民用飛機預(yù)防性維修及S4000P標準剖析研究

馮蘊雯，陳俊宇，馬小駿，騰達，李健

（1.西北工業(yè)大學 航空學院，西安710072）

（2.中國商用飛機有限責任公司 科技委，上海200241）

（3.中航西飛民用飛機有限責任公司工程技術(shù)中心，西安710089）

0 引 言

預(yù)防性維修作為保持產(chǎn)品固有的安全性、可靠性、法律符合性及任務(wù)完成度的必要手段，可在產(chǎn)品隨時間發(fā)生退化時以運營商的經(jīng)濟要求來實現(xiàn)產(chǎn)品本身性質(zhì)損失的最小化，降低對環(huán)境完整性和法律符合性的影響。除此之外，預(yù)防性維修還可對產(chǎn)品的固有性能進行監(jiān)測，進而向主制造商提供設(shè)計變更或改進所需的建議和信息以優(yōu)化設(shè)計。

為了有效指導(dǎo)民用飛機預(yù)防性維修任務(wù)的制定與優(yōu)化，1980年，美國航空運輸協(xié)會（Air Trans‐port Association of America，簡稱ATA）基于原先的維修大綱等文件為新型運輸類飛機推出了預(yù)定維修大綱制訂文件，即MSG-3［1-2］。MSG-3以可靠性為維修中心的思想，采取“自上而下”的故障結(jié)果分析邏輯方法進行維修任務(wù)的確定，避免故障發(fā)生以保持系統(tǒng)固有的可靠性水平。隨后，歐洲航空航天與防務(wù)工業(yè)協(xié)會（Aerospace and De‐fence Industries Association of Europe，簡稱ASD）綜合后勤保障規(guī)范委員會、美國航空工業(yè)學會（Aerospace Industries Association，簡 稱AIA）及ATA聯(lián)合開發(fā)并發(fā)布了S4000P《預(yù)防性維修制定與持續(xù)改進國際規(guī)范》［3］。該規(guī)范作為裝備交付階段預(yù)防性維修計劃的基礎(chǔ)［4］，提供了通用的預(yù)防性維修方法，協(xié)助主制造商、原始設(shè)備制造商（Origi‐nal Equipment Manufacture，簡稱OEM）和相關(guān)的監(jiān)管機構(gòu)制定初步的預(yù)防性維修任務(wù)需求（Pre‐ventive Maintenance Task Requirement，簡稱PM‐TR）、維修任務(wù)間隔類型、間隔值以及維修計劃（Operator Maintenance Plan，簡稱OMP），建立具有重復(fù)性和周期性間隔的預(yù)防性維修任務(wù)需求分析（PMTR with Repetitive Scheduled Intervals，簡稱PMTRI）。當所制定的維修計劃不適用于所分析的產(chǎn)品，可根據(jù)所分析的故障原因（Failure Cause，簡稱FC）和功能失效影響臨界度（Function‐al Failure Effect Criticality，簡稱FFEC）對產(chǎn)品進行重新設(shè)計。此外，可根據(jù)產(chǎn)品在役期間的經(jīng)驗和數(shù)據(jù)積累通過在役維修優(yōu)化（In-service Mainte‐nance Optimization，簡稱ISMO）來修改既定的PMTR。相較于MSG-3，S4000P與之保持相同的維修分析任務(wù)（系統(tǒng)分析、結(jié)構(gòu)分析及區(qū)域分析），不同之處在于S4000P拓展了民用飛機的產(chǎn)品類型和全壽命周期的適用性，優(yōu)化了初始預(yù)防性維修任務(wù)，提升了分析活動間的協(xié)調(diào)性、整合性和可追溯性，突破了MSG-3僅在產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)階段的單個維修分析任務(wù)的局限性。除此之外，由S4000P分析所得的PMTRI可作為S3000L中LSA數(shù)據(jù)庫的來源，以支持產(chǎn)品的在役階段、LSA和支持工程分析階段三個階段的預(yù)防性維修活動。

為了展開S4000P在民用飛機中的應(yīng)用，本文梳理預(yù)防性維修的研究現(xiàn)狀，對S4000P進行全方位地剖析，探究S4000P在預(yù)防性維修中的應(yīng)用，解讀基于S4000P的預(yù)防性維修制定與優(yōu)化流程，形成著力于民用飛機的預(yù)防性維修分析框架，以期為全生命周期的民用飛機預(yù)防性維修提供合理指導(dǎo)。

