民用航空器航線可更換單元規劃研究

徐鵬 紀書雅 李飛飛

摘要：從民用航空器的使用經濟性角度出發，分析維修成本對直接運營成本的影響，研究合理的民用航空器修理級別分析評價指標體系，確定能夠對修理級別備選方案進行評價的民用航空器修理級別評價指標權重。結合民用航空器全壽命周期成本研發技術，依托維修性并行設計的協同工作模式，分析民用航空器研制各階段開展維修性設計的具體環節與相應工作，研究民用航空器航線可更換單元劃分技術以有效降低維修成本與航材庫存成本。

關鍵詞：民用航空器；直接運營成本；航線可更換單元；綜合后勤保障；產品全壽命周期理論

隨著全球經濟的蓬勃與穩定發展，國際航空運輸業已經進入了持續、快速增長時期。我國航空運輸業也將迅猛發展，旅客流量和飛機總量將不斷增加。廣闊的市場空間給我國民用航空器制造業帶來了良好的發展機遇。然而由于歷史原因，我國民用航空器的研制水平與歐美等發達國家相比具有很大差距，以波音、空客為代表的國外飛機制造商無論是技術、服務還是經驗上都比國內強上許多。如何能夠在新的市場環境下抓住機遇、增強自身競爭力、并且占領市場就成為我國民用航空器制造業第一個要解決的重要課題。“顧客就是上帝”，民用航空器制造業要提高競爭力、占領市場，首先必須在滿足客戶需求方面要有所突破。根據調查顯示，影響民用航空器客戶（主要是航空公司）滿意度的因素有飛機性能、可靠性、維修性、經濟性、舒適性等十余種，其中排在第一位的是經濟性因素。航空公司非常關心國產飛機投入使用之后成本是否可以接受，以及使用國產飛機是否可以幫助企業增加利潤。因此，提高民用航空器的使用經濟性就成為民用航空器制造業贏得客戶、獲得市場份額的第一步。

對于民用航空器的使用經濟性，國際上主要是以直接運營成本（Direct OperatingCost，簡稱DOC）來評價的。直接運營成本通常劃分為所有權成本（包括利息或租金、折舊費、保險費）、機組成本、燃油和滑油成本、維修成本以及其它成本（包括著陸、導航成本等）五項。在這五項成本中，維修成本是最為突出的一個部分，也是航空公司最為關注的一個部分。

我國民用航空器制造業的發展始于軍用航空器，在維修成本方面的研究成果主要以軍用航空器和軍用裝備為主，在民用航空器方面涉及不多，即使涉及到了也沒有進行更加深入的專項研究。航空公司雖然對維修成本研究的相對較多一些，但多從本企業的角度出發，尋求從技術和管理方面控制維修成本的方法，并沒有涉及到飛機本體。所以，國內對于如何從整體上把握維修成本問題還沒有一個成熟的觀念，對于如何從飛機全壽命的角度考慮維修成本的控制與分析問題也沒有一套成熟的方法。國產民用航空器的使用過程中逐漸暴露出航線可更換單元（航線可更換單元）定義不清晰、劃分不合理和標準不統一等問題。

一、維修成本與航線可更換單元

（一）維修成本的特點

民用航空器維修成本在直接運營成本所占的比例比較大。根據航程的不同，飛機維修成本能夠達到DOC的10%-20%；在飛機平均20年的壽命期內，所花費維修成本的總量能夠達到飛機購買價格的50%-120%。在直接運營五項成本中，所有權成本和其它成本在飛機運營以后變為固定成本，燃油和滑油成本受價格的影響是不易控制的，機組成本受培訓成本和人才市場的制約也較難控制，只有維修成本通過合理的設計優化和使用優化，可以獲得較大的節省空間。影響維修成本的因素非常多，其中有與設計有關的、有與維修有關的，還有與使用有關的，它的高低能夠綜合體現飛機的設計水平和制造廠家的客戶服務水平。因此，航空公司在選擇飛機時，不僅對DOC有所顧慮，對維修成本還有更高的要求。國外成功的飛機制造商和發動機制造商也都將降低維修成本作為提高產品使用經濟性一個必要環節，并將相對較低的維修成本作為產品市場宣傳的一個重要賣點。

