基于場景分析的航空發動機維修性評估方法研究

顧海健 邵傳金

摘要：以某型航空發動機風扇進氣錐前段為例，結合具體的維修對象介紹維修性評估的全過程。通過確定航空發動機各部件系統相關維修對象和維修場景，分析維修步驟，建立維修流程，進行維修性定量和定性要求評估，制定出一套基于場景分析的航空發動機維修性評估方法。

關鍵詞：維修對象；維修場景；維修流程；維修性評估

Keywords： maintenance object；maintenance scenarios；maintenance process；maintainability evaluation

0 引言

維修性是指產品在規定的條件下和規定的時間內，按規定的程序和方法進行維修時保持或恢復到規定狀態的能力[1]。航空發動機是工業皇冠上的明珠，在航空發動機的設計研發中保證其功能、性能、強度、適航達標是研制過程中的最低要求，同時，維修性的好壞將直接影響到客戶的選擇進而影響到航空發動機的商業成功[2]。因此，在航空發動機的研制過程中需要開展維修性設計，同時開展維修性的分析評估，并在整個研發中不斷地設計優化，最終達到維修性的最優化，保障航空發動機的順暢運營。

本文以某型航空發動機風扇進氣錐前段的維修性評估過程為例，闡述發動機各部件系統維修對象、相關維修對象的維修場景、相應維修場景下維修對象的維修步驟以及維修流程的確定方法和建立過程，制定一套基于場景分析的航空發動機維修性評估方法。圖1為基于場景分析的發動機維修性評估流程示意圖。

1 確定維修對象

航空發動機維修對象的確定應遵循以下4個步驟。

1）確定維修對象需求

參考目前主流的相似機型，梳理手冊（ESM）中的每一項維修任務，確定維修對象，按ATA章節號進行分類，形成參考機型各部件系統維修清單。維修對象的層級細化到ATA的第6位，如71-11-01左風扇罩。

2）分析組件明細表

零組件明細表列出了組件的下一級零組件清單以及相應的裝配數量。根據零件目錄、工程圖紙和零組件明細表進行分析，確定各部件系統組件明細表中承擔部件系統功能的零組件。

3）確定航線可更換單元（LRU）清單

參考國內外相似機型LRU制定經驗和某型航空發動機的結構方案，再依據LRU的基本劃分原則，包括是否限壽件、傳感器、冗余、故障率等方面，最終形成某型航空發動機的LRU清單。

4）形成維修對象清單

參考成熟機型的維修對象清單，依據某型航空發動機部件系統的組件明細表以及LRU清單，確定各部件系統維修對象清單，維修對象清單應涵蓋計劃維修任務和非計劃維修任務。

以某型航空發動機風扇增壓級為例，其維修對象清單如表1所示。

2 確定維修場景

航空發動機維修場景的確定應包括以下3個步驟。

1）確定維修任務需求

梳理相似機型手冊（ESM）中的維修任務，包括拆卸安裝、檢查、勤務、測試、恢復等。按相應的維修對象整理對應的維修任務，最后形成相似機型各部件系統維修任務清單。

2）確定維修任務

參考并梳理維修工程分析出的計劃維修任務和非計劃維修任務，包括潤滑或勤務、使用/目視檢查、檢查/功能檢查、恢復、報廢等。同時，梳理某型航空發動機各部件系統裝配工藝文件，形成裝配工藝文件清單。各部件系統維修任務應包含以上兩部分內容。

3）形成相關維修對象的維修場景

結合相似機型的維修任務及某型航空發動機部件系統的維修任務，結合航線維修及車間維修的實際情況，確定某型航空發動機各部件系統最大維修任務清單，并明確相應維修對象的維修場景。