1 民用飛機預(yù)防性維修研究現(xiàn)狀

預(yù)防性維修是為降低產(chǎn)品故障的概率或防止功能退化按預(yù)定的時間間隔或按規(guī)定準則實施的維修。它以保證產(chǎn)品固有的安全性、可靠性、法律符合性以及最優(yōu)化產(chǎn)品生命周期成本為目的，通過采取適當?shù)拇胧⒐收隙糁圃跐撛诠收蠒r刻至退化為功能性故障時刻內(nèi)。民用飛機作為一種運人載物的交通工具，其運營的安全性和經(jīng)濟性為首要的要求，且民用飛機的飛行環(huán)境復(fù)雜多樣。因此，預(yù)防性維修在民用飛機整個生命周期中成為必不可少的要素。

在理論研究方面，已有相關(guān)成果。蔡景等［5］基于成組維修策略提出了民用飛機成組維修方案的優(yōu)化模型，以優(yōu)化維修任務(wù)間隔和維修費用；李強［6］采用不確定理論提出新型飛機結(jié)構(gòu)的維修更新策略；周伽等［7］通過考慮故障間隔時間建立基于維修成本的飛機附件預(yù)防性維修間隔的優(yōu)化模型；陳浩等［8］提出一種基于狀態(tài)的多部件系統(tǒng)非周期預(yù)防性維修計劃的優(yōu)化方法；A.Barros等［9］研究了基于兩元件并聯(lián)系統(tǒng)下的不完備情形的維修策略；Zhang C X等［10］研究在隨機環(huán)境下對于具有腐蝕損傷特點飛機結(jié)構(gòu)件的（N，T）周期更新策略；孔旭等［11］以實時數(shù)據(jù)為表征，在歸納預(yù)測性維修框架基礎(chǔ)上提出了航空器預(yù)測性維修技術(shù)自主化策略；R.Assis等［12］采用威布爾概率函數(shù)來描述因磨損而失效的關(guān)鍵部件的最佳檢測時間，提出了一種在條件預(yù)防性維修中設(shè)置檢查時間間隔的動態(tài)方法論；Zhu Xiaoyan等［13］考慮系統(tǒng)的可靠性、維護成本和剩余的使用壽命期內(nèi)不確定的系統(tǒng)利潤，提出了基于剩余使用壽命和系統(tǒng)剩余利潤的預(yù)防性維修決策重要措施；王瑞琦等［14］針對單元失效服從威布爾分布的情形，考慮多單元聯(lián)合的預(yù)防性維修模式，構(gòu)建了基于可靠性約束的大規(guī)模系統(tǒng)全壽命周期成本優(yōu)化模型；李軍亮等［15］梳理了基于可用度的可修裝備預(yù)防性維修間隔優(yōu)化的現(xiàn)狀，總結(jié)了相關(guān)要素、方法及間隔優(yōu)化成果。上述理論研究成果分別立足于不同維修策略進行基于方法的預(yù)防性維修分析。

在工程方面，國外早期制定了MSG系列手冊并應(yīng)用于B747系列、B737系列、B787系列、L-1011、DC-10、A 320系列和A 380系列等飛機。國內(nèi)研究人員同樣也采用MSG-3分析流程用于制定直升機、教練機以及國產(chǎn)民用飛機中的ARJ21支線客機［15-20］。

自S4000P發(fā)布后，由于該規(guī)范的全壽命周期維修任務(wù)隨使用經(jīng)驗和數(shù)據(jù)更新的思想符合現(xiàn)階段行業(yè)需求，國外民用飛機主制造商逐漸將預(yù)防性維修所依據(jù)的標準規(guī)范從MSG-3轉(zhuǎn)移至S4000P。當前，波音公司、空客公司與巴西航空工業(yè)公司等國外先進民用飛機主制造商已率先將S4000P應(yīng)用于預(yù)防性維修任務(wù)的制定與優(yōu)化，并開發(fā)了相關(guān)的預(yù)防性維修系統(tǒng)［15-21］。

國產(chǎn)民用飛機主制造商在預(yù)防性維修的制定依據(jù)仍停留在MSG-3，尚未根據(jù)S4000P進行預(yù)防性維修分析的更新，對S4000P的運用還停留在規(guī)范解讀和初步運用上。為盡快推進S4000P的應(yīng)用進程，劉成等［22］探究了S4000P在制定民用飛機區(qū)域檢查任務(wù)方面的直接維修成本預(yù)計策略；王南松等［4］分析了S4000P中對標MSG-3的預(yù)防性維修任務(wù)工作流程及方法；劉靖宇［23］將S4000P標準的系統(tǒng)分析流程與船舶柴油機的預(yù)防性維修相結(jié)合以改進其原有的預(yù)防性維修方法；南雁飛等［24］以S4000P的ISMO流程為基礎(chǔ)，構(gòu)建軍用飛機預(yù)防性維修任務(wù)優(yōu)化邏輯；耿喆元［25］結(jié)合S4000P確定了偶然損傷的主要來源及其可能性等級評定。上述研究均局限于S4000P在某一方面的探索，未對S4000P規(guī)范的流程和方法有貫穿性研究。

