何宇廷

（空軍工程大學(xué)航空工程學(xué)院，西安 710038）

0 引言

飛行器作為一種復(fù)雜的裝備，為了保障其安全可靠經(jīng)濟(jì)地服役使用，引入了通用質(zhì)量特性參數(shù)如可靠性、維修性、保障性、測試性、安全性等對飛行器在服役使用過程中所表現(xiàn)出來的固有質(zhì)量特性進(jìn)行定量描述，并希望通過對通用質(zhì)量特性參數(shù)提出定量要求的方法來對飛行器進(jìn)行質(zhì)量管理，以避免飛行器在服役使用過程中的災(zāi)難性事故的發(fā)生。盡管航空航天技術(shù)在不斷進(jìn)步，但事故總是與飛行器相伴，成為人類航空航天活動(dòng)揮之不去的夢魘。例如，2007年11月2日，美軍F-15戰(zhàn)機(jī)由于機(jī)身大梁結(jié)構(gòu)疲勞斷裂，最終導(dǎo)致其在空中飛行時(shí)解體；2015年7月28日，從北京首都國際機(jī)場起飛的美國波音787客機(jī)，在飛越北京上空冰雹區(qū)時(shí)駕駛艙擋風(fēng)玻璃受損嚴(yán)重，被迫折返并于同日返回北京首都機(jī)場；2018年5月14日，從成都雙流機(jī)場飛往拉薩的3U8633航班A319客機(jī)，飛行中駕駛艙右座風(fēng)擋玻璃脫落，副駕駛受傷，機(jī)組人員緊急下降后，成功返航；2020年4月26日，價(jià)值約2.9億元的灣流G550私人飛機(jī)在成都雙流機(jī)場停放期間，因場外事故導(dǎo)致的碎裂件飛入場內(nèi)，砸中灣流飛機(jī)機(jī)翼，造成飛機(jī)嚴(yán)重受損。這些事故不僅導(dǎo)致飛機(jī)受損嚴(yán)重，而且修復(fù)時(shí)間與經(jīng)濟(jì)代價(jià)帶來的損失也非常顯著。

這些情況反映了一個(gè)不爭的事實(shí)，那就是飛行器已有的各個(gè)通用質(zhì)量特性，它們都是從某一個(gè)側(cè)面反映服役過程中飛行器在某個(gè)方面的質(zhì)量特性。即使在設(shè)計(jì)中對它們都做出了詳細(xì)要求，也不能保證飛行器在整個(gè)服役使用過程中表現(xiàn)出很高的綜合質(zhì)量特性。特別地，有些通用質(zhì)量特性在工程設(shè)計(jì)方法上有著相互矛盾的要求，在實(shí)際工作中無法實(shí)施。例如，高可靠性的要求，對于飛行器結(jié)構(gòu)來說就要求大量采用一體化、整體化結(jié)構(gòu)形式以減少疲勞薄弱部位；而高修復(fù)性的要求，對于飛行器結(jié)構(gòu)來說又要求大量采用模塊化、組合化結(jié)構(gòu)形式以便在結(jié)構(gòu)遭遇意外損傷或者戰(zhàn)傷的情況下能夠?qū)崿F(xiàn)快速、經(jīng)濟(jì)地修復(fù)。顯然，這在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中是相互矛盾的要求，也就無法魚與熊掌兼得了。

通俗地說，裝備的功能是指裝備能完成什么樣的任務(wù)，發(fā)揮什么樣的作用。裝備實(shí)現(xiàn)功能的能力稱為性能，主要以技術(shù)特性等來體現(xiàn)。裝備的質(zhì)量（Quality）就是裝備的品質(zhì)，反映裝備滿足明確或隱含需要能力的特性總和，或者說是裝備在實(shí)現(xiàn)功能的過程中所表現(xiàn)出來的固有特性滿足要求的程度。用戶對飛行器的要求就是要在整個(gè)服役使用過程中功能完善、性能穩(wěn)定、使用方便、經(jīng)久耐用。顯然，飛行器在整個(gè)服役使用過程中的質(zhì)量好壞應(yīng)該應(yīng)用綜合性更強(qiáng)的質(zhì)量特性參數(shù)來反映。何宇廷等給出了軍用飛機(jī)作戰(zhàn)完整性（Aerocraft Operational Integrity，簡 稱AOI）的 概念。實(shí)際上，可以進(jìn)一步將軍用飛機(jī)作戰(zhàn)完整性的概念應(yīng)用于所有飛行器，稱其為飛行器服役完整性，只不過對于軍用飛行器更習(xí)慣稱之為飛行器作戰(zhàn)完整性。飛行器的服役（作戰(zhàn)）完整性表示飛行器在服役（作戰(zhàn)）使用全過程中保持完好和功能不退化的固有屬性。如果功能滿足要求，便于使用的飛行器在整個(gè)服役（作戰(zhàn)）使用過程中能夠保持完好和功能不退化，自然也就滿足了飛行器要求其在整個(gè)服役使用過程中的功能完善、性能穩(wěn)定、使用方便、經(jīng)久耐用的要求。因此，可用飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性來對飛行器在服役（作戰(zhàn)）過程中的質(zhì)量特性進(jìn)行更綜合地表征。

飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性是在飛行器設(shè)計(jì)制造時(shí)賦予、服役使用過程中保持、全壽命周期內(nèi)體現(xiàn)出來的飛行器的固有屬性。本文對飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的提出過程、概念內(nèi)涵、表征控制以及持續(xù)發(fā)展等方面進(jìn)行綜述，以期將飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的基本概念和相關(guān)結(jié)論推廣應(yīng)用于其他軍民用裝備領(lǐng)域。