（二）維修成本的構成

維修成本是直接維修成本與間接維修成本的和。直接維修成本是指在完成飛機或設備維修中直接花費的人工時和材料的費用；間接維修成本是指在維修管理業務、航線航站維修保養、行政管理、記錄管理、監督檢查、工藝裝備、檢測設備、維修設施等方面花費的間接費用。在維修成本中，直接維修成本與飛機的設計和使用關系都非常大，而間接維修成本則主要受航空公司管理水平的影響，即使相同的飛機，不同航空公司之間間接維修成本相差可能會很遠。因此航空界對維修成本進行分析和比較時，主要以直接維修成本為主，間接維修成本則看作直接維修成本的倍數。根據航空公司管理水平的不同，這個倍數在50%-200%之間。

按照維修活動，直接維修成本可以分為原位維修的成本和離位維修的成本。原位維修是指計劃性維修中的一般目視檢查、詳細目視檢查以及對時控件和發生故障的零部件所進行的測試、拆卸、更換和修理等維修工作。原位維修成本包括：航線維修成本、A檢維修成本、C檢維修成本、結構檢維修成本和其它定檢維修成本。離位維修是指在車間內，對零部件或發動機進行的測試、修理和翻修工作。離位維修成本包括部附件修理成本和發動機修理成本。

（三）航線可更換單元

按照中國民航適航管理規定：民用航空器和/或航空器部件的維修工作分類為：校驗、改裝、修理、翻修、航線維修、定期維修。習慣上，把前四類通稱為內場維修，而把航線維修（包括航前、航后和短停）及部分可在停機坪進行的定期檢修，通稱為外場維修，也就是上文所述的原位維修。現代航線維修涵蓋外場維修的內容，不單純指航線維修，它包容了航線維修及檢查等內容。民用航空器營運期間最直接的維修活動便是航線維修，同時也成為基礎的維修活動。航線維修的科學規劃，對保障航空器正點正常運營、及時掌握航空器及其部件技術參數的變化、保證恢復航空器固有可靠性、保持航空器持續適航、航空公司營運人的運營安全和效益都有極大影響。航線可更換單元（航線可更換單元）的設計，使得民用航空器可以在故障后，通過快速更換故障零部件進行維修，縮短了飛機的停場時間，降低了民用航空器的維修成本，提高了飛機的運經濟性。

有研究表明，民用航空器70%的維修成本是在研制階段決定的。研制過程中，不同的飛機制造者具有不同的技術背景，優秀的飛機制造者往往根據先前的經驗和教訓在新型飛機中采用新材料、新工藝和新技術，這必然帶來不同飛機之間維修成本的不同。民用航空器航線可更換單元的確定主要決于設計和生產，其對應于某一維修級別。

二、全壽命周期設計與維修性并行設計

（一）全壽命周期設計

近些年來，民用航空器復雜程度日益提高，使用部門對民用航空器的性能要求越來越高，同時又希望保障其正常運行的運營費用盡可能地小。這種趨勢就要求民用航空器制造商逐步開展對飛機的全壽命周期費用的研究。民用航空器的全壽命周期指從其需求分析、項目可行性論證、方案論證、工程研制、生產制造、使用和產品支援以及到壽命后的報廢處置整個從項目產生到終結的全過程。全壽命周期成本的分析結果可以幫助設計人員在設計早期便可針對經濟性較差的部分進行修改，從而降低飛機的全壽命成本，提高其在市場上的競爭力。

歐洲航空航天與國防工業協會聯合AIA和美國國防部發布了S系列綜合保障標準包含S1000D《使用公共源數據庫的技術出版物國際規范》、S2000M《物料管理國際規范一軍用裝備綜合數據處理》、S3000L《保障性分析國際程序規范》、S4000P《預防性維修制定和持續改進國際規范》、S5000F《使用和維修數據反饋國際規范》等標準，覆蓋了產品全壽命周期的各個領域。民用航空器全壽命周期設計技術在我國的研究起步較晚，國內民用航空器制造業尚未采用。

