21世紀民航發動機維修工程管理展望

楊二平 賈鵬

摘 要：本文展望了跨入21世紀民用航空發動機維修工程管理的發展方向，主要通過發動機維修管理模式、可靠性以及信息化、維修成本、以及持續維修改進四個方面展開，其中著重針對發動機可靠性及信息化進行了論述，達到的效益是航空公司提高發動機維修效率，降低發動機維修成本，提高航空公司飛機運行可靠性。

關鍵詞：民航；發動機；展望

Prospect the civil aviation engine maintenance management in the 21st century

YANGERPING JIAPENG

Aircraft Maintenance And Engineering Corporation， BeiJing ，P C：100621

Abstract： The academic thesis prospect the civil aviation engine maintenance engineering management in the 21century， mainly through the management mode the reliability the maintenance cost， and the continued maintenance improvement in the engine maintenance. The academic thesis focuses on the discussed of the engine reliability and information and help the airlines to improve the efficiency of engine maintenance， reduce engine maintenance costs and improve the operation reliability of the aircraft.

Key words： civil aviation； engine； expectation

引言

航空發動機維修工程管理，是指航空公司以航空發動機維修為預期目標，有效的利用資源，針對航空發動機維修工程所進行的決策、計劃、組織、指揮、協調與控制。它是一種動態的創造性管理活動，運用系統工程的理念、技術與方法，對維修線的建設、維修等技術研發實施全系統、全壽命期的系統管理，不斷用科學的決策進行資源的合理配置、綜合權衡和系統性能優化。

1 概論

航空發動機是高速、高溫燃燒氣體在高負荷下工作的動力機械，這種復雜的選擇機械綜合運用了氣動熱力學、燃燒學、結構力學、自動控制技術及材料、工藝、測試等方面的科技成果研制出來，由數以萬計精密的部件組合在一個尺寸受到嚴格限制的空間內，要求它在壓力、溫度、轉速和應力變化范圍很大的嚴酷條件下，不僅要滿足性能、環境等方面的特殊要求，而且還要持久、可靠的工作。這些特點決定其具有高風險的特征：一方面，由于發動機本身的因素、修理技術和工藝因素，任何微小的風險事故都可能會對發動機產生不可估量的損失，甚至造成等級事故；另一方面，由于發動機制造成本高昂，維修保障花費巨大，在維修過程中涉及維修前的準備、先進維修技術運用、維修后的可靠性和質量檢驗，無論在生產硬件還是技術上的投資都十分巨大，因此對維修工程提出了更高的要求。下面結合目前國內各航空公司發動機維修模式現狀，分別從發動機維修模式、維修可靠性以及信息化、維修成本、和維修的持續改進四個方面進行分析。

2 發動機維修模式管理

目前航空公司對于發動機維修主要采用基于時間的維修（定時維修）、基于故障的維修（事后維修）和外場搶修三種方式相結合的維修體制。簡言之就是根據發動機實際工作狀態安排維修。在當前航空公司機務維修系統成為獨立MRO企業的大勢下，對于航空發動機工程管理應做以下三個方面的轉變：

2.1 由統一維修管理向細化維修管理的轉變

統一維修管理即不區分個體的差異性，對于不同的發動機采用大體相同的維修管理。而細化管理則是：綜合考慮不同型號、不同設計狀態、不同制造批次、不同壽命期、不同使用狀態等因素，對每臺發動機制定差別化的維修管理方案，這樣可以差異化對待不同的維修產品，增加發動機維修管理的主動性，合理組織維修過程，提高工作效率。

2.2 由簡單的換件維修向更深度維修的改變

國內航空公司對于發動機的維修技術能力僅僅停留在換件維修上，換件維修是指用已有的庫存備件替換已出現故障或者存在潛在故障的部件。在未來應通過研究發動機損傷規律、故障機理，制定修理技術方案，不斷的提高新的工藝方法與手段，突破原有的修理極限，進一步向世界先進MRO企業邁進。

2.3 由故障維修向預防維修的轉變

預防維修是指依據發動機積累的大量統計和監控數據，預測發動機的潛在故障部位和故障模式，在發生故障之前，通過對發動機的系統性檢查，檢測和對零部件修復，以防止功能故障發生，使其保持在規定的技術狀態內。對于航空發動機而言，預防性維修擁有較強的針對性，不僅能充分利用發動機及其部件的工作壽命，又能有效預防偶然性故障發生，大大提高航空維修的有效性和經濟性。

