民用飛機LRU規劃的維修性因素研究

陳 卉

(上海飛機設計研究院，上海 201210)

0 引言

LRU的定義是指可在飛機上(原位)直接更換的具備獨立功能的零件、部件、組件等。LRU規劃可以提高航線上更換的便利性，改善維修性，大大節省維修時間，并能在一定程度上減少非計劃停場，從而提高飛機簽派可靠度。LRU規劃是民用飛機設計的基本環節，不僅與飛機系統功能相關，而且與維修性、可靠性、安全性等設計密切相關，并與飛機總體布局方案相互融合，上述幾個因素相互之間綜合權衡貫穿于飛機設計過程中。但是，目前實際飛機設計研制時，LRU規劃往往是憑借經驗進行的，并沒有足夠重視并進行相應的研究。LRU規劃設計是維修設計的一個重要組成部分，因此建立LRU規劃方法，對于指導飛機維修性設計具有重要意義。

1 航線可更換單元

LRU是民用飛機的重要組成單元，指在航線使用環境中可更換的產品及其組成部分。主要含義包括以下三點：

1)在外場使用環境中。LRU設計主要是為了提高在實際使用環境中更換的方便性。因此需要較多地考慮LRU的現場故障診斷性、更換方便性、調校簡單性等。

2)可更換的。LRU就是為了使產品在使用出現故障或預計將要出現故障時進行現場更換而設計的。

3)零部件及其組成部分。LRU作為系統的一個單元，可以是一個零部件，也可以是幾種零部件的組合。至于如何規劃設計LRU，將哪些零部件劃分為一個LRU，則要綜合考慮性能、可靠性、維修性、測試性等多方面因素。

2 飛機系統結構分解

飛機系統的結構分解呈現了組成該系統的功能或物理元素，以及這些功能與物理元素間存在的固有層級關系，系統結構分解應能夠分解至原位最低可更換級別。系統結構分解可通過以下形式來表現產品的功能及物理組成：

1)功能分解，以系統功能為對象，分解為功能、子功能、子子功能等；

2)物理分解，以系統物理組成為對象，分解為組件、部件、零件等；

3)功能與物理混合分解，以系統功能為對象，分解為功能、子功能、子子功能等，同時將系統物理組成與系統功能進行掛接，體現系統功能與物理組成之間的固有聯系。

民用飛機的系統結構分解通常采用功能與物理混合分解的方法。以民用飛機燃油系統結構分解為例，如圖1所示，燃油存儲系統和燃油通氣系統等，體現的是功能分解；油箱的接近口蓋，中央油箱負壓釋壓閥等體現的是物理分解，通常體現到物理層級分解后的產品結構即可被定義為該系統的LRU，比如上述提到的油箱接近口蓋、負壓釋壓閥。

圖1 民用飛機燃油系統結構分解

3 航線可更換單元的確定流程

航線可更換單元可分為不同的層級，主要為0級、1級、2級和3級等。0級航線可更換單元不是其它任何一個航線可更換單元一部分，主要包括成品件、結構件和組件等。1級航線可更換單元是0級的一部分，2級航線可更換單元是1級的一部分，3級航線可更換單元是2級的一部分，以此類推，直至不可分解。

航線可更換單元的確定流程如圖2所示，航線可更換單元主要包括飛機主制造商自制的飛機組件及零件(統稱為自制件)以及系統供應商研制和提供的組件及零件(統稱為供應商件)。因此其流程說明如下：

1)確認供應商件和自制件，刪除航空公司不可維修和拆裝的項目；

2)分解每一個項目(分解層級0級)到組件或者零件；

3)分解每一個組件(如分解層級1)到下一級(如分解層級2)組件或零件；

4)匯總所有組件(包括分解層級0級、1級、2級和3級等)和零件；

5)按所有符合條件的項目，即為航線可更換單元清單。

圖2 航線可更換單元的確定流程

4 LRU規劃設計的維修性因素

民用飛機在LRU規劃設計時，必須充分考慮飛機的維修性因素。具體考慮的維修性因素應包含定性因素和定量因素兩部分。LRU規劃設計的定性因素應包括三個方面，分別為：人員操作、快速便捷以及維修工具。LRU規劃設計的定量因素主要指的是各項維修性指標，即維修性參數的要求值。在進行LRU規劃設計時能夠明確定義各項維修性指標，并能在研制中跟蹤和驗證或評估各項指標。LRU規劃設計的維修性因素包括:

