基于保障性分析的備件規劃研究

李 皊，余 松，孫 敏

（航空工業洪都，江西南昌，330000）

0 引言

備件供應是綜合后勤保障重要的要素之一，因為無論計劃維修與非計劃維修都需要備件，如果不能獲得備件，就無法完成維修任務，影響飛機使用。統計資料表明，飛機型號的壽命周期中，維修所需的備件和消耗品費用約占整個維修費用的60%以上。因此，做好備件的規劃與管理，對保持戰備完好、節約保障費用具有重要意義。

回顧公司以往飛機的備件分析工作，其配套項目主要是由飛機各專業和成品廠根據工程經驗確定，這樣不可避免的會出現有的備件配置數量過多，造成庫存積壓，增加了管理費用，且對于部分有儲存期限制的備件，易產生存儲超期的問題；有的備件則配置不足，滿足不了用戶維護需求。

國外空軍非常重視飛機備件供應保障問題的研究，備件的計算逐漸從工程經驗法向計算機仿真方法發展，備件的管理正逐步走向數字化時代。隨著國內裝備對保障性的重視，我國部分科研院所也引入了計算機仿真軟件。如薩博鷹獅戰斗機、NH90直升機、奧古斯塔109直升機、以及601所、611所部分型號研制過程中均應用了OPUS10仿真軟件，并取得了一定成效。

1 備件需求分析流程

備件主要是伴隨產品的維修工作發生的，因此，為對型號備件需求進行規劃，首先應對飛機進行全面系統的保障性分析，得出維修工作任務。飛機的維修任務包括修復性維修和預防性維修，通過故障模式及影響危害性分析，可確定飛機修復性維修工作項目；通過以可靠性為中心的維修分析，可確定飛機預防性維修工作項目。在修復性維修和預防性維修工作項目的基礎上，通過修理級別分析、使用與維修任務分析，結合產品的故障率、使用方的備件供應體制及飛機使用率、任務剖面、經濟性要求等信息，可得出維修工作在哪一修理級別產生，維修頻度等信息，進而確定備件配置方案，包括備件應配置在哪一修理級別，各修理級別備件貯存數量等。

2 保障性分析及不足

保障性分析是一個多專業、多接口的綜合性分析方法。運用各種分析技術,協調與綜合可靠性、維修性、測試性、安全性等與保障有關的工程分析結果,用以影響裝備和保障系統的設計。根據GJB 1371-92要求，保障性分析方法主要有：故障模式及影響危害性分析（FMECA）、以可靠性為中心的維修任務分析（RCMA）、修理級別分析（LORA）、使用與維修任務分析（O&MTA）。

2.1 故障模式及影響危害性分析

依據GJB/Z 1391-2006開展故障模式及影響危害性分析（FMECA）。FMECA最主要的功能就是分析裝備可能存在的故障,并就其故障的影響、危害性進行分析，進而確定需要進行修復性維修的裝備部件、維修工作類型。通過FMECA可以得出飛機的修復性維修工作信息，結合修理級別分析及使用與維修任務分析，可得到修復性維修工作產生的備件項目。

2.2 以可靠性為中心的維修任務分析

依據GJB 1378A-2007開展以可靠性為中心的維修任務分析（RCMA）。RCMA利用故障模式及影響分析（FMEA）產生的信息資料,并參考其它相關信息,對裝備的故障規律及影響進行深入分析,進而確定需要進行預防性維修的裝備部件、維修工作類型及其間隔期。通過RCMA可以得出飛機的預防性維修工作信息，結合修理級別分析及使用與維修任務分析，可得到預防性維修工作產生的備件項目。

2.3 修理級別分析

依據GJB2961-97開展修理級別分析（LORA），LORA是針對故障的項目,按照一定的準則為其確定經濟、合理的維修級別以及在該級別的修理方法的過程。修理級別分析的根本目的是為了確定預防性維修工作和修復性維修工作在哪一級維修機構執行最適宜或最經濟。LORA是確定備件配置在哪一級維修機構的重要依據。

