系統工程法在直升機綜合保障工程中的應用

景 堃

(海軍裝備研究院航空所，上海 200436)

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系統工程法在直升機綜合保障工程中的應用

景 堃

(海軍裝備研究院航空所，上海 200436)

首先闡述了傳統技術及現代技術發展對直升機綜合保障的影響；然后提出了系統工程法及其在直升機綜合保障工程中的具體應用；最后提出系統工程法是一種成功而有效的方法，它能確保直升機的設計及保障資源的研制滿足使用維修要求。

系統工程法；綜合保障

1 直升機綜合保障所面臨的問題

1.1 傳統設計對直升機綜合保障的影響

在以往的型號研制中，盡管一直強調保障性與性能并行設計，由于管理和技術上缺乏可行的實施方法，在直升機研制中，直升機性能與保障性設計都是根據各自的準則由系統設計和保障性分析人員分別實施，或者說，仍然采取序貫式的設計方法，在完成系統的圖樣設計之后，再來考慮綜合保障相關的問題，這樣的后果是：

1)不能使保障資源與直升機同時交付部隊；

2)不能保證所設計的直升機是可保障的，也不能保證所研制的保障資源能滿足直升機的使用與維護要求；

3)使用維修保障費用成了直升機全壽命周期費用的主要因素，正如圖1所示，使用維修保障費用高達60%；

4)不能建立有效的資源保障體系；

5)不能滿足所規定的使用可用度要求。

圖1 直升機壽命周期的費用分布

1.2 現代條件對綜合保障的影響

20紀70年代之后，下面因素對傳統設計造成了極大的挑戰，使得上述問題更為突出。

1)預算的限制；

2)直升機機載系統日益復雜；

3)技術的急劇發展，例如機載計算機的發展，日新月異，當進行保障設計時，機載計算機已經“過時”了，地面保障設備可能就與機載設備不兼容了。

1.3 保障性與性能并行設計對保障費用的影響

正如圖2所示，保障性與性能并行設計，將在設計階段開始3個月之后，在所有設計決策的60%確定下來的同時，有80%～90%的壽命周期也固定下來了。這種對保障性影響的設計方法意味著，盡管造成了較高的設計研發費用，但是它降低了使用保障費用，同時使設計的直升機是可保障的，使提供的保障資源能經濟有效地建立滿足使用和任務要求的保障系統[1]。

圖2 設計的影響

在近20年的可靠性/保障性工程實踐中，盡管意識到并行設計是克服性能與可靠性/保障性設計脫節的有效方法，但在并行設計中由于管理及技術方法而存在著一定的問題。因此，盡管從上到下都強調并行設計，實際工作中還是自覺與不自覺地采用傳統的序貫式方法，分別進行圖樣設計和保障性設計，從而導致綜合保障問題的依然存在。

1.4 綜合保障工程與系統工程方法

綜合保障所存在的上述問題，事實上是綜合保障工程的問題。從綜合保障工程的角度來看，它所解決的問題，既是與保障有關的直升機設計問題，又有大量的與直升機使用維修有關的保障資源的研制問題，并且要把這些問題協調起來。因此，綜合保障工程是由可靠性、維修性、測試性、保障性、及各系統專業組成的綜合學科。

以往的經驗表明，解決這些復雜的多專業組成的綜合學科的有效方法是一種系統工程法。

本文試圖以這種系統工程法，控制和實現圖樣與綜合保障工程的并行設計，以確保綜合保障工程目標的實現。

2 系統工程方法

2.1 系統工程方法概述

系統工程法[2]，如圖3所示，這是一種反復迭代的方法，它從系統的研發目標開始，直到經合格審定滿足使用需求并為用戶接受而結束。

圖3 系統工程法

2.2 系統工程方法在直升機綜合保障工程中的應用

2.2.1 用戶需求

就直升機綜合保障而言，用戶的總的要求是：在直升機交付的同時，以最低的費用提供與裝備相匹配的保障資源，建立相應的保障系統。具體要求如下：

1)及時性。所有的保障資源必須與直升機同時布置到部隊，保證及時使用，使直升機盡快形成戰斗力。

2)經濟性。要降低直升機壽命周期的使用維修保障費用。

3)有效性。要保證保障資源與直升機相匹配，所研制的保障資源適合部隊使用操作。

4)系統性。要使交付的各類保障資源有機結合起來形成使用保障系統[3]。

2.2.2 綜合保障的要求或工作內容

從綜合保障的角度，即要將用戶提出的保障資源需求轉化為綜合保障工作8大要素的相應要求。

1)人員數量與技術等級。這是指負責保養、檢查和維修直升機以滿足其處于可用狀態的技術人員的數量及技術水平。它們影響可靠性維修性參數MTTR、MMH/FH。

例如，直XX型機1個中隊維修12架機，其外場維修人員為42人，其中技師12人，維修人員30人。

2)備件供應。這里的備件是指非計劃維修所需要的部件。它通常以備件種類及相應數量來定義。顯然維修缺乏所需部件就無法完成相應的維修任務，因此備件供應對于確保直升機的維修，保證整個機群的完好性是重要的。

3)設備保障。這里是指使用和維修所需的地面檢測設備、各種工具等。如ATE及專用試驗設備。這些保障設備和工具對于故障診斷和隔離、設備的拆卸和安裝是重要的。它也影響著使用可用度A0、MTTR、MMH/FH等參數質量。

例如RAH-66，其外場維修僅30套通用工具和20套專用工具，T800發動機也只需工具5件。

4)技術資料。這是指為維修人員提供維修活動所需的技術文件。它包括主要維護建議或維修大綱、維護手冊、布線圖冊、機載設備維護手冊、結構修理手冊等。這些手冊對于直升機的維修和維修安全是重要的。