民用航空器全壽命周期設計要求在設計階段就應考慮使用、維護和保障要求，這樣意味著在設計階段就應采取合理的航線可更換單元劃分，以期降低全壽命周期內的成本，提高民用航空器的經濟性、維修性和保障性等設計指標。這些工作正好可以采用S系列綜合保障標準開展，提高民用航空器綜合保障工作的標準化和信息化水平，構建統一、高效和經濟的民用航空器服務和保障生態體系。

（二）維修性并行設計

并行設計屬于設計理論和方法學的范疇，作為一種設計“哲理”，并行設計在考慮市場需求、制造、裝配、維護、環境保護等因素的基礎上，以集成與并行的方式來設計產品。將維修性設計納入并行工程的框架體系，集成與產品維修性相關的各種信息，并行地、集成地開展維修性設計工作是維修性設計的發展趨勢。據公理化設計理論的四個域，可將產品的維修性設計過程劃分為維修性需求分析、確定維修性要求、系統維修性分析、維修性屬性設計與維修性試驗評定相應的四個部分。維修性設計的主要工作集中在維修性要求確定、系統維修性分析、維修性屬性設計與驗證三個階段。維修性并行設計強調維修性設計各環節的并行，但是不能夠違反產品設計過程必要的邏輯順序和規律，不能取消或越過任何一個必經的階段，而是在充分細分各種活動的基礎上，找出各活動之間的邏輯關系，將滿足條件的設計活動進行并行與交叉。維修性并行設計需要研制、生產制造、使用維護等縱向過程各階段以及產品的性能、可靠性、維修性，產品支援、安全性等橫向領域各方面的專家與技術員的協調合作，充分發揮各階段各領域的專門知識。

三、航線可更換單元劃分

（一）航線可更換單元

航線可更換單元是航空器上的一種模塊化組件。一個航線可更換單元通常是一個密封裝置，如動力轉換組件或其它電子和輔助設備，把一些功能相關的部件封裝起來并滿足某種接口標準，目的是可在工作現場便捷地更換出現故障的航線可更換單元，以提高飛機維修的效率、便捷性和經濟性民用航空器出于商業運營的需要對維修時間和效率提出了嚴格要求，維修性這一產品設計特性對飛機這類復雜設備的設計尤為重要。民用航空器維修涉及航材的90%左右在最初就被設計成航線可更換單元，部分航線可更換單元還內嵌了自測試系統，通過輸入輸出參數相連構成機載系統，各系統相互協作工作共同完成飛機功能。航線可更換單元是飛機維修的基本組成單元，航線可更換單元劃分是否合理直接決定了民用航空器在產品全壽命周期中的成本。

（三）劃分研究

作為設計對象的民用航空器具有高度的層次結構，由機體平臺、動力系統、機載設備、控制系統等構成。采用面向系統設計的方法，將民用航空器設計過程分為若干階段，將民用航空器可劃分成子系統和各部件，在充分考慮影響系統完成任務和達到指定目標的所有因素的基礎上對系統進行研究，開發民用航空器航線可更換單元劃分技術，使用該技術確定民用航空器航線可更換單元，應能有效降低維修成本與航材庫存成本。使用采用系統工程理論分析航線可更換單元劃分如何在設計研制階段影響產品技術指標。以虛擬環境下的民機產品數字樣機為對象，基于維修過程虛擬仿真，開展維修性評價理論與方法研究，以便于在方案設計與工程研制階段就能對設計方案進行維修性定量評定與定性分析，及早發現維修性設計的缺陷，提出改進措施，提高產品維修性水平。

四、結論

根據對民用航空器成本方面研究現狀的分析以及標準行業建立的情況介紹，可以看到在民用航空器研制階段開展航線可維修單元劃分研究是非常必要的，也是非常緊迫的。建立合理的民用航空器航線可更換單元劃分不僅能夠降低飛機的全壽命周期成本，而且能夠提高飛機的市場競爭力，是現代飛機制造者和使用者都必須掌握的一項重要技術。