2 S4000P規(guī)范剖析

2.1 S4000P編制目的及概述

S4000P開發(fā)的目的是幫助主制造商、原始設(shè)備制造商（Original Equipment Manufacture，簡稱OEM）和相關(guān)監(jiān)管機構(gòu)為正在開發(fā)的新產(chǎn)品制定具有間隔類型和間隔值的PMTR，以保持固有的安全性和可靠性水平、法律符合性。選擇進一步的后續(xù)PMTR和PMTRI，以滿足產(chǎn)品操作/任務(wù)可用性和實現(xiàn)運營商預(yù)期內(nèi)的產(chǎn)品生命周期成本（Life Cycle Costs，簡稱LCC）。此外，基于運行數(shù)據(jù)和工程經(jīng)驗開展ISMO以進行PMTR及其PM‐TRI的優(yōu)化，在提高產(chǎn)品可用性的同時降低維護工作量。該規(guī)范內(nèi)容共包括6章，其組成結(jié)構(gòu)如表1所示。

表1 S4000P規(guī)范組成Table 1 Composition of S4000P specification

2.2 預(yù)防性維修業(yè)務(wù)流程

對應(yīng)S4000P的開發(fā)目標，本文將從預(yù)防性維修業(yè)務(wù)流程、全壽命周期預(yù)防性維修分析活動、S4000P與ASD S系列規(guī)范的業(yè)務(wù)接口及術(shù)語、縮寫和首字母縮略詞進行剖析，如圖1所示。

圖1 S4000P規(guī)范各章節(jié)的關(guān)系圖Fig.1 The relationship of S4000P specification chapters

第一章“規(guī)范介紹”首先針對S4000P的開發(fā)歷史和可行性進行了說明，闡明了該規(guī)范主要用于主制造商、OEM及相關(guān)監(jiān)管機構(gòu)進行產(chǎn)品的預(yù)防性維修分析。該分析將預(yù)防性維修分析的制定與優(yōu)化相結(jié)合的持續(xù)改進維護思想貫穿于產(chǎn)品的全壽命周期，區(qū)別于其他相關(guān)的規(guī)范或標準，并給出了S4000P與ASD S系列規(guī)范的交互關(guān)系（如圖2所示），該部分將于后面內(nèi)容進行說明。

圖2 ASD S系列規(guī)范與S4000P的交互關(guān)系Fig.2 Interaction between ASD S-series specifications and S4000P

然后，以基于S4000P的預(yù)防性維修整個任務(wù)階段為主線，說明了S4000P開發(fā)的目的是提供基于運行數(shù)據(jù)與工程經(jīng)驗的分析方法，用于開發(fā)具有間隔的PMTR，作為制定產(chǎn)品初始預(yù)防性維護計劃的基礎(chǔ)，并在產(chǎn)品適用階段持續(xù)改進預(yù)防性維護的流程；介紹了S4000P分析前的準備工作是準備和協(xié)調(diào)特定產(chǎn)品的制定政策與程序手冊，并對手冊的制備要求進行說明，要求各項分析職責明確、產(chǎn)品分析范圍全覆蓋、分析活動有支撐及分析信息皆包含；闡述了S4000P分析完成后所有PMTRI的打包和封裝規(guī)則，并以預(yù)防性維修任務(wù)包作為產(chǎn)品維修計劃技術(shù)出版物和S3000L的維修 任 務(wù) 分 析（Maintenance Task Analysis，簡 稱MTA）的基礎(chǔ)。

在預(yù)防性維修業(yè)務(wù)流程的最后部分介紹了管理預(yù)防性維修開發(fā)和改進活動的計劃指導(dǎo)委員會和執(zhí)行活動的工作組各自的職責，以確保在產(chǎn)品的設(shè)計和開發(fā)階段基于S4000P的PMTR、PMTRI和ISMO的分析具有有效的管理和實施。

2.3 全壽命周期預(yù)防性維修分析活動

全壽命周期預(yù)防性維修分析活動分為初始預(yù)防性維修任務(wù)分析和預(yù)防性維修任務(wù)優(yōu)化。

（1）初始預(yù)防性維修任務(wù)分析

S4000P中的第二章為“制定有間隔的PM‐TR”，設(shè)置此章的目的是為制定初始PMTR提供指導(dǎo)。初始PMTR的分析任務(wù)主要分為三部分：系統(tǒng)分析、結(jié)構(gòu)分析及區(qū)域分析。