1 飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的提出與概念

1.1 裝備服役（作戰(zhàn)）完整性的提出

完整性（Integrity）一詞的原意是“保持完整且未分裂的狀態(tài)”。事實(shí)上，人們對完整性的認(rèn)識是從結(jié)構(gòu)開始的。有了結(jié)構(gòu)的失效問題就有了對結(jié)構(gòu)完整性的要求，結(jié)構(gòu)完整性可追溯到20世紀(jì)50年代。1954年彗星號客機(jī)連續(xù)兩次墜入大海，使人們認(rèn)識到了飛機(jī)結(jié)構(gòu)疲勞的危害，促使了飛機(jī)結(jié)構(gòu)完整性概念的出現(xiàn)；同年，美國軍方頒布的軍用標(biāo)準(zhǔn)MIL-S-5710和MIL-S-5711，明確提出了飛機(jī)結(jié)構(gòu)完整性的地面與飛行試驗(yàn)驗(yàn)證，這也是在美軍標(biāo)中首次出現(xiàn)“飛機(jī)結(jié)構(gòu)完整性（Aircraft Structural Integrity）”的 提 法；1956年，《美 國空軍詞典》中第一次給出了“結(jié)構(gòu)完整性”的定義：飛機(jī)結(jié)構(gòu)抵抗設(shè)計(jì)載荷的屬性；美國空軍于1959年2月頒布了第一部正式的《飛機(jī)結(jié)構(gòu)完整性大綱》（ASIP），引入了抗疲勞設(shè)計(jì)理念，突破了原有的結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度設(shè)計(jì)思想，產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍。美軍最新版的飛機(jī)結(jié)構(gòu)完整性大綱是2016年發(fā)布的MIL-STD-1530D。我國的飛機(jī)結(jié)構(gòu)完整性大綱是GJB 775.A—2012，目前正在改版中，給出了結(jié)構(gòu)完整性的概念是指在要求的耐久性、安全性、結(jié)構(gòu)能力和保障性水平下，結(jié)構(gòu)保持完好及功能未受到削弱時(shí)所處的狀態(tài)。2021年，英國TWI咨詢公司提出：結(jié)構(gòu)完整性是工程學(xué)領(lǐng)域，結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)部件能滿足正常服役條件下的要求并且是安全的，甚至在超過原來設(shè)計(jì)要求的條件下也是安全的，包括在可預(yù)見的壽命周期內(nèi)支撐重量，防止變形、斷裂和災(zāi)難性失效等。隨著認(rèn)識的發(fā)展，結(jié)構(gòu)完整性的概念也是在不斷發(fā)展豐富的。同時(shí)，從最初的飛機(jī)結(jié)構(gòu)完整性被提出后，又相繼提出了發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)完整性、航空電子設(shè)備完整性、機(jī)械設(shè)備完整性以及武器系統(tǒng)完整性和推進(jìn)系統(tǒng)完整性等概念，并制定了相應(yīng)的規(guī)范。完整性已成為裝備/系統(tǒng)的一種固有屬性。

然而，對于裝備來說，即使結(jié)構(gòu)或者某一個(gè)系統(tǒng)在裝備的整個(gè)服役（作戰(zhàn)）使用過程中都能保持其完整性，如果其他系統(tǒng)發(fā)生故障，裝備也同樣不能正常使用。因此，何宇廷提出了裝備完整性的概念，其是裝備保持完好及功能不退化的一種固有屬性。從全壽命周期的角度來看，依據(jù)對裝備戰(zhàn)術(shù)、技術(shù)指標(biāo)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)得到設(shè)計(jì)圖紙，依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙生產(chǎn)制造得到產(chǎn)品，儲存的產(chǎn)品交付給用戶成為真正意義上的裝備，裝備在服役（作戰(zhàn)）使用中發(fā)揮其功能特性，如圖1所示。

圖1 裝備的全壽命周期特性Fig.1 Features along the life cycle time of equipment

可見裝備的功能特性是在設(shè)計(jì)中賦予、在制造中實(shí)現(xiàn)、在服役中保持的。相應(yīng)的，裝備的完整性依據(jù)其全壽命周期的不同階段可以劃分為裝備制造完整性、裝備儲存完整性和裝備服役完整性（對于軍用裝備通常又稱為裝備作戰(zhàn)完整性）。裝備制造完整性是裝備在制造過程中實(shí)現(xiàn)完整及規(guī)定功能特性的屬性；裝備儲存完整性是裝備在儲存過程中保持完好及功能不退化的屬性；裝備服役（作戰(zhàn)）完整性是裝備在服役（作戰(zhàn)）使用過程中保持完好及功能不退化的屬性。如果裝備制造完整性不好，則生產(chǎn)的產(chǎn)品廢品率較高；如果裝備儲存完整性不好，則產(chǎn)品在儲存期內(nèi)失效或功能性能退化的幾率較高；如果裝備服役（作戰(zhàn)）完整性不好，則裝備在服役（作戰(zhàn)）使用過程中失效或功能性能退化的幾率較高。由于用戶最關(guān)心的是裝備在服役（作戰(zhàn)）使用過程中的表現(xiàn)，因此裝備服役（作戰(zhàn)）完整性成為了研究的重點(diǎn)。由于所有裝備都具有服役（作戰(zhàn)）完整性，因此，服役（作戰(zhàn)）完整性也可以看成是裝備的另一個(gè)具有綜合性的通用質(zhì)量特性。

