■ 蔡旭 劉武 張祥 / 中國航發(fā)動研所

民用航空發(fā)動機研制的目標是尋求費用、性能、進度和可靠性、維修性等多種要求的綜合最佳組合。用戶（航空公司）將發(fā)動機使用經(jīng)濟性作為飛機和發(fā)動機選型的重要依據(jù)。控制和降低發(fā)動機直接維修成本（DMC）是航空發(fā)動機設(shè)計時的重要目標之一，也是客戶選型的關(guān)注焦點之一，直接決定了民用航空發(fā)動機在市場上的競爭力。

航空發(fā)動機直接維修成本是航空發(fā)動機運營中的測試、維修、大修和報廢情況下進行更換的材料成本和人工成本的總和，屬于飛機直接運行成本的重要組成部分。要科學掌握發(fā)動機運營維護成本，研發(fā)出DMC可控的航空發(fā)動機，就需要盡快建立DMC預(yù)計方法體系，通過收集、整理發(fā)動機大修實際成本，與DMC預(yù)計模型測算成本差異進行對比分析，探索建立符合我國發(fā)動機研制及維修實際水平情況的DMC預(yù)計模型。在滿足飛機方要求的同時，制定發(fā)動機維修性成本控制策略，為研制出低維護成本的先進航空發(fā)動機提供行之有效的手段和工具，引導(dǎo)發(fā)動機設(shè)計不斷更新迭代，降低運營維護成本。

航空發(fā)動機DMC概述

航空發(fā)動機DMC與制造成本、發(fā)動機運行的可靠性、平均修理費用（包括計劃和非計劃維修）、平均測試費用等因素有關(guān)，如圖1所示[1]。直接維修成本和間接維修成本構(gòu)成了航空發(fā)動機的總維修成本。根據(jù)發(fā)動機具體的維修情況，其中直接維修成本又可分為基地維修成本和發(fā)動機送修成本?；鼐S修成本主要包含航線維護和定期檢查，航線維護一般指的是由航空公司的維修人員就能夠完成、不需要返廠進行的維修，其成本主要包括人工成本以及材料成本；定期檢查指的是在維修基地進行的工作，其成本主要包括人工成本以及材料成本。發(fā)動機送修主要指發(fā)動機返廠大修，其成本主要包括維修過程中的人工成本、材料成本、試驗成本、運輸成本以及轉(zhuǎn)包維修費等。

圖1 航空發(fā)動機維修成本劃分

目前，面對國內(nèi)外激烈的市場競爭和新冠疫情的沖擊，航空公司增加收入的空間變得越趨狹窄，成本控制對航空公司運營的重要性也隨之進一步凸顯。由于發(fā)動機的每一次返廠大修的維修費用都接近甚至超過百萬元,因此通過優(yōu)化維修成本來降低運營的總成本，從而提升盈利水平，已成為越來越多航空公司的共識。加之DMC具有很好的直觀性和可控性，不少航空公司甚至將其作為購買發(fā)動機時選擇機型的重要依據(jù)。目前國際知名飛機制造商如波音、空客和龐巴迪公司等，都開始對全生命周期內(nèi)的DMC進行合理的分析及有效的控制，在航空發(fā)動機研制過程中就嚴格控制DMC，盡可能地通過降低DMC來提高產(chǎn)品競爭力。

國際上關(guān)于民用航空發(fā)動機DMC分析的研究已非常深入，并形成了一系列的成果和方法。以波音和空客公司為例：波音公司將部件的DMC分為計劃拆卸人工時費、計劃拆卸材料費、非計劃拆卸人工時費和非計劃拆卸材料費等4個部分，通過對這4個部分的分別約束，實現(xiàn)對發(fā)動機整體DMC的有效控制；空客公司根據(jù)部件的可靠性、維修性，預(yù)計DMC，通過統(tǒng)計相似部件的平均故障間隔時間、平均修理費用和平均測試費用等數(shù)據(jù)，得到部件DMC預(yù)計模型,并且有效地應(yīng)用在設(shè)計研發(fā)工作中，利用模型測算數(shù)據(jù)提供設(shè)計迭代改進思路，從而降低發(fā)動機的DMC[2]。

目前我國對民用航空發(fā)動機的運營維護還處于早期階段，缺少對運營維護成本，特別是DMC的分析和預(yù)計，既無法獲得空客公司DMC預(yù)計方法中的相似部件的參數(shù)，也沒有波音公司的成熟的DMC預(yù)計模型可用。