①系統(tǒng)分析

系統(tǒng)分析的邏輯如圖3所示，首先是與分析相關(guān) 候 選 項（Analysis Relevant Candidate，簡 稱ARC）的確定以及與分析無關(guān)的候選項（non-Anal‐ysis Relevant Candidate，簡稱non-ARC）的識別，該活動明確了ARC的數(shù)量，可減少系統(tǒng)分析工作。在確定ARC和非ARC之前，需要建立S1000D所規(guī)定的產(chǎn)品類型分解結(jié)構(gòu)。然后，將分解后的候選項應(yīng)用于如表2所示的問題中。當問題1和問題2的回答任一為“是”或問題1和問題2的回答皆為“否”但仍被要求設(shè)為ARC時，將分析中的項目定義為ARC，反之，則為非ARC，即該類項目不開展進一步的系統(tǒng)分析。

表2 ARC和非ARC的判定基準Table 2 Judgment criteria for ARC and non-ARC

圖3 系統(tǒng)分析流程概況Fig.3 System analysis process overview

ARC確定后的下一步工作是開展系統(tǒng)故障模式及影響分析（Failure Mode and Effects Analysis，簡稱FMEA），其結(jié)果將作為產(chǎn)品使用階段后期ISMO的重要基礎(chǔ)。與項目FMEA不同，系統(tǒng)FMEA是一種“自上而下”的故障模式與影響分析方法。系統(tǒng)FMEA評估為選定的ARC確定功能、功能失效 影響（Functional Failure Effect，簡 稱FFE）和FC。根據(jù)FMEA結(jié)果，必須根據(jù)如圖4所示的邏輯圖對每個FF的嚴重程度進行分類，并開展FC評估分析，如圖5所示。

圖4 FF分類邏輯圖Fig.4 FF categorization logic diagram

圖5 FC評估分析邏輯圖Fig.5 FC assessment analysis logic diagram

制定任務(wù)包括初始PMTR和對應(yīng)的PMTRI。對于新開發(fā)的產(chǎn)品，由于該類產(chǎn)品沒有足夠的信息用于確定最佳的間隔，因此可為初始PMTR選擇較為保守的間隔，在使用階段采用ISMO分析進行PMTRI的優(yōu)化。對于具有工程經(jīng)驗的產(chǎn)品類型，要求PMTRI應(yīng)介于潛在故障可被監(jiān)測時刻至退化為功能性故障時刻之間。在完成系統(tǒng)分析時，需要將所有選定的PMTRI合并為一個系統(tǒng)的間隔。

②結(jié)構(gòu)分析

S4000P中將所規(guī)定的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)定義為所有承載的構(gòu)件。根據(jù)功能失效后果可將產(chǎn)品結(jié)構(gòu)劃分為結(jié)構(gòu)重要項目（Structural Significant Item，簡稱SSI）與包含維修相關(guān)的結(jié)構(gòu)和非關(guān)鍵結(jié)構(gòu)在內(nèi)的非SSI。在定義SSI的PMTR初始間隔閾值時，將偶然損傷（Accidental Damage，簡稱AD）、環(huán)境損傷（Environmental Damage，簡稱ED）及疲勞失效（Fatigue Failure，簡稱FF）作為考慮的基礎(chǔ)，從而開展如圖6所示的結(jié)構(gòu)分析。

圖6 結(jié)構(gòu)分析邏輯圖Fig.6 Product structure analysis

首先，進行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的區(qū)域定義和結(jié)構(gòu)定義，并據(jù)此收集結(jié)構(gòu)項的基本信息，如結(jié)構(gòu)項繪圖樹、結(jié)構(gòu)零件編號、規(guī)范數(shù)據(jù)、單個結(jié)構(gòu)項的設(shè)計狀態(tài)和有關(guān)的信息。若備選結(jié)構(gòu)為非SSI，由于非SSI的已發(fā)故障及其潛在故障導(dǎo)致的損壞不如SSI/SD上的故障或損壞嚴重，對于與維護相關(guān)的結(jié)構(gòu)，必須選擇例行檢查及在預(yù)防性維護任務(wù)包期間的PMTR。對于非SSI中的非關(guān)鍵結(jié)構(gòu)則采用一般目視檢查（General Visual Inspection，簡稱GVI），不需制定具有間隔的特定PMTR。