在分析研究裝備服役（作戰(zhàn)）完整性時(shí)，必須分析裝備的主要服役（作戰(zhàn)）使用流程。以軍用裝備為例，其流程可以概括為：裝備集結(jié)，裝備出動(dòng)，裝備開赴，裝備進(jìn)入（戰(zhàn)場），裝備作戰(zhàn)，裝備撤離（戰(zhàn)場），裝備返回。而后裝備再集結(jié)進(jìn)入下一個(gè)作戰(zhàn)使用循環(huán)，直至戰(zhàn)斗結(jié)束，如圖2所示。

圖2 裝備作戰(zhàn)使用各階段對裝備特性的要求［20］Fig.2 Requirement of characteristics in whole operational processes of equipment［20］

裝備服役（作戰(zhàn)）完整性就是要求裝備在整個(gè)作戰(zhàn)使用循環(huán)中保持裝備的完好以及功能不受到削弱。要保持裝備服役（作戰(zhàn)）完整性，就需要裝備的各個(gè)特性滿足要求，特別是在裝備服役（作戰(zhàn)）使用各個(gè)階段的一些關(guān)鍵核心特性要滿足要求。例如，在裝備集結(jié)階段，首先就是要有足夠可用的裝備，這就對裝備的耐久性（通常以裝備的耐久性壽命來表征）提出了直接的要求。如果裝備的耐久性差、壽命短，裝備很快到壽退役，發(fā)生嚴(yán)重的“補(bǔ)不抵退”情況，部隊(duì)裝備出現(xiàn)大量的數(shù)量缺口，也就沒有裝備進(jìn)行集結(jié)了。同理，裝備在出動(dòng)階段的保障性，裝備在向前線開進(jìn)過程中的安全性，裝備在進(jìn)入作戰(zhàn)戰(zhàn)場時(shí)的完成任務(wù)的能力以及裝備在作戰(zhàn)階段的生存力（也翻譯為“生存性”），裝備在撤離戰(zhàn)場階段的生存力和裝備在撤離戰(zhàn)場返回基地后的修復(fù)性等特性指標(biāo)也都顯得至關(guān)重要了。同時(shí)，在現(xiàn)代作戰(zhàn)環(huán)境下，裝備及系統(tǒng)的電磁兼容性、體系兼容性等也顯得非常重要。

因此，裝備的服役（作戰(zhàn)）完整性還可以給出另外兩種定義：裝備在服役（作戰(zhàn)）使用過程中保持完好及功能未受到削弱的狀態(tài)；裝備在服役（作戰(zhàn)）使用過程中，在要求的耐久性、保障性、安全性、任務(wù)能力、生存力、修復(fù)性、電磁兼容性以及體系兼容性等水平下，保持完好及功能未受到削弱的能力。實(shí)際上，裝備的靜態(tài)屬性反映裝備的狀態(tài)，而裝備的動(dòng)態(tài)屬性反映裝備的能力。例如飛行器的靜穩(wěn)定性反映的是飛行器是否保持穩(wěn)定的狀態(tài)，而動(dòng)穩(wěn)定性反映的是飛行器受到擾動(dòng)后恢復(fù)穩(wěn)定狀態(tài)的能力；結(jié)構(gòu)在靜載荷作用下的靜強(qiáng)度問題本質(zhì)上就是反映結(jié)構(gòu)是否處于不破壞狀態(tài)的問題，而在動(dòng)態(tài)的交變載荷作用下的疲勞強(qiáng)度問題則是反映結(jié)構(gòu)在多長壽命期內(nèi)能夠保持不破壞狀態(tài)的能力問題。因此，這里的裝備的服役（作戰(zhàn)）完整性的第一種表述也可以看作是裝備的靜態(tài)服役（作戰(zhàn)）完整性的概念，而第二種表述則可以看作是裝備的動(dòng)態(tài)服役（作戰(zhàn)）完整性的概念。

1.2 飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的基本概念

飛行器作為一種復(fù)雜裝備，在軍民用領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。同樣，完整性被認(rèn)為是飛行器質(zhì)量的反映。在工程實(shí)際中，用戶最為關(guān)注的是飛行器在服役（作戰(zhàn)）使用過程中的表現(xiàn)?？紤]到飛行器的特殊性，飛行器的質(zhì)量特性包括氣動(dòng)特性、平臺特性和電磁特性，飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性包括飛行器在服役（作戰(zhàn)）使用過程中的氣動(dòng)完整性、平臺完整性和電磁完整性。為了更綜合地反映飛行器在服役（作戰(zhàn)）使用過程中的質(zhì)量特性，類似地可以得到飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性及其基本概念的三種不同表述：飛行器在服役（作戰(zhàn)）使用過程中保持完好及功能不退化的屬性；飛行器在服役（作戰(zhàn)）使用過程中保持完好及功能未受到削弱的狀態(tài)；飛行器在服役（作戰(zhàn)）使用過程中，在要求的耐久性、保障性、安全性、氣動(dòng)能力、任務(wù)能力、生存力、修復(fù)性、電磁兼容性和體系兼容性等水平下，保持完好及功能未受到削弱的能力。在通常情況下，針對飛行器平臺而言，氣動(dòng)能力與電磁兼容性等單列研究，不包括在內(nèi)。第二種表述也可以看作是飛行器的靜態(tài)服役（作戰(zhàn)）完整性的概念，而第三種表述則可以看作是飛行器的動(dòng)態(tài)服役（作戰(zhàn)）完整性的概念。

