PHM技術在先進飛機上應用對基地級維修保障的影響分析

王洪濤，王緯國，顧正偉

（中國人民解放軍第五七二〇工廠 安徽省航空設備測控與逆向工程實驗室，安徽 蕪湖 241007）

國外能夠獨立研制先進航空裝備的國家高度重視PHM技術的研究，PHM技術已經成為國外現役和新研飛機使用可靠性、安全性、維修性的重要依賴技術手段。

我國基地級工廠實行定時維修，定時維修的優點是可降低功能性故障發生率，減少停機時間，但是一般通過最差工作區間確定維修時機，裝備往往在拆換之前還有相當的壽命，容易導致維修過剩和維修不足，在維修過程中，會引入附加損傷，當前的發展趨勢是利用PHM技術實現裝備壽命的最大化。

1 PHM對的基地級工廠生產的影響

飛機進場后根據作業的不同劃分為大修、檢修和改裝等作業，其中大修是基地級工廠的主要工作。基地級工廠生產流程為進場飛機按LRU（外場最小可更換單元）進行分解，分解的方式是一種大拆大卸的方式；分解后的LRU送內場進行維修，內場負責產品修理（包括機體）并將修理好的產品送總裝廠；總裝廠按工序進行裝配、調試；調試完成的飛機送外場進行試飛，試飛合格的飛機交付部隊，從而完成飛機的維修生產任務。產品修理的主要工作包括必換件更換、SRU（內場最小可維修單元）修理、LRU調試、計劃外修理（包括產品返修、故障外排、故障件修理）等，對不具備修理能力的產品外委修理或串件修理或直接換新。

目前基地級工廠生產過程中的主要問題如下：（1）基地級工廠采用這種機械化的定時維修方式來組織生產具有一定盲目性。這種方式使得生產任務繁重，需要投入大量的人力、物力、財力和管理成本，很多生產任務都是在做無用功，結果導致基地級工廠產能一直提升不上來，產能不足是基地級工廠與部隊需求之間存在的突出問題。（2）必換件的確定缺乏科學依據。基地級工廠相當一部分的必換件確認是依照過去的技術條件和修理經驗，不對產品進行詳細的區分，造成修理過程中需要更換大量的元器件，特別是隨著修理深度以及修理次數的增加，必換件的數量陡增，變相的增加了工作量和修理成本。（3）器材供貨難以保障。飛機修理時間相對生產時間滯后，很多產品都已很少生產或者停產，基地級工廠與制造單位是一種競合關系，導致器材價格高昂、交貨周期長、器材供貨難以保障，對于進口飛機和國產二代機這個問題更為突出。（4）外委產品修理周期過長。外委廠家通常為產品制造單位，制造單位沒有建立有效的維修體系，送修產品得不到重視，產品修理周期得不到保障。（5）產品串件居高不下。由于以上原因，產品修理往往不能在計劃時間內完成，問題的長期積壓，導致惡性循環，使得串件修理日趨嚴重。

PHM技術的應用將引起基地級工廠生產方式的變革，表現如下：（1）利用PHM技術可以精確檢測那些通常需要定期大修產品的健康狀態，在大修時取消多個部附件的修理或推遲修理，減少了維修任務，從而節省大量的成本。（2）有效的降低必換件的數量。一方面是因為需要大修的產品的數據減少了；另一方面PHM技術使得必換件確認更加科學，避免了因修理經驗和技術不足造成的原本非必換件被誤認為必換件的情況。（3）有效的降低庫存規模。PHM技術可以促進外場更快地識別、隔離產品故障，更好地進行維修計劃安排，促使基地級工廠提前做好器材供應和維修準備，有效的降低基地級工廠庫存規模，外場也無需貯存大量備件。（4）PHM技術一方面使基地級工廠掌握飛機的使用情況與剩余壽命，可以合理安排生產任務，提早采購器材和安排外委產品修理，有效降低串件修理，以保證在計劃時間內完成修理任務；另一方面PHM技術可以促進制造單位關注維修工作，進而優化生產，提高產能，保證優質交付。