當所分析的結(jié)構(gòu)為SSI時，需要記錄SSI在產(chǎn)品上的安裝位置和重要細節(jié)（Significant Detail，簡稱SD）的幾何尺寸。對于具有安全壽命設(shè)計原則的SSI/SD需要在預(yù)定的壽命限制之前更換和丟棄，并記錄于限壽產(chǎn)品清單中。未有安全壽命設(shè)計的SSI/SD則開展疲勞分析。其中，針對均質(zhì)SSI/SD進行AD、ED及腐蝕防護方案（Corrosion Prevention and Control Program，簡 稱CPCP）分析，進而確定PMTR及PMTRI。最后，將所有結(jié)構(gòu)分析結(jié)果進行合并。

③區(qū)域分析

在S4000P中，將產(chǎn)品幾何結(jié)構(gòu)分為二維或三維區(qū)域。根據(jù)產(chǎn)品用戶和維護人員對該區(qū)域的可訪問性定義為從產(chǎn)品外部訪問受限的區(qū)域、從產(chǎn)品內(nèi)部可訪問性有限的區(qū)域及無限制訪問的區(qū)域。在產(chǎn)品區(qū)域分析邏輯中將上述區(qū)域進行模塊化組合。模塊化組合如表3所示。

表3 區(qū)域分析模塊說明Table 3 Desciption of zonal analysis module

在S4000P的區(qū)域分析邏輯中，開展區(qū)域分析之前需要將產(chǎn)品劃分為具有精確幾何尺寸和清晰邊界的產(chǎn)品區(qū)域，并收集所選區(qū)域的相關(guān)數(shù)據(jù)和信息。對于ZAM 1，其PMTRI通常定義為GVI。分析區(qū)域為ZAM 2，需要考慮AD和ED所導(dǎo)致的區(qū)域損傷，在PMTRI制定中參考系統(tǒng)分析從而制定除GVI外的PMTRI。針對ZAM 3采用閃電/高強度輻射場（Lightning/High Intensity Radiated Field，簡稱L/HIRF）分析，由于其潛在的FFE對安全性和法律符合性產(chǎn)生了沖突，因此需對其定義獨立的PMTR。區(qū)域分析中的ZAM X可根據(jù)單個產(chǎn)品類型及其運營商特定的服務(wù)使用場景進行組合以涵蓋各個產(chǎn)品類型。

若區(qū)域分析結(jié)果為獨立的PMTR，將其傳輸至系統(tǒng)分析和結(jié)構(gòu)分析結(jié)果中，以與上述兩個分析類型所得的結(jié)果相協(xié)調(diào)。若GVI被標準區(qū)域檢查所充分覆蓋，則集成預(yù)防性GVI而無需考慮系統(tǒng)分析和結(jié)構(gòu)分析。

（2）預(yù)防性維修任務(wù)優(yōu)化

S4000P中的第三章為“ISMO”，以改進產(chǎn)品“按開發(fā)和維護狀態(tài)”配置中的現(xiàn)有預(yù)防性維護計劃。ISMO的基礎(chǔ)來源于在產(chǎn)品服務(wù)階段時產(chǎn)生的多種信息源（技術(shù)輸入、數(shù)據(jù)、經(jīng)驗、使用參數(shù)的變化、新技術(shù)、測試結(jié)果等）。針對每項PMTRI，ISMO對其進行測試，檢查原先已有的OMP是否滿足使用要求。并給出關(guān)于每個預(yù)防性維護任務(wù)的各種建議，例如維護任務(wù)刪除、間隔延長、維護任務(wù)替換，并為給出的每個建議提供理由。

采用ISMO流程所得經(jīng)驗表明，通過考慮新的分析方法、新的維護技術(shù)、使用經(jīng)驗等，ISMO有助于降低與認證相關(guān)的風險并提高產(chǎn)品在任務(wù)中的可用性。通過啟動產(chǎn)品服務(wù)階段后的兩個ISMO分析循環(huán)以展示產(chǎn)品在服務(wù)階段的ISMO優(yōu)化原理，如圖7所示。

圖7 產(chǎn)品服務(wù)階段的ISMO循環(huán)Fig.7 ISMO loops during the product in-service phase

ISMO過程包括ISMO準備階段、ISMO分析階段和ISMO后續(xù)階段。在ISMO準備階段結(jié)束時，一組PMTRI必須是完整的，并且必須為每個單一的預(yù)防性維護任務(wù)收集足夠的背景信息。更新后的主任務(wù)列表（Master Task List，簡稱MTL）的數(shù)據(jù)和信息是ISMO分析階段執(zhí)行后續(xù)工作的重要前提。ISMO后續(xù)階段可用于永久監(jiān)控運行數(shù)據(jù)，以發(fā)現(xiàn)尚未確定預(yù)防性維護的項目的計劃外異常。