2 飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的內(nèi)涵與特性

2.1 飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的基本內(nèi)涵

從飛行器完成服役（作戰(zhàn)）任務(wù)的角度出發(fā)，飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性能更綜合地反映飛行器在整個(gè)服役（作戰(zhàn)）使用過程中的質(zhì)量特性。對于軍用飛行器，其服役（作戰(zhàn)）使用過程包括作戰(zhàn)任務(wù)的準(zhǔn)備階段（即訓(xùn)練階段）、執(zhí)行階段和后續(xù)持續(xù)完成作戰(zhàn)任務(wù)階段。如果飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性差，也就是更綜合地表明飛行器質(zhì)量特性差，在整個(gè)服役（作戰(zhàn)）使用過程中不能保持飛行器隨時(shí)處于完好狀態(tài)或者處于故障、損傷狀態(tài)時(shí)不能及時(shí)恢復(fù)其完好狀態(tài)，當(dāng)然也就不能發(fā)揮其功能作用。因此，影響飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的主要通用質(zhì)量特性如耐久性（綜合反映可靠性與經(jīng)濟(jì)性）、保障性、安全性、承載能力、生存性、修復(fù)性以及它們的綜合影響等成為主要研究內(nèi)容。如果這些特性較差，將直接導(dǎo)致飛行器不能有效地用于完成作戰(zhàn)任務(wù)，也將直接導(dǎo)致飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性差，其關(guān)系可以概略地表示如圖3所示。

圖3 飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性差的體現(xiàn)Fig.3 Expression of weak aerocraft operational integrity（AOI）

2.2 飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的基本特性

飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的基本特性可以概括為客觀性、相對性、隨機(jī)性和可控性。飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的客觀性是指飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性是客觀存在的一種飛行器的屬性，其可以通過特別的設(shè)計(jì)制造方法獲得，并可以通過某些方法手段去度量。飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的相對性是指飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性是與飛行器承擔(dān)的作訓(xùn)任務(wù)和服役環(huán)境相對應(yīng)，如果不對飛行器承擔(dān)的作訓(xùn)任務(wù)和服役環(huán)境進(jìn)行限定，則無法對飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性進(jìn)行有效地描述與表征。飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的隨機(jī)性是指由于飛行器的質(zhì)量特性、承擔(dān)任務(wù)和服役環(huán)境的隨機(jī)性導(dǎo)致飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性也具有隨機(jī)特性。飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的可控性是指，由于飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性是飛行器的一個(gè)固有屬性，因此從飛行器設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)和使用過程中總是可以通過一系列措施對其實(shí)施控制，使其在飛行器的服役（作戰(zhàn)）使用過程中得到實(shí)現(xiàn)、維持和增長。

同其他裝備一樣，飛行器也具有服役（作戰(zhàn)）完整性、服役（作戰(zhàn)）適用性與服役（作戰(zhàn)）效能三個(gè)頂層基本屬性，分別反映飛行器在整個(gè)服役（作戰(zhàn)）使用過程中“能用”“好用”“管用”的程度，如圖4所示，可以看出：飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性是飛行器在服役（作戰(zhàn)）使用過程中更綜合的質(zhì)量特性的反映，也就是反映飛行器是否“能用”的問題。

圖4 飛行器的三個(gè)頂層基本屬性Fig.4 The top three basic attributes of aerocraft

GJB 451A—2005《可靠性維修性保障性術(shù)語》給出了裝備作戰(zhàn)適用性的定義，類似地也可以得到飛行器作戰(zhàn)適用性的定義，其核心是反映飛行器令人滿意地投入外場使用的程度?？梢?，飛行器作戰(zhàn)適用性就是反映飛行器是否適合外場方便使用的問題。飛行器服役（作戰(zhàn)）效能是指飛行器在具有代表性的規(guī)定的人員使用下，在計(jì)劃規(guī)定的或者預(yù)期的服役使用環(huán)境中（包括自然環(huán)境、電磁環(huán)境、戰(zhàn)場威脅等）完成規(guī)定任務(wù)的總體程度。飛行器服役（作戰(zhàn)）效能考慮的因素有編制、原則、戰(zhàn)術(shù)、敵方威脅等，其核心是反映飛行器完成規(guī)定任務(wù)的程度，也就是反映飛行器在服役（作戰(zhàn)）使用過程中是否管用的問題。

從上述分析可以看出，飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性是飛行器服役（作戰(zhàn)）適用性與飛行器服役（作戰(zhàn)）效能發(fā)揮的基礎(chǔ)，體現(xiàn)飛行器在服役（作戰(zhàn)）使用過程中更綜合的質(zhì)量特性，是通過飛行器設(shè)計(jì)賦予，制造實(shí)現(xiàn)，試驗(yàn)考核，并在服役（作戰(zhàn)）使用中維持或者增長的飛行器的基本屬性。飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性反映的是飛行器在服役（作戰(zhàn)）使用過程中是否“能用”的程度。

3 飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的表征與優(yōu)化

3.1 飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的表征

在實(shí)際工作中，飛行器的服役（作戰(zhàn)）完整性可以用三個(gè)指標(biāo)來度量表征。對于飛行器機(jī)群而言，飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性可以用飛行器的固有完好率來直觀反映。飛行器的固有完好率是指在規(guī)定條件下（包括使用環(huán)境、管理水平、保障條件等）機(jī)隊(duì)某型飛行器在某時(shí)刻處于完好狀態(tài)（或可以正常工作狀態(tài)）的數(shù)量與機(jī)隊(duì)某型飛行器總數(shù)量的比值，其可以用表示。實(shí)際上，飛行器的固有完好率的數(shù)值在平時(shí)和戰(zhàn)時(shí)可能是完全不一樣的。