據(jù)統(tǒng)計，一型成熟的長生命周期的發(fā)動機研發(fā)、試驗、生產(chǎn)、使用各階段在全生命周期費用占比如圖2所示，其中研制成本占比較低（一般不超過10%～15%），使用成本占比超過60%以上，而且隨著使用周期增加，使用成本占比也隨之增長[3]。發(fā)動機使用階段的成本由批生產(chǎn)前的研制階段決定，發(fā)動機取證交付使用后難以開展使用成本降低相關(guān)工作。因此，如果要有效降低一型發(fā)動機的全生命周期成本，就要特別關(guān)注使用成本的控制，在研發(fā)階段便組織開展發(fā)動機使用、維護和修理方面成本的評估、優(yōu)化工作，盡早地改進、優(yōu)化影響使用成本的設(shè)計因素。

圖2 發(fā)動機各階段成本和各階段對成本的決定程度示意

總體思路

為提升航空發(fā)動機產(chǎn)品市場競爭力，進一步控制并降低發(fā)動機使用成本，開發(fā)一套適應(yīng)我國自主研發(fā)的航空發(fā)動機DMC預(yù)計模型，可為發(fā)動機研制過程中的設(shè)計迭代優(yōu)化提供依據(jù)和方向，本文提出了如下的DMC預(yù)計研究總體思路。

一是以國際上成熟的理論為主要參考，選擇合適的方法，建立適應(yīng)國內(nèi)條件的DMC預(yù)計評估模型。

二是收集、整理一型我國自主研發(fā)的批產(chǎn)發(fā)動機大修的數(shù)據(jù)，形成發(fā)動機修理策略與成本模型，獲得發(fā)動機全生命周期大修成本初步評估結(jié)果。

三是將發(fā)動機修理結(jié)果通過DMC預(yù)計的評估模型進行計算，驗證發(fā)動機DMC成本模型的合理性及正確性，與國外同級別發(fā)動機的DMC進行對比分析，為優(yōu)化發(fā)動機修理成本策略和發(fā)動機使用維護的經(jīng)濟性分析提供參考。

四是通過比對DMC預(yù)計模型和實際大修數(shù)據(jù)，識別出發(fā)動機DMC高點，提供優(yōu)化發(fā)動機設(shè)計的思路，從而降低發(fā)動機全生命周期內(nèi)DMC值，提高發(fā)動機經(jīng)濟可承受性。

內(nèi)容和流程

現(xiàn)有的DMC控制主要采用逐級分配的方法，即將期望的DMC值逐級向下分配給各系統(tǒng)、子系統(tǒng)級部件，具體表現(xiàn)為飛機將期望的DMC值逐級分配給發(fā)動機、各機載產(chǎn)品和飛機部件等，發(fā)動機和機載產(chǎn)品需要對自身的DMC值進行預(yù)計，并對預(yù)計值與飛機給出的目標值進行評估，同時將DMC值分配至下一級的部件和成附件，指導(dǎo)設(shè)計的改進和迭代。

DMC預(yù)計是在研制中根據(jù)部件和成附件的設(shè)計情況推測的整機DMC值，與維修成本的分配相輔相成，是設(shè)計階段維修成本目標管理中最為關(guān)鍵的步驟之一，直接決定著維修成本控制的成敗。DMC預(yù)計分析必須與發(fā)動機設(shè)計、市場及客戶服務(wù)同步協(xié)調(diào)進行，需將各階段的DMC分析進行全面規(guī)劃、統(tǒng)籌安排。整個DMC預(yù)計分析工作需要不斷迭代，逐步達到最優(yōu)。研發(fā)階段的DMC預(yù)計分析的主要流程如圖3所示。

圖3 發(fā)動機研發(fā)中DMC分配和預(yù)計的主要工作流程[3]

方法和模型

目前國際上主要的發(fā)動機DMC預(yù)計方法和模型均由歐美航空發(fā)動機公司開發(fā)，結(jié)合型號研制使用完善。主流的DMC分析方法有4種，分別為利貝克（Liebeck）方法、歐洲1998年方法、AEA2009年方法和哈里斯（Harris）方法，各種方法的特點和優(yōu)劣詳見表1。

表1 發(fā)動機DMC預(yù)計方法和模型

由于我國渦軸發(fā)動機的運營和維修尚處于起步階段，同時也難以獲得國外渦軸發(fā)動機的維修實際數(shù)據(jù)，利用歐美有關(guān)發(fā)動機DMC的分析方法，建立基于國內(nèi)實際維修成本水平的發(fā)動機DMC預(yù)計方法和模型就成為了一種現(xiàn)實的路徑。

