美國國防部在軍用飛機商用衍生型發動機上試點使用PMA件和DER修理

任淑霞 邢天宇 孫明/ 中國航空工業發展研究中心 體系評估中心

本文針對美國國防部在部分軍用飛機商用衍生型發動機上試點使用PMA 件和DER 修理的情況進行了分析，介紹了在軍用飛機發動機上大量使用PMA 件和DER 修理所帶來的風險，以及軍事部門和民航系統關于PMA 件和DER 修理的審批流程上的差異，為國內這方面的使用提供參考和借鑒。

0 引言

由于伊拉克和阿富汗戰爭等原因，2001—2014 財年，美國國防部在運營和維護方面的撥款年均增長率為5.9%，超過了同期國防部預算年均4.8%的增速。以美國空軍預算為例，與飛機相關的費用占了大部分運營和維護資金，僅飛機發動機的維護費用每年約占30 億美元。隨著冷戰結束，美國國防部開始削減預算，從2014—2019 財年，國防部預算每年減少1%，總計減少5%，運營和維護預算更是以每年3%的速度下降，總體降幅為14%。為應對預算削減帶來的沖擊，美國防部開始學習民用航空領域的先進經驗，在部分軍機商用衍生型發動機 上試點使用PMA 件 和DER 修理，以有效降低維修成本。

在民用航空領域，航空發動機維修成本一直是航空公司維修成本支出最大的一項，每年全球發動機維修市值約占整個MRO 市場的40%。受人工費用及原始設備制造商（OEM）零部件目錄價格不斷增高的影響，航空公司面臨維修成本上漲的壓力日益增大，紛紛在OEM 之外尋找可替代航材供應和維修方案，其中使用PMA 件和DER 修理正在成為越來越多航空公司的選擇。據不完全統計，PMA 件比OEM 件可節約成本25%～45%，DER 修理可節約成本高達80%。

美國國防部在其加油機、運輸機、指揮控制和通信機隊中使用了許多商用衍生型發動機，這些發動機與商用發動機共享通用技術，甚至具有與商用發動機相同的零部件。國防部每年在發動機維護上的花費相當大，其中商用衍生型發動機是維護成本最高的一部分。早在2008 年，美國空軍為了控制運營和維護預算就開始嘗試在部分軍事商用衍生型發動機（如KC-10加油機裝配的F103）維護中使用了PMA 件和DER 修理，單次大修成本可節省超過100 萬美元，美國防部認為此方法可極大地降低飛機維護運營成本。通過研究美國防部在軍機商用衍生型發動機上試點使用PMA 件和DER 修理的成功經驗做法，美國防部認為，此方法可極大降低國內裝備維修保障費用，實現最優效費比。

1 美國國防部在部分商用衍生型發動機上試點使用PMA 件和DER 修理

為了驗證在商用衍生型發動機上使用PMA 件和DER 修理帶來的成本節約，美國國防部委托蘭德公司空軍項目辦開展相關研究，對比分析商用衍生型發動機和商用發動機在零部件的通用性、審批程序上的差異以及可能帶來的成本節約空間。

蘭德公司選擇了兩款商用衍生型發動機開展案例研究，分別是美國空軍使用的CF6-50 發動機和被空軍和海軍使用的CFM56-2 發動機。CF6-50C2/F103 發動機應用于空軍KC-10 飛機，CFM56-2A 發動機用于海軍E-6В 飛機，CFM56-2В/F108 發動機用于空軍KC-135 和RC-135 飛機（如表1 所示）。這兩款商用衍生型發動機庫存量大且與商用發動機通用的零部件占比高，服役已有數十年。

2008 年之前，美國空軍與OEM 簽訂的這兩款商用衍生型發動機維護合同中不允許使用PMA 件和DER 修理。以F103 維護合同為例，大修費用中約75%用于零件采購，其余25%用于人工成本。從2008 年到2010 年，美國空軍批準合同商允許使用PMA 件和DER 修理。經統計，使用PMA 件和DER 修理后，F103 發動機每次大修的成本節省了20%～25%，從2010 年到2013 年共節省了2 億美元，且航材采購成本占總維修成本比例下降到25%左右，人工成本占總維修成本的75%，實現了很大的成本節約。美國空軍對使用PMA 件和DER修理的效果感到滿意，并計劃在下一份合同商保障合同中繼續使用。但相比之下，F108 只是偶爾使用PMA 件和DER修理。

除了能夠降低成本外，使用PMA件和DER 修理還能夠保證在制造和維修資源減少的情況下，為老舊裝備提供備用的部件和維修來源，以維持供應鏈的穩定性。由于用于軍事用途的發動機庫存時間比航空公司長得多，隨著供應商倒閉或關閉生產線，零部件獲取越來越難，而PMA 件和DER 修理可以很好地彌補老舊發動機零部件短缺的風險。