2 PHM下的基地級工廠技術工作的影響

由于受原來設計水平和修理水平限制，修理技術還沒有完全發展成一門精確地工程科學，缺乏有效的技術標準、修理工藝和工程控制手段。

基地級工廠技術工作的主要問題有：（1）修理工藝過于粗放。工藝文件的設計水平，與技術人員基本專業素質，技術人員對系統、產品的掌握程度，依據性資料完整、準確性，設計任務周期安排合理性等都有密切關系。如果以上幾個方面出現問題將直接導致技術人員很難設計出好的維修工藝。工藝問題層出不窮，技術人員忙于工藝改進和優化，已成為基地級工廠一個突出問題。（2）依據性資料缺乏。飛機制造單位及產品供應單位出于自身利益的考慮，提供的修理技術條件和標準也不夠完善，生產時也會設置一些維修障礙，如軟件加密等，這對基地級工廠造成極大的修理困難，往往需要花費高昂的資金引進資料、以獲得技術支持，造成了極大的浪費。（3）故障定位困難。飛機修理過程就是不斷與故障作斗爭的過程。基地級工廠受限于技術認知，對系統工作原理研究不夠深入，對交聯系統更是缺乏了解，往往不能很準確的定位故障點，有時候甚至需要多次開車、反復更換才能定位故障點，技術人員疲于應付故障處理，窮于應付問題整改，對故障以及深層次問題缺乏思考。（4）大量有價值的工程數據未被充分利用，甚至忽視和浪費，不利于產品和工藝的改進提升。

PHM技術在飛機修理上的應用，對基地級工廠技術工作影響如下：（1）促進建立有效的修理技術標準與修理技術條件，使得修理工藝更加精細、更能指導現場操作。（2）故障處理與分析更加科學。PHM最主要的功能就是故障診斷、隔離、跟蹤、預測。通過PHM技術構建系統及跨系統的綜合診斷，可以實現故障的準確定位，有效的避免傳統排故方法的弊端。（3）充分挖掘基地級維修和故障數據的價值。基地級工廠掌握大量的維修和故障數據，這些數據的挖掘可以促進產品設計改進和工藝問題優化，對于飛機實現和完善PHM都有極大的幫助。

3 PHM對基地級工廠質量的影響

現有修理模式下，基地級工廠存在維修過剩與維修不足兩方面質量問題。維修過剩，即將不必要的維修施加給使用狀態較好或者沒有變壞跡象的產品，經常出現“小病大治”、“無病亦治”的盲目維修的現象，是基地級工廠質量問題的主要表現；維修不足，即飛機修理過程中沒有準確識別故障產品或即將發生故障產品而導致飛機在大修期未到時產生局部故障，維修不足引起的質量問題有逐年增加的趨勢。

當前，基地級工廠維修質量問題主要有：（1）一些狀態良好的產品，因維修過剩和維修不足而出現故障或潛在故障，對產品本身質量和壽命有很大的不良影響，維修達不到恢復產品原有可靠性的作用。（2）產品計劃外應急維修頻率高，產品長時間處于排故狀態，嚴重影響了飛機在外場使用。（3）人為因素造成產品修理質量問題時有發生。

PHM技術在飛機上應用，使基地級工廠的維修工作建立在科學化、規范化和現代化的基礎上，有效避免了因傳統修理維修過剩和維修不足情況引起的故障和“次生災害”，顯著提高基地級工廠飛機修理質量。基于PHM技術的飛機修理受維修人員本身素質的影響很小，所以在很大程度上避免了單憑人的經驗來判斷產品狀態優劣的弊病。

4 PHM對基地級工廠測試設備的影響

目前，基地級工廠采用的測試設備可以將故障隔離到LRU級別，通過更換LRU內部組件、直接測量、間接分析等的方式將故障定位到SRU級別，然后利用更精確的測試設備定位故障點。基地級工廠LRU和SRU級別的測試設備以專用設備為主，存在著測試效率低、安全性低、成本高等缺點，難以適應大批量、多品種生產、復雜程度高的需要。新一代飛機設計了PHM系統，大大提升了故障診斷能力，可以將故障準確定位到SRU級別，基地級工廠在原LRU測試與故障診斷的基礎上，應更加注重SRU級的測試和故障診斷能力。

基層級工廠快速維修保障要求測試設備必須具備更精確、更可靠的測試與故障定位能力，傳統測試設備和手段無法滿足新的維修保障要求。

測試設備的綜合化、通用化能夠明顯降低設備的數量和成本，通用測試平臺是基地級測試設備的發展趨勢，是滿足PHM條件下基地級測試設備的選擇，例如，美軍為基地級修理廠提供的通用測試平臺——洛馬之星（LM—STAR），有效的較低了測試設備硬件數量、工程費用、測試程序集成時間以及成本。

5 不足

PHM技術應用很大程度上可以克服傳統基地級工廠維修保障的缺點，但也有其不足，主要有兩個方面問題：（1）故障模型難以準確建立，故障時間難以準確預測。（2）基于PHM的維修，依賴于后勤保障，若后勤保障供應不到位且庫存不足的情況下，基地級工廠很難保證生產，飛機也不能按時交付。

6 結語

本文討論了PHM技術對基地級工廠維修保障的影響，PHM的引入能夠有效提高維修質量，降低維修費用，壓縮修理周期，具有顯著的軍事和經濟效益。目前，基地級工廠在推進視情維修工作，極大的促進了維修方式的轉變，隨著PHM技術研究的深入和完善，PHM將對基地級工廠維修保障工作產生更加積極而深遠的影響。