①ISMO準備階段

在ISMO準備階段中，可檢查是否存在有效的定期預(yù)防性維護任務(wù)的分析基礎(chǔ)以及該分析基礎(chǔ)的程序方面是否可以在技術(shù)上判定為“最新”，其邏輯分析圖如圖8所示。首先，在執(zhí)行了原先的預(yù)防性維修計劃后輸入所有PMTRI，并將其列入計劃任務(wù)表中。當存在分析依據(jù)時，檢查產(chǎn)品在設(shè)計和開發(fā)階段定義并應(yīng)用于產(chǎn)品的分析過程以審查分析活動的完整性。如果存在分析基礎(chǔ)并且根據(jù)預(yù)防性維護任務(wù)分析的新方法判斷為完整，則不需要額外的分析維護任務(wù)。當不存在PMTRI的分析理由時，必須確定是否需要進行完整或簡化的分析來開發(fā)這些PMTRI。不需要補充時，需要以書面形式對檢查結(jié)果進行證實和論證。

圖8 ISMO分析準備階段一Fig.8 ISMO analysis preparation phase（Sheet 1 of 3）

當補充分析要求被確定時，需要分析確定的PMTR是否已經(jīng)列出，即計劃外的維修任務(wù)是否被考慮，如圖9所示。如果維修任務(wù)已經(jīng)存在，則將維修任務(wù)的原有分類與潛在FFE的分析結(jié)果進行比較，并在必要時進行更正；如果維護任務(wù)不在列表中，則擴展列表以包括此維護任務(wù)以及分析工作中確定的間隔和FFEC。在此基礎(chǔ)上，將所有確定的PMTRI輸入至受影響的產(chǎn)品系統(tǒng)、SSI和計劃任務(wù)列表中，以支持ISMO分析階段的實施。

圖9 ISMO分析準備階段二Fig.9 ISMO analysis preparation phase（Sheet 2 of 3）

作為ISMO分析階段的準備工作，必須為每個PMTRI回答如表4所示的問題并記錄至計劃任務(wù)列表中，以闡明分析準備情況。當至少檢查并回答了如表4所示的問題1至問題4時，表明此PM‐TRI已準備好由ISMO分析階段開展分析。在IS‐MO準備階段全程記錄的計劃任務(wù)列表內(nèi)容將成為MTL草案，如圖10所示。

表4 MTL草案判斷基準Table 4 MTL draft judgment standard

圖10 ISMO分析準備階段三Fig.10 ISMO analysis preparation phase（Sheet 3 of 3）

②ISMO分析階段

ISMO分析階段用于基于MTL草案對各個預(yù)防性維護任務(wù)開展詳細分析。ISMO分析階段的分析邏輯由模塊組成，模塊之間相互聯(lián)系如圖11所示。

圖11 ISMO分析階段的分析模塊概述/鏈接Fig.11 Overview/links of analysis modules for the ISMO analysis phase

在模塊一“任務(wù)關(guān)鍵性和適用性分析”中，對于已具備完整分析信息的系統(tǒng)，定義分析次序和檢查相關(guān)信息為后續(xù)分析活動提供支持。

模塊二“在役任務(wù)分析”為保養(yǎng)類PMTR提供是否需要更新的分析流程。其替代解決方案取決于其類型和相關(guān)的故障原因。因此，此類PMTR需要考慮FFEC、健康監(jiān)控、日常維護任務(wù)或替代任務(wù)并行存在、設(shè)計變更和使用階段的工程經(jīng)驗的影響。并根據(jù)上述影響結(jié)果，進行變更與否的決定。

由于分析的維護任務(wù)不是維修任務(wù)，在模塊三“功能性任務(wù)分析”開展前需要進行預(yù)防性檢查或功能測試。當滿足功能性任務(wù)分析要求時，補償此類維護任務(wù)的替代解決方案取決于維護任務(wù)類型和維護任務(wù)的故障原因。需要考慮FFEC、內(nèi)置測試設(shè)備、健康監(jiān)控、FC是否因為惡化或其故障趨勢、替代維修任務(wù)已存在或設(shè)計改進對該任務(wù)的影響；并據(jù)此判斷是否需要更新PMTR。

由于此分析的維護任務(wù)既不是維修任務(wù)，也不是檢查/功能測試（SSI檢查和區(qū)域檢查除外），必須確定這是否屬于設(shè)備/物品/零件更換（Time Change Items，簡稱TCI）和物品/零件/模塊/設(shè)備的大修以下預(yù)防性維護任務(wù)類型之一。對于TCI或大修任務(wù)，必須考慮FFEC、健康監(jiān)控、預(yù)防性維修的有效性、是否存在更有效的預(yù)防性維護任務(wù)類型或具有間隔/間隔的任務(wù)組合以及是否存在潛在的有效設(shè)計改進，并基于分析結(jié)果進行任務(wù)變更的決定。