圖1 1990-2019 財年國防部用于運營和維護的預算所占百分比

表1 CF6-50 和CFM56-2 發動機在軍、民機中的應用

2 在軍事用途的飛機發動機上大量使用PMA 件和DER 修理具有一定的風險

考慮到在KC-10 裝配的F103 發動機上廣泛使用了PMA 件和DER 修理，而在執行相同加油任務的KC-135 裝配的F108 發動機上則很少使用，主要原因在于反對者認為在具有軍事用途的飛機上大量使用PMA 件和DER 修理可能存在風險。

蘭德公司分析了大量使用PMA 件和DER 修理的風險有三類：第一，即使在商業環境中運行，非OEM 件也不如OEM 件質量好，而且更有可能發生故障；第二，OEM 對使用非OEM 件和DER 修理的運營商采取抵制政策；第三，FAA 認證的零部件和DER 修理僅等同于在商業環境中使用的OEM 產品，但在軍事用途中無效。

2.1 可靠性差異

盡管FAA 證實了PMA 件的可靠性與OEM 件相同，但還是有很多航空公司認為非OEM 件存在很大的安全風險，可靠性不如OEM 件。尤其是許多較小的航空公司和租賃公司，由于不具備大的航空公司強大的工程技術能力來管理這類部件，更多依靠OEM 專業知識來進行管理，因此不愿意承擔使用非OEM 件帶來的風險。

2.2 轉售或租賃的估值降低

使用PMA 件和DER 修理將導致發動機轉售或租賃的估值降低，許多將維修外包的小型航空公司仍禁止使用PMA件和DER 修理。市場上很大一部分發動機是用于租賃的，并且有些公司不希望因安裝PMA 件而承擔運營責任的風險，因此租賃公司通常不使用PMA 件和DER 修理。

2.3 OEM 對PMA 件和DER 修理的抵制

由于PMA 件和DER 修理的大量使用會直接削減OEM 的收入來源，OEM也采取了直接或間接的抵制策略。直接抵制策略包括：拒絕對使用PMA 件和DER 修理的產品提供保修服務、引入替代件降低成本。2007 年，OEM 正式要求FAA 研究PMA 件和DER 修理是否合規。FAA 研究指出，PMA 件和DER修理應視為原始型號合格證件的互換件，OEM 有責任對其設計的零部件兌現保修。OEM 的另一種直接抵制策略是通過引入替代零件降低成本，從而阻止非OEM 供應商開發PMA 件或DER修理，甚至驅逐他們退出市場。

OEM 采取的間接抵制策略，如提供“按小時”付費服務，這對于沒有維護能力的航空公司特別有吸引力。此外，OEM 在零部件升級時采用分配新的零件號并更新圖紙等手段，這就使得原PMA 件或DER 修理的批準失效，需要重新報FAA 審批。

2.4 軍、民機飛行剖面和運行環境差異帶來的風險

圖2 美國國防部和商業航空公司供應源審批流程

美國軍事服務部門不愿意使用PMA 件和DER 修理的一個主要原因是商用飛機與軍用加油機的飛行剖面存在差異。一般來說，在零部件通用程度高且故障模式基本相同的情況下，軍、民機飛行剖面的差異確實會導致故障率的增加。但通過研究發現，商業飛行的剖面為起飛、爬升、巡航、下降和進近著陸，而軍事加油機的飛行剖面為起飛爬升到達操作高度后，在指定點徘徊并加油，最后飛回到指定基地，二者運行剖面基本相同，并沒有顯著性差異。因此，以飛行剖面不同為理由限制使用PMA 件和DER 修理是不合理的。此外，美國空軍已經在KC-10 加油機裝配的F103商用衍生型發動機上廣泛使用了PMA件和DER 修理；另一方面，商用衍生型發動機中用于軍事用途的重要零部件編號與商業飛機類似的零部件編號是不同的，與商業飛機發動機上擁有相同編號的零部件適用于任何運行環境。

由于商業航空和軍事飛行在飛行小時數、起飛推力設置和運行環境上存在差異，美國國防部要求進行大量的測試來證明PMA 件和DER 修理能夠符合軍機飛行剖面和運行環境的要求，這也造成了非OEM 廠商進入國防部市場是非常困難的。其一，飛行小時數的差異，商業飛行的飛行時間更長；其二，起飛推力設置差異，軍機設置的起飛推力更大，發動機磨損更嚴重，但發動機的運行接近其設計包線運行會導致零部件故障的頻率，而非故障模式；其三，軍機與民機的運行環境不同，軍機在戰斗環境中運行，例如在沙漠中聚積的沙子和灰塵會導致發動機零部件的腐蝕和磨損，運行環境可能導致發動機零部件的故障模式不同。

3 軍方和民航局關于PMA 件和DER 修理的審批流程存在差異

美國空軍采用供應源審批SAR 流程對非OEM、主承包商或主要子系統承包商提供的零部件替代供應或維修源的方式進行監管。通過將美國空軍發動機零部件供應SAR 流程與美國主要商業航空公司相應處理過程進行比較，可以看出兩者存在的差異。差異程度均按綠色，黃色和紅色進行標示，其中紅色表示處理流程在兩者之間的差異最大，其次是黃色，綠色代表差異最小。從圖2 可以看出，兩者在構型管理上差異最小，在審查數據包上差異最大。