3 發動機維修可靠性以及信息化

航空發動機在設計制造時受到客觀條件和材料技術工藝水平的限制，往往有一些先天不足，使發動機的可靠性和使用壽命受到限制。依據傳統思想認為，航空發動機隨著時間的推移而故障增多，因此當發動機使用到一定壽命就必須進行維修工作，通過使用時間進行定時維修工作來控制航空發動機的可靠性，工作做得越多，可靠性就越高。但實際情況并不是如此。同時在未來的發展中，隨著航空機隊不斷的擴大，而維修資源無論從設備還是專業人員上都無法跟上發展的腳步，這就需要我們必須建立以可靠性為中心的維修，即以故障模式影響分析為基礎，以維修工作的適用性、有效性和經濟性為決斷準則，確定是否進行維修工作以及維修工作的內容，以最小的維修資源消耗來保持航空發動機的固有可靠性，這其中最重要包括以下三大方面：

3.1 發動機故障預測與健康管理系統

在航空發動機使用過程中，典型常見故障主要包括：穩定性故障、氣路故障、磨損故障、熄火故障、軸承故障、結構疲勞以及控制系統故障等。針對這些典型故障，發動機預測與健康管理系統將機載傳感器實時監控信息，通過系統轉化為機載診斷信息和壽命管理信息，通過地面站系統處理后形成故障隔離任務，根據部件壽命消耗情況和故障隔離處置結果產生備件需求信息、發動機修理更換件信息，并發送至航材保障系統、維修工作人員和基地大修機構，從而形成基于發動機典型故障預測與監控管理系統維修模式。

3.1.1 系統組成

從硬件角度看，系統主要分為機載系統和地面工作站兩部分。

機載系統部分主要包括：中央處理器、系統軟件實現、BIT、存儲介質、傳輸接口、電源模塊、信號處理模塊、配置管理模塊、健康管理專用傳感器。其中軟件實現是系統的核心，最主要功能包括對發動機氣路、振動、滑油以及壽命管理實現。

氣路故障預測與管理：一般而言，進氣道與發動機不匹配造成的穩定性問題，如喘振、失速等，可以通過氣路參數進行征兆檢測，同時配合放氣系統、主動控制系統進行緩解。系統總體覆蓋對象為：風扇、低壓壓氣機、高壓壓氣機、高壓渦輪、低壓渦輪、燃燒室、尾噴口以及FADEDC傳感器、執行機構等。

振動故障預測與管理：發動機工作時，風扇、壓氣機、渦輪葉片在機匣內高速旋轉，收到氣流沖擊、化學腐蝕、熱應力、離心力、機動載荷造成的磨損或者損傷，這些損傷會導致轉子不平衡，從而增加因轉子不平衡應力作用于發動機結構或者對應的支撐軸承，引發發動機其它部件或者附件的破壞性振動。目前主流的振動監視方案是從機匣安裝振動傳感器監視轉動系統、傳統系統的實時運行狀態。系統可覆蓋的部件包括壓氣機、渦輪、主軸承、附件機匣等。

滑油故障預測與管理：滑油系統為整個傳動系統提供滑油確保傳動部件正常工作，滑油潤滑的部件包括主軸承、附件機匣主減速齒輪、軸承等。滑油系統故障會引起潤滑惡化，誘發傳動部件過早失效，甚至導致空中停車。為確保滑油系統工作正常，需監視滑油溫度、壓力、滑油濾壓差、滑油消耗率以及滑油系統中的金屬屑。系統可覆蓋的對象為：主軸承、附件機匣軸承、附件機匣齒輪、滑油系統、滑油消耗等。

地面工作站是整個發動機監控系統的重要組成部分，機載部分主要功能是實時監控發動機各部件、系統的健康情況，并存儲記錄運行中異常事件的數據，通過傳輸設備將數據發送到地面站。地面站的主要功能是對機載傳輸信息進行處理，形成故障隔離任務，根據部件壽命消耗情況和故障隔離處置結果產生備件需求信息，同時對發動機數據進行趨勢分析，尤其是針對氣路性能參數進行分析，并做深入的故障診斷和隔離，為維修提供技術支持。

3.1.2 系統一般架構

從信息處理的角度看，發動機故障預測與監控管理系統就是將原始傳感器信息轉化為機載診斷、壽命使用信息，為維修和保障提供決策輸入的載體。在這種架構下，系統有以下部分組成：征兆：感知當前發動機狀態、識別故障征兆或異常；診斷：主動進行征兆分析并明確其成因的過程；預測：確定成因或狀態的起始點和時間框架；規定操作：對于征兆決定做什么對策并按對策做組成。實現組成部分包括裝備、軟件、人員、技術和程序。

3.2 數據采集及信息共享系統

數據采集是可靠性評估的重要組成部分，也是可靠性分析準確性的重要保證，在發動機使用和維修過程中，會產生大量的數據信息，這些數據可以提供很多判斷發動機技術狀況的信息。應依托現有航空公司的發動機監控軟件，從中找出關鍵信息，建立相應的發動機信息庫或者信息共享平臺，以數據庫形式建立維護信息、故障信息以及停維修質量信息，實現以工程為中心，對內與各相關職能部門、外場維修生產部門，對外與發動機制造生產廠家、和發動機送修廠家信息交流平臺，使各單位信息互通、互聯和數據共享。

