飛機易耗標準件維護需求預測的應用研究

徐 菁，吳 甜，李德芳

（成都飛機工業（集團）有限責任公司，四川成都 610092）

0 引言

航空維護所需備件類別眾多，主要消耗品中包含各類別、各規格的標準件，這些標準件的消耗與航空產品的各類故障問題、升級改裝、維修維護等相關，較難提前預測。合理的易耗標件需求預測及準備，可以在降低庫存管理成本的同時，為外場飛機執行任務提供必要的保障，摒棄外場依靠技術管理人員經驗判定，因此有必要探索標準件外場備件的分析及預測方法，為外場保障提供參考。

1 易耗標準件預測方法

飛機的服役階段為其全生命周期中最為重要的階段，在此階段，飛機的日常維護和更新是保證飛機安全運行的重要保障。隨著飛機造價愈發昂貴，飛機的日常維護和更新引起了行業的重視。飛機的零件、標件、鉚釘與材料是飛機維護和更新過程中的主要消耗品。在執行緊急外場任務時，易耗品必須提前準備，是執行飛行任務前不可缺少的準備工作之一。

標件種類多，消耗數量大，是日常維護和管理的難點。目前，行業對于易耗標準件的預測研究及應用主要涉及3 個方面，分別是可靠性分析、模擬計算和實戰統計。

1.1 可靠性分析

為將備件庫存成本降低到最小，提出了以可靠性理論為基礎的的航空備件需求模型，對各種備件壽命分布情況的相關參數進行分析。

分析時，首先需對裝備可靠性進行分析，對MTBF（Mean Time Between Failure，平均故障間隔時間）進行估算，再采用數學模型進行推算及預測，如指數分布、正態分布、威布爾分布等，可靠性分析預測可較為準確地定出某一保障概率的備件數量。但可靠性分析預測模型主要基于產品或備件的平均壽命，對標準件這類本身壽命與易耗源頭無法清晰判別的情況并不適用。

1.2 模擬計算

模擬仿真算法對作戰條件、作戰樣式、裝備類型、使用環境等影響因素進行分析，建立裝備作戰模型及備件關系模型，通過計算機仿真進行損傷及備件需求預測。國內外均基于各自產品的實際情況進行了相關建模及研究分析，但此類預測方法需集成的數據量較大，如在某型飛機交付前進行計算預測，可能數據不準確、可信度不足；如在飛機交付后進行，則失去了模擬計算的意義，故應用暫不廣泛。

1.3 實戰統計

實戰統計或基于歷史實戰原型，或通過記錄、分析裝備的故障率及損耗數等歷史統計數據，通過統計、分析戰例中武器裝備的損傷情況，找出戰損規律。其中代表性的模型是QJM（Quantity Judgement Model，定量判定模型）。該模型雖然確定了較為清晰的QJMA（Quantity Judgement Method Analysis，定量判定模型分析）流程，但是在實際應用中，必須有龐大的數據量支撐，不過這些必要的參數通常難以獲取，尤其針對服役年份不多的機型，無法得出最終的記錄數據。

2 易耗標準件預測模型的建立

2.1 易耗標準件類別與消耗量

以統計數據為基礎，統計分析及計算范圍為數架份某型飛機服役3 年排故所消耗的標準件數據。

3 年內數架份飛機排故所消耗的標準件數據如圖1 所示。可以看出，消耗量最大的3 種標準件為小冠頭雙線螺栓、齒輪槽100°沉頭螺栓和齒輪槽120°沉頭螺栓。

對主要易耗情況進行分析：

（1）消耗類別：外場消耗的標準件類別及消耗量與全機實際用量無特別的對應關系，從統計數據來看，主要消耗是螺栓或螺母，全機制造過程大量使用的鉚釘、抽釘等消耗量極少。

（2）消耗原因：影響易耗標件消耗數量的原因較多，如飛機起降和飛行過程中的交變載荷引起的振動，人工操作產生的螺紋損傷，飛行任務數量及飛行時間，維修保障周期影響等。外場消耗主要是螺栓，螺栓多次拆出及擰緊，容易出現螺栓滑絲、破損及螺母槽口變形問題，產生消耗。