3.1 識別可替換備件和供應源

航空公司首先挑選出最有可能帶來顯著成本效益的部件，然后在FAA 批準的PMA 件清單中檢查這些部件，以獲得快速、低風險的成本節約機會。此外，還考慮了其他可能限制替代來源批準的因素，如出租人協議、轉售價值降低、OEM 策略、飛機退役和供應商投資等。

與航空公司不同，國防部挑選可替換備件和供應源時最關注的不是成本效益，而是是否擁有其技術數據。擁有飛機和系統的技術數據，可以允許國防部向其他替代源提供零部件圖紙和制造說明書。

3.2 參與基地供應

在與供應商進行互動時，國防部和商業航空公司主要區別在于與潛在供應商的互動程度。相比而言，商業航空公司與潛在供應商的互動程度更高。一方面，航空公司通過確定的零部件清單和預計用途征求供應商的意向。另一方面，供應商通常需要航空公司提供更多的數據對其進行評估，還需要經常訪問技術手冊，以了解相鄰和更高級別的部件功能。此外，還要開發可行的業務案例，以確保收回投資和利潤。

3.3 審查數據包

商業航空公司的審查過程是由經過專業培訓的工程師來進行，他們具備機械、航空航天、材料和冶金背景；而國防部審查數據包往往更依賴OEM支持。這是由于軍方發動機維護工程師往往缺乏培訓和經驗，無法像商業航空公司那樣對非OEM 件和維修進行獨立評估。美國空軍中確實也有擁有這種技能的工程師，但他們更多在采辦或研究機構中工作，而不是在維修部門。

3.4 構型管理

在批準替換件和供應源時，商業航空公司還必須評估和規劃構型變更帶來的影響，這涉及到FAA 安全要求和航空公司安全標準。PMA 件經批準后，必須更新零部件清單，更改維護手冊，對供應系統進行再調整。這些構型管理活動都是需要花費成本的。近年來，航空公司已經應用了精益化管理不斷簡化構型變更流程，以引入PMA 件和DER修理。

3.5 監控

一旦替換件被批準并在系統中對變更影響進行說明，就可以采購新的部件。當新的零部件進入供應系統，商業航空公司和國防部就會跟蹤零部件的質量。國防部采用產品質量缺陷報告(PQDR)系統來跟蹤替換件的質量問題。主要的商業航空公司報告稱，他們已經批準了1500 多個PMA 件和DER 修理，并且只發現了一些小問題,但每年可為航空公司節省了數千萬美元。

4 小結

美國國防部將民航領域PMA 件和DER 修理的“降本增效”成功經驗應用到航空維修領域，體現了其軍民融合理念，即民航的技術和模式同樣可以幫助軍事部門降低成本。之所以美國國防部能取得試點成功，得益于美軍具備試點推廣應用的基礎。

一是美國國防部具備推行PMA 件和DER 修理的技術前提。美國國防部擁有大量的商用衍生型發動機。據不完全統計，美國軍事部門庫存中超過9000種商用衍生型發動機，大部分加油機和運輸機商用衍生型發動機經歷了軍改民、民再改軍的改進過程，軍民零部件具有很大程度的通用性，這也使得在軍用發動機上推行民航PMA 件和DER 修理成為可能。

二是構建了軍民統一的零部件編碼體系。這是全軍甚至北約和盟國統一的編碼標準體系，通過將某型商用衍生發動機上所有NIIN 零件號與PMA 數據庫中可替換的OEM 零件號進行比較，有助于快速高效地尋找適合應用PMA 件和DER 修理的軍用發動機零部件。

三是建立了維修數據共享機制。軍方通過監控發動機運行維護的成本、趨勢和指標，根據民航經驗對趨勢進行基準測試，并將這些數據提供給發動機供應鏈管理、項目管理和工程維護的相關人員。

但美國國防部在試點推廣中也暴露出一些亟待解決的深層次問題。例如，缺乏專業的工程團隊評估PMA 件和DER 修理風險、針對可能存在風險的PMA 件和DER 修理缺乏相應的流程對其進行監控等、應用PMA 件和DER修理可能出現的質量可靠性和OEM 抵制等。此外，還需要考慮軍事運行環境和民航的差異性，這需要對PMA 件和DER 修理進行更長時間的評估。

但隨著上述問題的逐步解決，PMA件和DER 修理在民航領域的成功經驗將被越來越多的應用到商用衍生型發動機上，在保持可靠性和安全性的前提下，可以顯著降低維修成本。這對國內軍用飛機發動機具有一定的參考。但受制于國內軍用飛機發動機應用PMA 件和DER 修理的生態環境尚不健全（如缺乏統一的物資編碼體系、維修數據信息無法共享、航空裝備不具備很好的軍民衍生性等），當前還不具備廣泛推廣應用的基礎，需要審慎考慮PMA 件和DER修理在航空裝備維修中的應用，可以借鑒其思想理念而不能簡單照搬。前期可考慮在一些具有軍民衍生背景的航空裝備中嘗試開展PMA 件和DER 修理，積累一些技術和管理上的經驗，為后續條件成熟時推廣應用做好準備。