3.3 風險報警和故障處置系統

有效的風險報警系統能夠預測和判斷發動機的可靠性狀況，有助于更好的監控發動機的性能狀態，對發動機視情維修后的可靠性進行評估的同時，對維修方案提供優化數據，對運行風險進行相應的處置。針對風險處置過程應包括以下四個階段：

3.3.1 風險識別

主要通過故障采集和使用監控兩種方法進行識別。故障采集主用來源于相關質量部門定期下發的質量安全問題報表、以及針對發動機故障分析會中的故障情況；而使用監控主要根據發動機全壽命信息管理系統中的相關數據、以及外場執行發動機改裝、EO中發現的故障隱患。

3.3.2 風險評估以及告警

主要通過識別在發動機維修過程中存在哪些風險會影響最種的固有可靠性，從技術人員、航材備用和運輸、工程手冊程序流程等方面，對不同崗位、不同發動機型號進行全方位梳理；另一方面，針對發動機故障時應從果到因，以結果為源頭逆向反推，如發動機重要承力件裂紋、發動機不同轉子的振動、滑油和燃油滲漏、EGT超溫等較大質量問題風險進行有效識別，對形成風險的因素和過程進行梳理，制定風險清單和管控措施，定期檢查。

3.3.3 風險傳遞

針對第一部分風險識別采集數據制定風險清單，對風險的來源、促成條件、以及風險的發生概率以及影響程度進行初步分析，然后依據不同數據制定成風險評估公式，然后按照風險度從高到低將風險分成不同等級。

當風險水平達到預警界限時，應發布不同告警通知單，通知到相關各級維護人員，確保相關人員及時知悉故障及危險性，同時擔任相應的責任，將質量壓力傳遞到末端進而分攤。根據不同風險級別，確定不同的分級處理機制。簡單舉例比如針對某種發動機設置三個級別安全風險警告，紅色：主要是偶發或多發外場故障，可能影響飛行安全；橙色：偶爾發生維修過程質量問題，造成再次維修或者一定經濟量損失：如滑油消耗大、滑油壓力低故障；黃色：如多發頻發的技術類告警、漏檢漏修問題等。

3.3.4 風險處理

主要目的是對識別的告警的風險，根據不同告警級別，由相關負責人組織相關人員制定措施，并加以實施，防止重復問題的發生，要明確建立故障處理會制度、參會人員及職責和考核制度，定期交流匯報，集智攻關，制定有效措施，最終實現故障風險告警和處理的系統聯動。

4 發動機維修成本

根據統計，航空發動機全壽命期維修成本是航空發動機全壽命期費用的重要組成部分，占到60%至80%左右。而其中執管基地級維修成本占到發動機全壽命期維修成本的95%以上，因此如何做好執管基地級發動機維修的成本管控，是航空器維修企業降本增效、創新發展的有效途徑。從未來發展角度出發，應做好以下幾個成本的管控：

4.1 發動機維修線建設成本

在國內航空公司機務維修獨立成為MRO企業大勢下，以未來航空MRO維修企業定位，發動機維修線的擴張同建設必不可少，而這部分成本最終將形成企業固定或者無形的資產，為新公司未來的發展運行帶來巨大的收益。

4.2 維修基地運營成本

是指維持基地正常運行所發生的一切費用，因為維修基地擔任著不同發動機的運營保障，因此運營成本難以對象化，準確分配到每一臺發動機。

4.3 基地級維修成本

是指航空發動機在維修過程中產生的成本，包括直接材料、試車油耗、人工以及新項目開發專項費用等。其中直接材料又可分為發動機更換部件和易損件，這占到維修產生成本的絕大部分。對于這部分成本控制，應以生產作業為主，優化維修流程，合理優化維修資源配置，對降低發動機維修成本有著積極的作用。

5 發動機維修持續改進

對于發動機維修工程管理所面臨的發展趨勢與挑戰，有必要建立一套適合其自身的管理模式，其中最重要的是要有自我修正，即管理模式應隨著工程管理內外環境變化不斷發展和完善。主要分解到實際中應包括三個層面：從宏觀層面，管理者應不斷主動尋求改進發動機維修工程有效性和效率的機會；在中層層面，要在實際工作中涉及組織方式變動，包括組織目標調整、組織機構變動、各部門接口方式變動，資源再分配、激勵制度創新等等；最后在微觀方面，應積極號召全員參與，持續、全面的改進組織績效。

6 結束語

在21世紀中國國內民航業發展大好的形勢下，在發動機維修領域，我們具備較好的國際合作環境，也有條件引進和借鑒國外的先進的技術和管理經驗，通過全行業職工的不懈努力，必定會在世界航空發動機領域占有一席之地。

作者簡介：

楊二平，賈鵬。北京飛機維修工程有限公司.