對于符合SSI檢查的維護任務(wù)，需要分析是否具有以下要求：設(shè)計方支持PMTRI延長、具有合適的SSI分析方法并用之正確分析、與其他PM‐TRI協(xié)調(diào)一致以及合理的PMTRI。在此基礎(chǔ)上，判斷是否需要變更PMTRI。

由于維護任務(wù)既不是維修任務(wù)，也不是檢查/功能測試、預(yù)防性更換/大修或SSI檢查，維護任務(wù)必須是區(qū)域檢查。如果操作人員/維護人員經(jīng)常進入某個區(qū)域，則可以省略該區(qū)域的預(yù)防性GVI。此分析步驟必須證明維護任務(wù)只能限制在某些時間段內(nèi)以及是否可以將間隔維護任務(wù)限制在產(chǎn)品樣本或設(shè)備/項目/區(qū)域/位置等樣本上。由此得出分析結(jié)果，并提出是否更改PMTRI的建議。至此，ISMO分析階段結(jié)束，并將結(jié)果向客戶、用戶和當局提交。

③ISMO后續(xù)階段

在制定初始PMTR期間的初始假設(shè)與后續(xù)制定OMP以及產(chǎn)品使用過程中的維修經(jīng)驗之間存在多種偏差。因此，在確定和改進OMP中的預(yù)防性維護任務(wù)和間隔時，必須識別初始方法中未考慮的計劃外故障和使用損傷的累積。ISMO后續(xù)階段在保持與剩余維修任務(wù)一致的同時為計劃外故障確定了新的PMTRI，以確保以全壽命周期服務(wù)為導(dǎo)向的不同客戶的OMP的開發(fā)。ISMO后續(xù)階段可以與ISMO分析階段并行或稍后開始。在完成ISMO階段后，OMP中不應(yīng)保留任何不適用、無效或沒有任何技術(shù)理由的PMTRI。

ISMO后續(xù)階段的分析邏輯為收集并評估故障、維護工單和其他產(chǎn)品運行數(shù)據(jù)經(jīng)驗，當存在故障導(dǎo)致設(shè)備產(chǎn)生超過設(shè)計與開發(fā)所預(yù)估的維修任務(wù)時，且PMTR適用于已識別的FC，可開展初始PMTR分析，并判斷是否已存在替代任務(wù)。若替代任務(wù)無效或計劃外故障僅對運營成本產(chǎn)生影響，則應(yīng)評估是否可以進行更新設(shè)計。

在根據(jù)S4000P進行的持續(xù)ISMO分析時，用戶可能會額外提出定期進行預(yù)防性維護任務(wù)的請求，此時采用ISMO分析階段邏輯進行確定，分析結(jié)果需通過局方批準。所有結(jié)果需被保留和記錄以保證ISMO分析的可追溯性。

2.4 S4000P與ASD S系列規(guī)范的業(yè)務(wù)接口

第四章“S4000P接口”中介紹了ASD S系列規(guī)范與S4000P規(guī)范之間的業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)接口，如圖12所示。作為ASD S系列中的規(guī)范之一，S4000P與S3000L共同實現(xiàn)優(yōu)化和協(xié)調(diào)的產(chǎn)品保障。S4000P向S3000L提供預(yù)防性維修分析報告，為S3000L執(zhí)行MTA&SMA提供基礎(chǔ)，并作為LSA數(shù)據(jù)庫的來源之一。此外，S2000M、S5000F和S6000T分別為LSA數(shù)據(jù)庫提供供應(yīng)數(shù)據(jù)、反饋信息及培訓設(shè)備報告。S3000L中的LSA數(shù)據(jù)庫作為設(shè)計和開發(fā)保障資源需求的唯一信息源，涵蓋了產(chǎn)品的最新狀態(tài)，可作為S4000P開發(fā)PMTRI和開展ISMO的來源，并且LSA數(shù)據(jù)庫可為S1000D提供技術(shù)出版物支持。

圖12 S4000P與ASD S系列規(guī)范的業(yè)務(wù)接口Fig.12 S4000P and ASD S-series specification business interface

2.5 術(shù)語、簡寫和首字母縮略語

第五章“術(shù)語、簡寫和首字母縮略語”提供了在S4000P中出現(xiàn)的術(shù)語、簡寫與首字母縮略語的定義和解釋，為運用和分析S4000P提供基礎(chǔ)支撐，以達到讀者準確理解S4000P和規(guī)范行業(yè)術(shù)語的目的。