2.4 使用與維修任務分析

飛機使用與維修任務分析是通過設計分析來確定詳細的使用與維修需求，并且確定滿足這些需求的最有效的使用與維修方法。在維修任務分析的過程中，首先，確定修復性維修和預防性維修工作需求；其次，確定每項維修工作的保障資源要求，以減少使用和保障費用，提高飛機的戰備完好性。通過維修任務分析可提供一整套包括所有維修功能、維修工作和保障要求的工程數據。通過使用與維修任務分析，可得出飛機的維修工作過程、維修人工時，所需備件品種、數量等信息。

2.5 備件需求的產生

備件需求分析流程見圖1，由圖1分析流程，可得出初步的備件需求。

圖1備件需求分析流程

2.6 基于保障性分析的備件需求分析存在的不足

通過上述備件需求分析的流程，結合工程經驗可得出飛機的備件項目。但由該方法確定的備件目錄存在一定局限性，一是備件配備數量主要由工程經驗得出，受主觀因素影響較大；二是不能兼顧使用方對飛機可用度、經濟性及再訂購策略等方面要求。故該方法不能準確的指導飛機壽命周期內備件供應保障工作。

3 計算機軟件優化的備件需求分析

應用計算機仿真軟件建立解析模型，將整個保障性數據系統的聯系起來，通過泊松分布計算出備件需求量的數學期望，并運用邊際遞減效應，從系統的角度進行備件優化，得出優化的備件目錄，并參考由保障性分析得出的備件項目，綜合權衡飛機的經濟性、維修性、測試性、保障性、可靠性、安全性等多方面因素，結合使用方需求，得到相對合理的備件供應保障策略。

3.1 保障性數據集建模

通過保障性分析，得到全面詳實的保障性數據，構建零部件、故障率、預防性維修任務、修復性維修任務、DU-DP更換及零部件再次訂購等數據集，作為計算機軟件仿真分析的輸入。

3.1.1零部件數據集

在完整構建零部件數據集的基礎上，才能把飛機分解為外場可維修的獨立單元，從而根據不同的維修任務確定維修工作是否會產生備件。

依據飛機產品結構樹（見圖2）及修理級別分析(LORA)的結果，對飛機全機零部件進行分類，分為外場可更換單元(LRU)、內場可更換單元(SRU)、內場可更換子單元(SSRU)、外場級報廢件（DU）、內場級報廢件（DP），對其進行編號，并梳理層級關系，建立零部件數據集。

圖2飛機產品結構樹

3.1.2故障率數據集

產品的故障率是影響維修任務頻度的重要因素，更換產品的維修工作帶來了備件需求。因此，構建準確合理的產品故障率數據集是進行備件需求分析的重要基礎。產品故障率數據集主要依據設計過程中的可靠性預計工作，并結合試飛、試用過程中積累的工程經驗以及類似型號、產品的歷史數據得出。故障率定義為每一百萬工作小時中預計故障發生的次數。使用環境、使用頻度、產品的設計情況等多種因素都會對產品的故障率產生影響，因而，故障率信息并不是嚴格準確的，應隨著產品的改進和歷史數據的積累不斷迭代、調整。

3.1.3預防性維修任務數據集

預防性維修活動（PM）中的產品更換會帶來備件需求，因此，構建準確合理的PM數據集是進行備件需求分析的重要組成部分。依據以可靠性為中心的維修分析，梳理預防性維修活動，結合LORA和O&MTA，得出預防性維修工作類型，工作頻度，進行預防性維修工作的地點等信息，進而可以確定PM所產生的備件項目、所需備件數量、備件配置的修理級別等信息。

3.1.4修復性維修任務數據集

修復性維修活動中的產品更換也會帶來備件需求，因此，構建準確合理的維修任務數據集是進行備件需求分析的重要組成部分。構建修復性維護任務數據集需要 FMECA、RCMA、LORA及O&MTA分析數據以及故障率數據集的支持。修復性維修任務數據集可以得出修復性維修工作類型、工作頻度、進行修復性維修工作的地點等信息，進而可以確定修復性維修工作所產生的備件項目、所需備件數量、備件配置的修理級別等信息。