式中：為飛行器的固有完好率（Inherent Readiness Rate，簡稱IRR）；為機(jī)隊(duì)中處于完好狀態(tài)的飛行器的數(shù)量；為機(jī)隊(duì)中飛行器的總數(shù)量。

對于單架飛行器而言，飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性可以用飛行器的固有健康度()來表征。飛行器的固有健康度是指飛行器在規(guī)定條件下保持完好（或正常工作）、功能未減弱的程度。

式中：為時(shí)間參數(shù)；()為以時(shí)間為變量的飛行器的固有健康度（Inherent Healthy Degree），在0～1之間取值；()為飛行器工作時(shí)的真實(shí)損傷程度；()為飛行器失效時(shí)的臨界損傷程度。

飛行器的整機(jī)損傷程度可以由組成飛行器的各個(gè)系統(tǒng)中最嚴(yán)重的某一個(gè)系統(tǒng)的損傷程度來代表，也可以由修復(fù)飛行器所需的總體維修工時(shí)或者維修費(fèi)用來間接表征。

根據(jù)單機(jī)的健康度()可以計(jì)算出機(jī)群的完好率。一般飛行器健康度的不同范圍可以將飛行器的健康狀態(tài)劃分為不健康狀態(tài)、亞健康狀態(tài)和健康狀態(tài)。飛行器在不健康狀態(tài)需要馬上進(jìn)行修理，在亞健康狀態(tài)需要制定修理計(jì)劃為修理工作做準(zhǔn)備，在健康狀態(tài)時(shí)則不需要修理工作。可以認(rèn)為，飛行器處于健康狀態(tài)和亞健康狀態(tài)時(shí)，能正常工作，即飛行器處于完好狀；而當(dāng)飛行器處于不健康狀態(tài)時(shí)，不能正常工作，即飛行器處于不完好狀。因此，可以得到機(jī)群中不完好飛行器與完好飛行器的數(shù)量，進(jìn)而求得機(jī)群飛行器的完好率?？梢姡w行器的完好率與健康度本質(zhì)上是相通的。

飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性還可以用飛行器服役（作戰(zhàn)）完整度來進(jìn)行表征。飛行器服役（作戰(zhàn)）完整度即為在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)、規(guī)定的條件下，飛行器執(zhí)行規(guī)定任務(wù)時(shí)，飛行器可以保持完好及功能未受到削弱的概率，其也可以用飛行器完好度、可用度、安全度、存活率、生存率和修復(fù)度等來綜合表征。其中，飛行器在服役（作戰(zhàn)）使用過程中的氣動(dòng)完整性（或稱為飛行器氣動(dòng)服役（作戰(zhàn)）完整性）、體系兼容性和電磁完整性（或稱為飛行器電磁服役（作戰(zhàn)）完整性）影響上述相應(yīng)的參數(shù)。飛行器服役（作戰(zhàn)）完整度可以初步表示為

式中；為規(guī)定的時(shí)間；為飛行器可以正常服役使用及功能未受到削弱的時(shí)間；為飛行器的完好度，進(jìn)一步可以得到飛行器的損傷度=1-，其是飛行器在達(dá)到規(guī)定時(shí)間時(shí)所產(chǎn)生的耐久性損傷的表征；為飛行器的可用度，是指在一定的保障水平（人員、設(shè)備和備件等）下飛行器的可用程度；為飛行器的安全度，是飛行器安全性的概率表征；為飛行器的存活率，是飛行器可承受的負(fù)荷大于等于飛行器實(shí)際承受的負(fù)荷時(shí)而不會引發(fā)飛行器發(fā)生失效破壞的概率，也可以相應(yīng)地得到飛行器的失效破壞率=1-；為飛行器的生存率，是飛行器生存性（或生存力）的概率表征；為飛行器的修復(fù)度（或稱為恢復(fù)度），是飛行器修復(fù)性的概率表征。

飛行器的完好度、可用度、安全度、存活率、生存率和修復(fù)度之間的相互影響關(guān)系非常復(fù)雜。為了分析的簡便性，飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性也可以簡單地用式（4）表示。

在上述飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的三個(gè)表征指標(biāo)中，也可以認(rèn)為前兩個(gè)指標(biāo)表征了飛行器的靜態(tài)服役（作戰(zhàn)）完整性，后一個(gè)指標(biāo)表征了飛行器的動(dòng)態(tài)服役（作戰(zhàn)）完整性。

3.2 飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的優(yōu)化

從飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的度量表征模型可以看出，飛行器的耐久性、保障性、安全性、承載能力、生存力和修復(fù)性等嚴(yán)重影響飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性。飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性存在明顯的“木桶效應(yīng)”。在影響飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的各項(xiàng)特性參數(shù)中只要其中一項(xiàng)很差，那么飛行器的服役（作戰(zhàn)）完整性就會受到嚴(yán)重的影響。極端的情況，如果某個(gè)特性參數(shù)取值為零，將導(dǎo)致飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的值也為零。通常情況下，飛行器的裝備資源（包括裝備經(jīng)費(fèi)、裝備設(shè)計(jì)水平、裝備保障能力等）總是一定的，可以通過合理的資源調(diào)控和飛行器特性指標(biāo)的合理設(shè)定，使得飛行器的、、、、和等參數(shù)指標(biāo)相互協(xié)調(diào)，從而使飛行器服役（作戰(zhàn)）完整度達(dá)到最高值，實(shí)現(xiàn)飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的最優(yōu)化。