3 基于S4000P的民用飛機預(yù)防性維修分析框架

基于上述對S4000P規(guī)范的剖析，本文初步形成基于S4000P的民用飛機預(yù)防性維修分析框架，如圖13所示。

圖13 基于S4000P的民用飛機預(yù)防性維修分析框架Fig.13 Analysis framework of preventive maintenance ofcivil aircraft based on S4000P

基于S4000P的民用飛機預(yù)防性維修分析框架主要分為初始PMTR、制定PMTRI及優(yōu)化IS‐MO，目的為實現(xiàn)全壽命周期的預(yù)防性維修分析。針對初始PMTR分析，根據(jù)分析對象類型選取相應(yīng)的分析手段，包括系統(tǒng)分析、結(jié)構(gòu)分析及區(qū)域分析。其中，系統(tǒng)分析通過識別ARC開展FMEA，基于FF分類和FC評估確定PMTR；結(jié)構(gòu)分析以對象劃分作為實施前提，當研究對象為SSI項目時，若為限壽SSI應(yīng)開展FD分析，反之開展AD/ED/CPCP分析進而確定PMTR。當研究對象歸類為非SSI項目，則將維護類型定義為GVI；在區(qū)域分析中通過區(qū)域劃分得到ZAM 1、ZAM 2和ZAM 3，ZAM 1的PMTR為GVI，后兩者則分別開展AD/ED和L/HIRF分析以確定各自的PMTR。

確定PMTRI的前提是制造商數(shù)據(jù)、使用場景參數(shù)以及可靠性數(shù)據(jù)的輸入，可為預(yù)防性維修模型提供建模的基礎(chǔ)。為了搭建PMTRI和使用需求的橋梁，采用仿真、機器學習、深度學習及代理模型等先進建模方法對輸入數(shù)據(jù)進行建模，并使用測試數(shù)據(jù)對模型進行驗證，衡量其在分析精度、利益攸關(guān)方及法律方面是否具有可行性。當滿足要求時，結(jié)合優(yōu)化方法，如遺傳算法、粒子群算法、蟻群算法、模擬退火算法等，執(zhí)行預(yù)防性維修模型的尋優(yōu)分析，從而確定PMTRI。

初始PMTR及其PMTRI的確定和使用是開展ISMO的首要因素，與使用階段的運行數(shù)據(jù)共同構(gòu)成了ISMO的基礎(chǔ)。在ISMO中將優(yōu)化分析分為計劃外維修分析及現(xiàn)有維修任務(wù)分析兩類。由于計劃外故障未能在設(shè)計和開發(fā)階段考慮，暴露于使用階段，故需要開展初始PMTR分析。對于現(xiàn)有維修任務(wù)，其分析流程為：基于任務(wù)類型按次序依次判斷和執(zhí)行任務(wù)關(guān)鍵性與適用性分析、運行任務(wù)分析、功能性任務(wù)分析、更換/大修分析、SSI分析及區(qū)域檢查，并以上述分析的結(jié)果作為是否更新初始PMTR及PMTRI的依據(jù)。當具有更新需求時，采用制定PMTRI的建模和分析流程。

綜上所述，S4000P為民用飛機預(yù)防性維修提供規(guī)范支撐，引入ISMO實現(xiàn)初始PMTR的全壽命周期優(yōu)化，規(guī)范民用飛機預(yù)防性維修計劃制定流程，為民用飛機提供了科學的維修分析指導(dǎo)。

4 結(jié)束語

預(yù)防性維修是民用飛機運行支持必不可少的部分，其開展的合理性決定了民用飛機的使用壽命和運營能力。S4000P作為支撐預(yù)防性維修任務(wù)制定及優(yōu)化的前沿性規(guī)范，為合理開展民用飛機預(yù)防性維修研究提供了指導(dǎo)。

本文通過剖析S4000P規(guī)范對于預(yù)防性維修的業(yè)務(wù)流程、全壽命周期預(yù)防性維修分析活動、S4000P與ASD S系列規(guī)范的業(yè)務(wù)接口以及相關(guān)術(shù)語，為民用飛機預(yù)防性維修分析提供了改進現(xiàn)有分析機制、提升分析水平及完善分析流程的參考，有利于建設(shè)維修與設(shè)計制造并駕齊驅(qū)的良好局面，進而推進國產(chǎn)民用飛機行業(yè)的發(fā)展。探究基于S4000P的民用飛機預(yù)防性維修分析流程，建立集成初始PMTR與ISMO的預(yù)防性維修分析框架，為運行支持大背景下的民用飛機預(yù)防性維修制定與優(yōu)化提供發(fā)展方向，有利于促進民用飛機預(yù)防性體系的構(gòu)建。