4種主要的DMC分析方法中，利貝克方法、歐洲1998年方法和哈里斯方法主要適用于批生產(chǎn)后開展分析，AEA2009年方法適用于型號研制早期評估，比較符合我國航空發(fā)動機研制現(xiàn)狀。因此，本文在進行DMC分析方法預(yù)計研究、建立DMC預(yù)計模型時主要參考了AEA2009年方法。

DMC預(yù)計模型的初步應(yīng)用

基于國內(nèi)航空發(fā)動機研發(fā)和運營條件，本文將歐洲航空協(xié)會中提出的發(fā)動機維修費用估算模型（AEA2009年方法）根據(jù)設(shè)計流程進行適用性簡化，同時按照發(fā)動機的技術(shù)特點進行優(yōu)化[5]，得到DMC預(yù)計模型：發(fā)動機的維修成本由維修勞務(wù)成本和維修材料成本組成；維修勞務(wù)成本基于設(shè)計數(shù)據(jù)預(yù)計，綜合考慮維修人工費率、輸出功率和大修壽命的修正系數(shù)；維修材料成本綜合考慮總壓比、模型修正系數(shù)和修理成本的修正系數(shù)。

以我國的一型自研渦軸發(fā)動機為例，經(jīng)實際統(tǒng)計，該渦軸發(fā)動機實際DMC的值為8064092.50元，見表2。按照DMC的統(tǒng)計范圍，根據(jù)發(fā)動機具體的維修情況又可以分為航線維護、定期檢查和發(fā)動機返廠大修，考慮到用戶的航線維護和定期維護成本為以飛機整體計算，結(jié)合目前掌握的主要數(shù)據(jù)，目前計算發(fā)動機的DMC僅考慮發(fā)動機全生命周期內(nèi)的正常返廠大修。以大修總費用為依據(jù)，僅考慮發(fā)動機大修成本，以發(fā)動機全生命周期內(nèi)的大修成本除以發(fā)動機壽命得出DMC為2688.10元/飛行小時（FH）。

表2 渦軸發(fā)動機全生命周期內(nèi)大修總費用統(tǒng)計

按照各項技術(shù)性能參數(shù)和各項維修成本，根據(jù)上述發(fā)動機整機的DMC預(yù)計模型計算，該發(fā)動機的DMC預(yù)測值為1765.28元/FH，結(jié)合本機型和另外3型成熟的渦軸發(fā)動機的DMC統(tǒng)計值來對預(yù)測結(jié)果進行分析和對比（見表3），以驗證預(yù)測模型的合理性與準確性。

表3 渦軸發(fā)動機的DMC模型統(tǒng)計結(jié)果及對比

該型國產(chǎn)渦軸發(fā)動機的DMC模型估算值為1765.28元/FH，實際DMC為2688.10元/FH，高于模型估算值及另外3型發(fā)動機的統(tǒng)計值，主要原因是發(fā)動機的實際修理成本偏高，特別是二修的成本超過一修成本的2倍以上，造成整體修理成本偏高；國內(nèi)渦軸發(fā)動機的整機壽命和返修期等指標低于國外同水平的渦軸發(fā)動機，導(dǎo)致實際的DMC值較高。

結(jié)束語

對標各國際領(lǐng)先的發(fā)動機廠商的DMC值來看，國產(chǎn)發(fā)動機的直接修理成本控制水平與國際先進水平還有差距。結(jié)合國內(nèi)中小型民用航空發(fā)動機研制現(xiàn)狀，DMC較高的原因主要為兩個方面，也是可以突破維修成本控制瓶頸的發(fā)力點：一是雖然近幾年“成本是設(shè)計出來的”這一理念深入人心，但在實際工作中尚未建立規(guī)范、系統(tǒng)的數(shù)據(jù)積累機制，導(dǎo)致項目研制及維修、運營過程中的過程數(shù)據(jù)缺乏，設(shè)計人員無法獲得相關(guān)成本的具體數(shù)據(jù)，在研制階段無法全盤考慮各項成本，致使項目研發(fā)團隊暫不具備實現(xiàn)項目全生命周期成本滾動管理的能力；二是應(yīng)用模型和工具缺乏，關(guān)于DMC研究起步較晚，DMC的計算模型和相關(guān)計算軟件還有待完善，相關(guān)計算不僅過程困難，結(jié)果準確度也不高。