根據表1中風扇增壓級維修清單涉及的維修對象，維修場景可按表2所示進行劃分。

3 確定相關維修場景下的維修流程

航空發動機各部件系統維修對象相關維修場景下的維修流程應包括以下3個步驟。

1）確定維修步驟需求

梳理維修任務清單中相似機型維修任務的主要維修步驟，包括維修步驟中涉及的維修工具、地面支援設備、消耗品、人員姿勢、維修時間等。

2）分析裝配工藝

梳理維修任務清單中各部件系統裝配的主要工藝步驟，包括裝配工藝中涉及的工具工裝、消耗品、人員姿勢、人工時等。

3）建立維修對象在相關維修場景下的維修流程

參考類似機型維修任務步驟及某型航空發動機各部件系統裝配工藝，結合航線維修及車間維修的實際情況，建立各部件系統維修對象在XX維修場景下的維修流程。

以表2中拆卸/安裝場景下的風扇進氣錐前段為例，建立的維修流程如表3所示。

4 維修性定量分析

4.1 定量設計要求

航空發動機維修性相關的定量設計要求為航線可更換單元（LRU）的平均更換時間，所對應維修對象為發動機LRU，維修場景為拆卸/安裝。針對整機提出的維修性定量設計要求，經維修性建模分配后得到各部件系統相關LRU在拆裝場景下的平均更換時間，例如，風扇進氣錐前端在拆卸/安裝場景下的平均更換時間為21min。

維修對象中非LRU件暫不進行定量分析。

4.2 維修性定量分析

以表3中建立的拆卸/安裝場景下風扇進氣錐前段的維修流程為例，參考美軍標MIL-HDBK-470A[3]并結合工程實踐，給出每個維修步驟的實際維修時間，如表4所示。

進氣錐前段的維修性定量分析表明，進氣錐前段拆卸/安裝時間共計17min，滿足“風扇進氣錐前端在拆卸/安裝場景下的平均更換時間不大于21min”的維修性要求。

5 維修性定性分析

5.1 定性設計要求

維修性相關的定性設計要求可分為可達性、可操作性、標準化、互換性、模塊化、防差錯、標記標識、維修安全性、人機工程及可修復性，適用于第2節中確定的所有維修對象，也適用于第3節確定的所有維修場景。換言之，各部件系統維修對象在相關維修場景下應滿足維修可達性、可操作性、標準化、互換性、模塊化、防差錯、標記標識、維修安全性、人機工程及可修復性等要求，如風扇葉片在拆卸安裝時應滿足互換性要求。

5.2 維修性定性分析

以表3中建立的拆卸/安裝場景下風扇進氣錐前段的維修流程為例，結合實際工程設計情況，給出進氣錐前段維修性設計要求的符合性說明，如表5所示。

進氣錐前段的維修性定性分析表明，進氣錐前段的設計基本滿足可達性設計要求、可操作性設計要求、標準化設計要求、標識設計要求和維修安全性設計要求，維修性水平良好。

6 結論

建立了基于場景分析的航空發動機維修性評估方法，并結合具體維修對象風扇進氣錐前段進行了維修性定量及定性分析評估后，得出以下結論：

1）基于建立的發動機維修性評估方法，經維修性定量分析，拆卸/安裝場景下的風扇進氣錐前段的平均更換時間為17min，滿足維修性定量設計要求。

2）基于建立的發動機維修性評估方法，經維修性定性分析，拆卸/安裝場景下的風扇進氣錐前段的設計基本滿足可達性設計要求、可操作性設計要求、標準化設計要求、標識設計要求和維修安全性設計要求，維修性水平良好。

3）風扇進氣錐前段的維修性分析結果表明，建立的基于場景分析的航空發動機維修性評估方法適用于航空發動機設計階段的維修性評估工作，并可擴展應用于其他維修對象各種維修場景下的維修性水平分析，為后續維修性設計更新迭代提供反饋。

參考文獻

[1] GJB 451A 可靠性維修性保障性術語[S].

[2] 鄭作棣.我國民機的發展歷程和經驗教訓[J].航空工業經濟研究，2006（5）：3-22.

[3] MIL-HDBK-470A，Designing and Developing Maintainable Products And Systems [S].