4 飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的控制原理

4.1 飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性控制的概念

針對裝備的服役（作戰(zhàn)）完整性控制問題，何宇廷進(jìn)行了初步討論。飛行器作為一款復(fù)雜裝備，可以對其服役（作戰(zhàn)）完整性控制問題進(jìn)行類似的討論。飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性控制，就是在飛行器的設(shè)計(jì)/制造和服役/使用過程中為達(dá)到既定的服役（作戰(zhàn)）完整性目標(biāo)而開展的一系列活動(dòng)過程的總稱，其本質(zhì)是對飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的調(diào)整控制過程。

為了實(shí)現(xiàn)飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的既定目標(biāo)，對飛行器開展的設(shè)計(jì)優(yōu)化、工藝優(yōu)化、裝備改裝、飛行器定/延壽、全機(jī)試驗(yàn)考核評估、單機(jī)壽命監(jiān)控（跟蹤）、修理措施與計(jì)劃調(diào)整、故障預(yù)測與健康管理、裝備更改（如部件修理、部件加強(qiáng)、部件更換等）、裝備服役/使用計(jì)劃調(diào)整、空/地勤人員培訓(xùn)與演練等工作本質(zhì)上都屬于飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的控制活動(dòng)。

4.2 飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性控制的內(nèi)涵

飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性控制本質(zhì)上就是控制飛行器的質(zhì)量特性，其控制行為貫穿飛行器從設(shè)計(jì)到服役使用的全壽命周期。

同其他裝備的服役（作戰(zhàn)）完整性控制問題類似，飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性控制的基本內(nèi)涵或者基本任務(wù)包括飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性建立、評估、驗(yàn)證、維持、恢復(fù)與增長等，如圖5所示。

圖5 飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性控制的基本內(nèi)涵Fig.5 The basic connotation of AOI control

飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性是通過飛行器的設(shè)計(jì)、制造來建立的。交付使用的飛行器裝備，其綜合質(zhì)量特性是一定的。飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性評估工作就是依據(jù)其三個(gè)表征參數(shù)進(jìn)行分析評估。例如，對飛行器服役（作戰(zhàn)）完整度進(jìn)行分析評估時(shí)，首先要進(jìn)行飛行器的完好度、可用度、安全度、存活率、生存力和修復(fù)度等評估，然后再進(jìn)一步對飛行器服役（作戰(zhàn)）完整度進(jìn)行分析評估。

飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性驗(yàn)證工作實(shí)際上就是通過驗(yàn)證考核表征飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的指標(biāo)參數(shù)是否達(dá)到要求。例如，進(jìn)行飛行器服役（作戰(zhàn)）完整度驗(yàn)證時(shí)，要對依據(jù)飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性分配的飛行器的完好度、可用度、安全度、存活率、生存力和修復(fù)度等進(jìn)行驗(yàn)證考核。如果經(jīng)過設(shè)計(jì)的上述各項(xiàng)特性參數(shù)都能達(dá)到要求，那么，飛行器服役（作戰(zhàn)）完整度也就達(dá)到要求了。

通常情況下，飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性隨著飛行器的服役（作戰(zhàn)）使用時(shí)間的推移，會逐步降低。只要在飛行器的服役（作戰(zhàn)）使用過程中，其服役（作戰(zhàn)）完整性不低于規(guī)定要求就是合理的。在飛行器的服役（作戰(zhàn)）使用過程中，要使得飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性得以維持或保持，合理的維修是重要的手段。特別是現(xiàn)在正在發(fā)展的基于PHM系統(tǒng)的視情維修方式，是保持飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的重要途徑。

飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的恢復(fù)/增長是在飛行器服役（作戰(zhàn)）使用過程中根據(jù)其實(shí)際需求而進(jìn)行的飛行器綜合質(zhì)量特性的恢復(fù)/提升活動(dòng)。飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的恢復(fù)/提升是可以通過飛行器耐久性、保障性、安全性、裝備能力、生存性和修復(fù)性等通用質(zhì)量特性的相互協(xié)調(diào)的恢復(fù)/增長來實(shí)現(xiàn)的。

4.3 飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性控制的策略

裝備服役（作戰(zhàn)）完整性大綱（EOIP）是在傳統(tǒng)的飛機(jī)結(jié)構(gòu)完整性大綱的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。飛行器也是一款裝備，飛行器的服役（作戰(zhàn)）完整性控制策略也就是執(zhí)行裝備服役（作戰(zhàn)）完整性大綱（EOIP），也可以改稱其為飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性大綱（AOIP），如圖6所示。其共有五個(gè)任務(wù)階段，包括了飛行器組成的全系統(tǒng)，涵蓋了飛行器的全壽命周期，體現(xiàn)了飛行器服役（作戰(zhàn)）使用全流程。

圖6 飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性大綱（AOIP）Fig.6 Schematics of aerocraft operational integrity program（AOIP）

4.4 飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性控制的模式

裝備服役（作戰(zhàn)）完整性的控制模式有3種，類似地，飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的控制模式也有3種。

（1）飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的開環(huán)控制

在飛行器的服役（作戰(zhàn)）使用過程中，隨著服役時(shí)間的推移，飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性總會出現(xiàn)退化的情況。依據(jù)飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的影響因素，可以在飛行器從設(shè)計(jì)制造到服役（作戰(zhàn)）使用的全壽命周期中，針對飛行器的耐久性、保障性、安全性、承載能力、生存性、修復(fù)性以及電磁兼容性等特性采取相應(yīng)的增長措施，以實(shí)現(xiàn)飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的保持或增長，這實(shí)際上就是飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的一種開環(huán)控制行為。以安全性增長為例，至少可以通過以下7個(gè)方面實(shí)現(xiàn)飛行器的安全性增長：①提高可靠性；②引入健康監(jiān)控技術(shù)；③提高維修水平；④增加檢查次數(shù)；⑤加大修理深度；⑥加強(qiáng)安全性建設(shè)；⑦建設(shè)安全文化等。