3.1.5備件再次訂購數據集

備件的保障包括初始備件的供應及后續備件的采購，因此，構建備件再次訂購數據集是進行備件需求分析不可或缺的一部分。在維修活動中，會產生部分不可修件的報廢，為保障飛機的可用性，需對這部分產品進行重新訂購。備件再次訂購數據集的建立需要詳細的描述在哪一級什么維修活動下產生的多少DU/DP件。備件再次訂購數據集主要考慮的是再次訂購的時間周期及DU/DP件價格。

3.2 計算機軟件仿真輸出

利用保障性分析得出的零部件、故障率、預防性維修任務、修復性維修任務、備件再次訂購等保障性數據集，構建軟件所需的輸入模型，導入OPUS10仿真軟件，并根據使用方提出的可用度、使用頻次、經濟性等要求，得出優化的備件方案、備件配置和庫存策略等。

3.3 計算機軟件仿真輸出演示

通過計算某型飛機使用可用度A=0.75條件下，輸出費效曲線如圖3所示。

圖3費效曲線

圖3中橫軸所示的壽命保障費用（LSC）即系統壽命周期中的總保障費用。LSC包括備件投資，備件運輸、儲存費用，備件消耗和人力費用等費用要素。縱軸所示的可用度表示產品能工作時間與能工作時間、不能工作時間的和之比。在該使用可用度條件下，可得出優化的備件目錄如圖4～圖6所示。

3.4 與傳統備件方案對比

傳統備件方案主要依據工程經驗和試飛試用信息等得出，傳統備件目錄示例見表1。對比OPUS10得出的備件方案，可以看出，傳統備件目錄僅提出了初始備件需求，對備件貯存站點、再訂購時機、再訂購站點與數量均未作出規劃，無法有效指導實際工作。對比仿真軟件輸出的備件方案和保障性分析得出的備件方案，綜合權衡飛機的經濟性、維修性、測試性、保障性、可靠性、安全性等多方面因素，并結合使用方需求，得出相對合理的備件目錄及備件供應方案。

表1傳統保障備件目錄示例

圖4備件的貯存方案

圖5備件的再訂購方案

圖6備件再訂購數量與站點

4 現狀與建議

4.1 現狀

4.1.1保障性分析工作不深入

FMECA、RCMA、LORA、O&MTA 等各項保障性分析工作是相互關聯，密切聯系的整體，任一環節的錯漏或缺失，都會影響其他相關工作的開展。目前，公司的保障性分析工作還存在不足，保障性分析工作開展不夠細致深入，得出的保障性數據不能做到準確、全面，導致保障性分析達不到目的，保障性數據不能真實完整的反映飛機情況，部分保障性數據無法在保障性設計過程中得到實際應用。

4.1.2缺乏型號數據積累

公司對歷史型號保障性數據積累不足，未形成完善的保障性數據收集、處理體系。這就導致相似機型或系統、零部件的歷史數據無法指導現有型號設計工作。

4.2 建議

4.2.1深入開展保障性分析

保障性分析是開展保障性設計工作的基礎，在型號研制過程中，應當全面深入開展FMECA、RCMA、LORA、O&MTA等保障性分析工作，并不斷優化迭代，力求得到準確、全面的保障性信息。為了做好保障性分析工作，提高綜合保障專業設計人員的業務水平，培養敏銳的保障性問題識別能力、把關能力和解決能力，還必須深入飛機各專業，參與方案設計，了解飛機、系統及成附件的參數和布置、預防性維修和修復性維修信息等，這樣與飛機設計人員一起進行的保障性分析才更準確，提出的保障性數據才更加合理。此外，應及時跟蹤掌握飛機、系統及成附件的更改情況，形成信息溝通機制，根據飛機的使用情況持續對備件項目進行優化迭代。

4.2.2建立保障性信息數據庫

建立一套有效的保障性信息收集、處理體系，收集型號各階段保障性信息，形成歷史數據庫，為后續型號的備件工作提供參考。

5 結論

本文介紹的基于保障性分析的備件需求分析方法，在系統分析保障性數據集的基礎上，可以得出相對合理的備件方案，用于指導備件供應規劃。