1)人員操作，這個因素的目標是使得LRU能由最少維修人員完成拆裝；

2)快速便捷，包括分解、替換和再裝的快捷方便，目標是航線更換工作可以在維修程序規定的最短時間內完成；

3)維修工具，維修工作是否要求特殊工具；

4)定量要求，平均修復時間(Mean Time To Repair，簡稱MTTR)。

5 基于LRU規劃的MTTR實現

目前維修性設計主要以維修事件活動為基礎來建立MTTR模型，即把維修事件活動的各個時間累加，從而獲得該維修活動的總維修時間。對每一項或每一個系統獨立的維修活動來說，所預計的維修時間是開展該維修活動的平均時間。目前對維修時間的維修事件活動的劃分有不同的方法，但總體而言，一般可分為五個部分，分別為：(1)故障隔離時間：在使用或不使用輔助測試設備的情況下，把故障隔離到航線可更換單元(LRU)所需要的時間；(2)分解時間：拆卸設備以便于達到在故障隔離過程中所確定的LRU所需的時間；(3)替換時間：更換失效的LRU所需的時間；(4)再裝時間：在換件后重新結合設備所需的時間；(5)校驗時間：為證實設備已恢復到發生故障之前的運營狀態進行的測試所需的時間，如圖3所示。

圖3 MTTR的組成結構

1)故障隔離和校驗時間的實現，主要通過兩部分控制，分別為通過控制設備的平均失效間隔時間(Mean Time Between Failures，簡稱MTBF)和故障隔離手段實現目標。在總體設計時，優化布置，將MTBF低的或者C檢以下的設備布置于環境良好且無遮擋的空間，或將重量高的設備，設計時提高其MTBF。同時在設計時，將隔離時間或校驗時間占總MTTR時間百分之五十以上的設備，保證MTBF全壽命周期內次數滿足MTTR的設計要求。故障隔離手段的控制，主要在設備設計時應有機內自檢測(Build In Test，簡稱BIT)，包括通電內測(Power Up Built In Test，簡稱PBIT)、持續機內自檢測(Continuous Built In Test，簡稱CBIT)和初始機內自檢測(Initiated Built In Test，簡稱IBIT)。

2)接近時間的實現，是通過控制口蓋拆卸時間來實現目標。主要基于維修計劃文件(Maintenances Planning Document，簡稱MPD)任務項中維修口蓋和維修頻率的清單，建立口蓋類型和維修間隔的關聯性，從而通過確定A、C檢所需快卸口蓋的位置及數量及開合人工時，達到保證維修時間的目的。

3)替換和再裝時間的實現，主要是通過規劃LRU實現目標。LRU是基于功能規劃設計，并在規劃時綜合考慮總體布局及四性設計。針對MTTR的考慮，主要是在規劃時考慮規定時間內LRU的可靠性、LRU更換時需更換的部件數及相互之間的故障率情況以及航線更換工作是否可以在維修程序規定的最短時間內完成。

6 結論

本文針對LRU規劃進行了初步探討，主要從LRU的定義入手，引入了飛機系統結構分解的概念，介紹了LRU的確定流程，闡述了LRU對飛機設計特別是維修性設計的含義，通過分析維修性因素在LRU規劃的作用，對MTTR的實現提出了可落地的措施，該措施綜合考慮了故障隔離、分解、更換、再裝及校驗因素，能夠有效提高LRU規劃的合理性，改善飛機維修性設計。但是由于目前飛機設計時對LRU規劃的工作的不重視，因此后續還需要更多的研究工作。