表9所示。

表9 經(jīng)濟(jì)性修理級(jí)別分析計(jì)算結(jié)果Table 9 Result of ELORA

從經(jīng)濟(jì)性角度出發(fā)，待分析產(chǎn)品LRU和SRU 1應(yīng)在中繼級(jí)進(jìn)行修理，這和接近開(kāi)關(guān)類似LRU在實(shí)際修理中的修理級(jí)別一致，說(shuō)明本文研究具有工程適用性。

4 結(jié) 論

（1）本文提出的適用于涉水結(jié)構(gòu)三級(jí)修理模式及涉水結(jié)構(gòu)的LORA流程，能夠滿足我國(guó)大型水陸兩棲飛機(jī)初期運(yùn)營(yíng)的維修保障要求。

（2）確定的涉水結(jié)構(gòu)ELORA模型應(yīng)用于涉水結(jié)構(gòu)是可行的，本文的研究可以為水陸兩棲飛機(jī)涉水結(jié)構(gòu)LORA的研究提供參考。