（2）飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的協(xié)調(diào)控制

從前述分析可見，當(dāng)單獨(dú)采取耐久性、保障性、安全性、承載能力、生存性和修復(fù)性等增長措施時(shí)，由于這些特性存在著相互影響的關(guān)系，飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性不一定能夠?qū)崿F(xiàn)增長。要實(shí)現(xiàn)飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性增長，可以協(xié)調(diào)實(shí)施飛行器的耐久性、保障性、安全性、承載能力、生存性、修復(fù)性以及電磁兼容性等的增長，從而達(dá)到提高飛行器服役（作戰(zhàn)）完整度的目標(biāo)。依據(jù)影響飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的各特性參數(shù)的不同組合，可以形成多種飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性控制方案。根據(jù)度量模型對每種相應(yīng)的控制方案下飛行器服役（作戰(zhàn)）完整度進(jìn)行分析計(jì)算，以實(shí)現(xiàn)其最大化為目標(biāo)，便可完成對飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性控制方案的優(yōu)選。

（3）飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的權(quán)衡控制

在實(shí)際工作中，通過限制使用可以有效改善飛行器完成服役（作戰(zhàn)）任務(wù)的條件，也就是對飛行器完成服役（作戰(zhàn)）任務(wù)的能力要求降低，從而實(shí)現(xiàn)飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的提高。需要明確指出的是，一般情況下，在實(shí)現(xiàn)飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性控制的同時(shí)，不能顯著降低飛行器服役（作戰(zhàn)）效能以及飛行器服役經(jīng)濟(jì)性。例如，在飛行器設(shè)計(jì)時(shí)顯著增大結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)，可以有效提高飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性，但同時(shí)也增加了飛行器的空機(jī)重量，降低了飛行器的結(jié)構(gòu)效能，這是不可選取的。因此，要在飛行器服役（作戰(zhàn)）效能和飛行器服役經(jīng)濟(jì)性不大幅下降的前提下，以實(shí)現(xiàn)飛行器服役（作戰(zhàn)）完整度最大化為目標(biāo)，實(shí)施飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的綜合權(quán)衡控制。

5 飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的持續(xù)發(fā)展

5.1 飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性發(fā)展的基礎(chǔ)

飛行器的服役（作戰(zhàn)）完整性實(shí)際上是在飛行器服役（作戰(zhàn)）使用過程中面對故障、失效等而發(fā)展起來的，涉及材料缺陷、設(shè)計(jì)缺陷、制造缺陷、意外損傷、嚴(yán)酷的服役條件、損傷修復(fù)等多個(gè)方面。其研究發(fā)展基礎(chǔ)包括數(shù)學(xué)、材料、力學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科，航空航天工程、環(huán)境工程、可靠性工程、維修保障工程、安全性工程、生存性工程、修復(fù)性工程、電子工程、系統(tǒng)工程等工程學(xué)科以及優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)、綜合權(quán)衡技術(shù)、仿真分析技術(shù)、試驗(yàn)驗(yàn)證技術(shù)、失效分析技術(shù)、維修保障技術(shù)、火力防護(hù)技術(shù)、戰(zhàn)傷評估與修理技術(shù)等應(yīng)用技術(shù)。這些方面的發(fā)展反過來又將推動(dòng)飛行器的服役（作戰(zhàn)）完整性向前發(fā)展。

5.2 飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性研究的方法

飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性以其在整個(gè)服役（作戰(zhàn)）使用過程中完成服役（作戰(zhàn)）任務(wù)的角度為出發(fā)點(diǎn)，對其必須從五個(gè)維度進(jìn)行研究：裝備組成全系統(tǒng)、裝備服役（作戰(zhàn)）全體系、完成任務(wù)全流程、維持控制全壽命、質(zhì)量特性綜合化。也就是說，飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性必須以飛行器整機(jī)為研究對象，任何一個(gè)系統(tǒng)失效或者故障都將導(dǎo)致其不完好，不能完成預(yù)定功能任務(wù)。飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的研究必須從單機(jī)擴(kuò)展到任務(wù)裝備體系，只有從體系兼容、體系聯(lián)通、體系增強(qiáng)等角度進(jìn)行研究，才能把握飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的本質(zhì)。飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性必須從飛行器全任務(wù)流程進(jìn)行研究，才能準(zhǔn)確把握飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性需要研究的內(nèi)涵。飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的維持、控制活動(dòng)必須在飛行器的全壽命周期內(nèi)進(jìn)行，才能真正實(shí)現(xiàn)飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性在整個(gè)服役（作戰(zhàn)）使用過程中的最優(yōu)。飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性是飛行器在服役（作戰(zhàn)）過程中更綜合的質(zhì)量特性的反映，必須對飛行器相關(guān)通用質(zhì)量特性在飛行器整個(gè)服役（作戰(zhàn)）使用過程中執(zhí)行并完成服役（作戰(zhàn)）任務(wù)的綜合影響進(jìn)行研究。

5.3 飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性發(fā)展的方向

飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性控制的內(nèi)涵主要包括建立、評估、驗(yàn)證、維持、恢復(fù)與增長5個(gè)方面。因此可以從這5個(gè)方面簡要分析飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性發(fā)展的緊迫方向。

飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性是通過設(shè)計(jì)制造建立的。在設(shè)計(jì)方面，在飛行器總體設(shè)計(jì)中，應(yīng)該制定服役（作戰(zhàn)）完整性控制大綱，并從體系兼容性的角度進(jìn)行服役（作戰(zhàn)）完整性指標(biāo)權(quán)衡和服役（作戰(zhàn)）完整性優(yōu)化設(shè)計(jì)；在飛行器結(jié)構(gòu)/推進(jìn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)該考慮意外損傷/戰(zhàn)傷的影響、意外損傷/戰(zhàn)傷結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析以及結(jié)構(gòu)修復(fù)性設(shè)計(jì)等；在飛行器機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)該考慮復(fù)合損傷/二次毀傷影響；在飛行器電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)該考慮防電磁脈沖攻擊、增強(qiáng)電磁兼容性；在飛行器武器系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)該加強(qiáng)抗敵方干擾設(shè)計(jì)等。在飛行器的制造中應(yīng)該提高工藝水平，避免加工損傷。

飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的評估方面應(yīng)該在飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性表征模型與評估方法方面加強(qiáng)研究。關(guān)于飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性表征模型，目前的研究還是初步的，各影響參數(shù)之間的相互影響關(guān)系還沒有相應(yīng)的研究工作。飛行器氣動(dòng)服役（作戰(zhàn)）完整性、飛行器電磁服役（作戰(zhàn)）完整性以及裝備體系兼容性對飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的影響等這些都是今后要研究發(fā)展的重點(diǎn)。

飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的驗(yàn)證方面應(yīng)該從研制試驗(yàn)與評價(jià)（DT&E）、實(shí)彈打擊試驗(yàn)與評價(jià)（LFT&E）、作戰(zhàn)使用試驗(yàn)與評價(jià)（OT&E）三個(gè)方面研究試驗(yàn)驗(yàn)證問題。特別是采用實(shí)彈打擊的測試方法對軍用飛行器的生存性和修復(fù)性進(jìn)行考核與評價(jià)，在我國還沒有實(shí)質(zhì)性開展。

飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的維持方面應(yīng)該進(jìn)一步加強(qiáng)新型的維修保障技術(shù)，例如基于健康監(jiān)測的視情維修技術(shù)將對服役（作戰(zhàn)）使用過程中的飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的維持有著非常重要的作用。

飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的恢復(fù)與增長方面應(yīng)該重點(diǎn)研究飛行器在意外損傷或戰(zhàn)傷情況下的經(jīng)濟(jì)、快速修復(fù)技術(shù)以及對抗作戰(zhàn)環(huán)境的火力防護(hù)技術(shù)等。這些工作在我國初步開展，急需重點(diǎn)發(fā)展。

6 結(jié)束語

（1）本文在回顧裝備服役（作戰(zhàn)）完整性提出過程的基礎(chǔ)上，概述了飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的提出與基本概念，說明了飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性能更綜合地反映飛行器在服役（作戰(zhàn)）使用過程中的質(zhì)量特性。

（2）討論了飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的基本內(nèi)涵，主要包括飛行器耐久性、保障性、安全性、承載能力、生存性、修復(fù)性、電磁兼容性、體系兼容性等以及它們的綜合影響。介紹了飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的基本特性，客觀性、相對性、隨機(jī)性和可控性；明確了飛行器的服役（作戰(zhàn)）完整性是飛行器服役（作戰(zhàn)）適用性與服役（作戰(zhàn)）效能發(fā)揮的基礎(chǔ)。

（3）介紹了飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的三個(gè)表征參數(shù)：飛行器固有完好率、飛行器固有健康度、飛行器服役（作戰(zhàn)）完整度，前兩個(gè)參數(shù)反映飛行器的靜態(tài)服役（作戰(zhàn)）完整性，最后一個(gè)參數(shù)反映飛行器的動(dòng)態(tài)服役（作戰(zhàn)）完整性；并說明了可以利用飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性達(dá)到最優(yōu)來實(shí)現(xiàn)飛行器的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

（4）提出了飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的控制原理，包括飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性控制的概念、內(nèi)涵、策略和模式。飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性控制的基本內(nèi)涵或者基本任務(wù)包括服役（作戰(zhàn)）完整性的建立、評估、驗(yàn)證、維持、恢復(fù)與增長等；飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性控制的基本策略是執(zhí)行飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性大綱（AOIP）；飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性控制的基本模式包括開環(huán)控制、協(xié)調(diào)控制、權(quán)衡控制等。

（5）介紹了飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性發(fā)展的基礎(chǔ)，包括相關(guān)基礎(chǔ)學(xué)科、工程學(xué)科以及應(yīng)用技術(shù)等方面。提出了飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性發(fā)展的方向，包括飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性建立所依賴的飛行器設(shè)計(jì)制造方面，以及飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的評估、驗(yàn)證、維持、恢復(fù)與增長等方面是目前我國急需發(fā)展的方向。

飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性是一個(gè)新的概念，屬于裝備通用質(zhì)量特性的范疇，其更綜合地反映了飛行器在服役（作戰(zhàn)）使用過程中的質(zhì)量特性，它的引入將為飛行器的設(shè)計(jì)理念、制造技術(shù)、試驗(yàn)方法、使用策略和維修保障等帶來新的發(fā)展。但研究工作還是初步的，有很多工作需要繼續(xù)深入進(jìn)行。飛行器服役（作戰(zhàn)）完整性的基本概念和相關(guān)結(jié)論同樣可以推廣應(yīng)用于其他軍民用裝備。