（3）消耗階段：飛機外場改裝，排故和日常維護過程中拆卸口蓋進行相關工作，口蓋連接主要采用螺接。

為了建立更為準確的預測模型，消除因數據量不足產生的計算偏差，此次研究選取眾多易耗標準件中消耗量最大的3 種標件作為數據基礎。

圖1 易耗標件類別和占比

2.2 易耗標準件需求預測模型的構建

消耗量最大的3 類標件在飛機服役起3 年內的消耗量和時間如表1 所示。將表中數據繪制成曲線圖，并擬合曲線方程，如圖2～圖4 所示。

表1 3 年內消耗量累加統計 顆

從圖2～圖4 可知，3 種標件消耗的擬合曲線較好的符合BiDoseResp 函數模型，BiDoseResp 函數模型如式（1）所示。

式中，y 為隨時間推進的標件易耗總數，x 為月份，h1、h2、P為涉及標件消耗的影響參數，x01、x02分別為趨勢變化的兩個拐點影響參數。

圖2 小冠頭雙線螺栓消耗曲線

圖3 齒輪槽100°沉頭螺栓消耗曲線

圖4 齒輪槽120°沉頭螺栓消耗曲線

將3 種標件消耗曲線擬合求得各參數（表2）。

由表2 可知，3 種標件消耗量的擬合曲線與原始數據的確定系數R2均為0.99，可知BiDoseResp 函數模型能夠很好地反映易耗標件的使用數量。

影響易耗標件消耗數量的原因較多，如飛機起降和飛行過程中交變載荷引起的振動、人工操作產生的螺紋及槽口損傷、飛行任務數量及飛行時間、維修保障周期影響等。以上影響因素多、復雜且難以統計，但通過消耗數量擬合函數模型分析，可以得出較為規律的消耗趨勢。從圖2～圖4 分析可知，易耗標準件在服役期內（0～36 個月）的消耗趨勢可以大致分為3 個階段。

表2 擬合曲線方程參數

（1）0～12 個月急速增長期：各類出廠帶出的故障及工藝缺陷，在此階段得到排除及解決，造成標件消耗增加。

（2）12～24 個月平緩增長期：大部分自帶問題已解決，進入產品正常的使用期，該階段可能存在問題隱患，但尚未到達故障出現的時機。

（3）24～36 個月的第二次急速增長期：產品飛行及任務執行達到了一定的階段，前期的隱患得以出現，部分成品在此階段到壽更換造成標件消耗。

根據趨勢可以推測，第36 個月以后可能進入第二次平緩增長期，涉及大型的消耗已經結束，消耗量趨于平緩，消耗原因基本與日常維護及保障相關。

3 需求預測模型的應用與分析

預測模型以飛機服役前36 個月的易耗標件消耗量為數據樣本。每月數據為該月份消耗標件數量與之前月份消耗量的總和。對比飛機服役的37～39 個月易耗標件實際消耗數值與預測模型在對應月份計算數值見圖5，對比結果見表3。從表3 可以得到：①3 種易耗標件的增長趨于平緩，符合BiDoseResp 函數曲線的收斂特性；②該預測模型的計算數據與實際消耗值接近，3 種易耗標件的預測誤差均在5%的范圍內，該預測模型的預測結果準確性較高。

圖5 實測值與計算值曲線

表3 預測模型數據驗證結果

4 結論

飛機任務執行要求的提高，對備件準備的要求也隨之嚴格，合理的易耗標件預測及準備，可以為外場飛機執行任務提供必要的保障。摒棄外場依靠技術管理人員經驗判定，有必要開展易耗備件外場備件的分析及預測。本方法與現場實際消耗情況關系密切，根據BiDoseResp 函數模型與實際數據的符合性，可以針對飛機維護和管理給出以下建議：

（1）余量增加：各類別的標準件在預測基礎值上，增加5%的備件余量，并以5 的整數倍進行庫存。

（2）規格配比：各類別標準件可能有多個規格，可根據前期的消耗比例，按一定百分比余量進行規格配比。

（3）更新周期：從物資管理角度出發，以3 個月為一個周期對現場易耗標件數量進行統計和補充。

未來可繼續根據統計數據的累加進行優化，可擴展應用至其他類似機型交付時為用戶提出初始的建議，還可擴展應用至其他類型的消耗備件，如卡箍、濾芯等。