5)培訓和培訓保障。這是指為使用和維修人員所制定的培訓計劃、課程設置、訓練計劃、提供教材、培訓設備等。其目的是使維修人員熟悉直升機，正確保養、維護直升機。

除此以外還包括：機場設施，包裝、裝卸、貯存和運輸，計算機資源保障。

篇幅所限，不展開敘述。總之，要把用戶的需求轉化為綜合保障的具體要求。

2.2.3 保障性分析

綜合保障要素所相應的保障資源要求，是以可靠性維修性信息為輸入，通過保障性分析來確定；保障性分析包括：FMECA，RCA/MSG，維修級別分析，使用與維修工作分析。

保障性分析過程如圖4所示。

保障資源確定如表1所示。

圖4 保障性分析

通過保障性分析，便可確定每一項維修工作所需的保障資源。如果對于全機糾正性維修、預防性維修分析所確定的全部維修工作，進行如圖4所示的維修級別分析及使用與維修工作分析，那么，便可得到全機保障資源的分析結果。這一結果如果使要求得不到滿足，那么便返回設計，進行設計更改，然后進行新一輪分析過程。這樣反復迭代通過保障性分析來影響設計。

2.2.4 設計的綜合/一體化

這里所說的綜合/一體化，即正如如上所述，通過保障性來影響設計，從而獲得可保障直升機設計，同時獲得與直升機使用維修相匹配的保障資源。

在方案階段，將可靠性、維修性要求與重量、性能一起作為系統參數，進行權衡協調，選擇合理的系統方案。而在設計階段，從綜合保障角度應把綜合保障8要素，即保障資源的要求作為設計變量影響設計。

例如，在直XX型機電源系統設計時，為接近調壓保護控制盒而開啟地板上的口蓋需要擰30多個緊固螺釘，顯然，對調壓保護控制盒維修時需要更多的時間進行拆卸安裝。后經協調，在保證結構完整要求的同時，減少螺釘數量，滿足使用維修要求。

總之，正如圖4所示，通過保障性分析來影響設計，以便形成既滿足性能要求，又滿足使用維護要求的設計。

表1 保障性分析與維修保障資源要求

2.2.5 保障資源的試用與評估

我們可以借用大家所熟知的格言：“時間是檢驗真理的唯一標準”。顯然，保障資源的外場試用與評估，可以檢查上述的分析和設計是否合理或通過反饋進一步修改設計，最終，使設計的直升機是可保障的，所提供的保障資源與直升機的使用與維修是匹配的。

2.2.6 綜合保障工程活動的監控

為了協調、監督和控制直升機研制過程中的綜合保障各項工作，很重要的是建立相應的組織管理機構。例如在NH90研制中，便建立了如圖5所示的ILS(綜合后勤保障)機構，實施對整個綜合保障的組織管理與協調監控。

2.2.7 經驗與教訓

在以往的型號研制中，我們不是遵循上述的系統工程方法進行綜合保障工程的研發工作，而往往是在工程圖樣結束之后，通過有限的外場調研以及與相似機種的簡單比較，以綜合保障建議書的形式，提出型號保障資源的配置要求。

在以往的型號研制過程中，也缺乏如圖5所示的管理監控組織機構。

這樣所提出的保障資源配置要求，盡管做過多次不同層次的評審，最終提交的保障資源不可避免地存在前面所述的問題。

3 結論

從上面的討論中，可以得出如下結論：

1)從直升機設計一開始，就進行綜合保障工程的研究分析、綜合權衡，以影響系統的圖樣和性能設計，實現綜合保障工程與圖樣的并行設計。

圖5 NH90綜合后勤保障管理機構

2)在整個研制過程中，通過反復迭代與綜合權衡，使得所設計的直升機是可保障的，使得研制的綜合保障資源經濟有效地滿足使用與維護要求。

3)由于設計一開始將保障工程的要求作為系統設計的參數考慮，使保障資源得到優化配置，正如圖6所示，它將大大降低直升機壽命周期內的使用維修費用。

圖6 不同設計方法的費用比較

4)正如下式所示，由于采用系統工程法使所研制的保障資源得到優化配置，它將大大減少因為人員能力、備件供應、運輸等原因所造成的延誤時間，從而滿足使用可用度要求。

式中，MTBF:平均故障間隔時間；MTTR：平均修復時間；MLDT：平均保障延誤時間。

顯然，系統工程法是一種成功而有效的方法，它能確保直升機設計及綜合保障資源的研制滿足使用維修要求。

[1] Van Deventer L I H，Kluit I J C P. Integrated Logistic Support in the NH90 Protect[C]. 15th European Rotorcraft Forum ，Amsterdam ，September 1989.

[2] System Engineering Approach to Carefree Maneuvering in the Balog[C] .Presented at AHS 61st Annual Forum， Grapevine TX， June2005.

[3] 彭秀云.談武器裝備綜合保障工作[J].海軍裝備，2001(5)：20-21.

Application of Systematic Engineering Method in Helicopter Integrated Support Engineering.

JING Kun

(Institute of Aviation Equipment, Naval Academy of Armament， Shanghai 200436, China)

This paper expounded the influence of traditional technology and modern technology development to the integrated support of helicopter and then put forward the systematic engineering method and its specific application in the integrated support engineering of helicopter. Last but not the least, it expounded that the systematic engineering method was a kind of successful and effective method which could ensure the design of helicopter and the development of support resource to meet the requirement of application and maintenance.

systematic engineering；integrated support

2015-02-01

景 堃(1983)，男，山西洪洞人，本科，工程師，主要研究方向：海軍航空裝備綜合保障方向。

1673-1220(2015)02-067-05

V267；V37

A