民用飛機結構維修性設計研究綜述

張雪鵬

摘? 要：基于虛擬維修的維修性并行設計可以在很大程度上解決現有的維修性問題。相關設計人員在飛機制造前通過數字化樣機裝配虛擬模型，發現成品中的裝配問題，并將解決方案直接應用到設計方案中，從而縮短整個研發和制造的時間。此外，相關人員還可以將樣機的相關數據導入虛擬系統。該虛擬系統能夠按照建立的程序模擬飛機的維修操作，并在維修過程完成后對飛機的維修性進行準確評估，盡快指出飛機設計方案在未來維修過程中可能遇到的問題。將并行工程引入虛擬維修工程和維修性設計中。在設計階段，考慮了飛機全壽命周期的維修性問題，以節省研發成本，提高設計結果的正確性。

關鍵詞：維修性;設備維護;飛機

飛機的維修性是指通過維修恢復其適航性的難度。在設計中，它是根據各種組件的組合而形成的固有模式。其質量的好壞將直接影響到后續飛機維修的難度，也影響到工作人員的狀態和相關補給品的消耗。如果飛機的維修性較差，會直接影響到后續維修的進程和最終完成的質量，進而影響到飛機在工作狀態時安全性，穩定性，所以為保證飛機能處于正常工作狀態，一般對于飛機的維修性都要求其能夠盡可能貼近現有技術條件，方便后續人員對其進行維修保養。

一、虛擬維修的應用場景和意義

維修性分析是為后續維修工作提供方向指導的重要基礎，它包含研制生產使用所涉及到維修性的所有工作，傳統的維修性分析工作，由于相關人員重視程度不夠，所以在相應的資源投入上也存在欠缺，往往是由物理機械模型和全尺寸模型完成，這類模型，雖然能夠在參數上有一定的參照性，但是對這種模型基礎進行深入研究分析是完全無法使用的。首先是由于這類模型較為粗糙，企業內部結構與實際構建結構相比差異性非常明顯，對其進行維修性分析判斷是完全不可取的，往往會與實際使用情況相差甚遠。以此類模型為基礎的產品設計開發工作，在設計初期就會由于缺乏準確的樣機參數，導致一些維修性分析工作無法順利進行，從而影響到維修性設計和產品其他方面設計工作。另一個影響到過去維修性分析工作質量的原因是由于過去受限于設計時間，開發周期和相應資源投入規模，往往發現問題之后未節省成本，也會采取較為保守低效的方式對其進行解決或掩蓋，在原有基礎上進行一定程度的修改，但無法徹底解決在設計階段暴露出的問題，導致這些問題仍然會存在于設計方案中并一直延續到實際開發使用。同時傳統的維修性設計分析技術，尤其是在對定性分析過程中，往往是采用手工方法計算的，由于缺乏自動化技術的支持，所以整個分析過程非常緩慢，受制于參與人員的積極性和工作態度，往往也會在一些計算過程中出現問題，導致一些定性分析不準確，與其他工程技術相比自動化程度非常低，無法高效準確的達成應有的效果，不適用于現代產品設計機制與計算機系統，不能形成良好的溝通和兼容，導致原有系統過于閉塞，難以達成信息交換，導致整個系統都處于一個閉環運作的狀態，期間的設計資源無法得到有效利用，甚至還會出現資源的浪費情況，不利于設計工作開展，也不利于整體優化工作的改進，對于整個設計工作而言是具有持久的影響作用的。

二、用于民用飛機結構的維修性設計

維修性是產品在規定的條件下和規定的時間內，按照規定的程序和方法進行維修時，保持或恢復其規定狀態的能力。結構的維修性設計要求的實現應在民用飛機設計時得到充分的考慮和保證，將維修性思想貫穿到民用飛機的設計中。對于民用飛機結構設計來說，不僅要滿足其本身的功能設計要求，從全壽命周期設計和航空公司經濟性考慮，還應滿足維修性的相關準則和要求。

1.可達性。拆裝各零部件之間留有足夠的維修空間;拆卸部件應根據尺寸、質量大小，合理安排空間位置;結構易損件、常拆件要保證其拆換過程中的運動路徑通暢，拆卸路線平緩，拆卸運動軌跡簡單;運動機構的潤滑點便于接近，重要承力部位便于一些特殊檢查探測設備接近，并有足夠的空間方便檢查;維修通道在設計時，留有足夠的空間以便于在手臂或工具進入后，維修操作能被觀察到。

2.標準件及互換性。在結構設計中盡可能使用標準件產品;在結構連接件、緊固件的設計中盡可能選用統一的標準件，以減少維修過程中對維修工具的數量要求;功能相同且對稱安裝的零部件盡可能設計成可以互換的;在結構設計過程中，結構件盡可能設計成在不同位置互換、與不同機型的結構件互換;不同位置、不同功能的結構件及其附件應盡可能采取等壽命設計，以減少維修任務。

3.人素要求和維修安全。要根據維修人員所處的位置、姿態和使用工具情況，根據人體度量提供適當的操作空間;保證結構件在維修過程，無論是故障狀態還是結構分解狀態都不會對維修人員產生危險;在具有較大的彈性勢能、重力勢能的結構件維修過程中，設計能量緩沖設備或必要的安全防護;維修過程中的運動機構應設計必要的防護裝置或標識提醒;維修通道不能有尖銳的邊角，工作艙的開口或蓋板的邊緣應設計成圓角或有防護物。

4.防差錯和維修標識。設計醒目易識別的維修標識，以提高維修效率;測試點、檢查點設計醒目的標記以方便查找;在運動機構的潤滑點設計標識或標牌;對拆裝復雜的部位設計必要的拆裝順序和拆裝方向。

5.維修簡便。口蓋、蓋板等設計盡可能采用快卸式設計，如圖1所示;維修時需拆卸、移動的結構件設計必要的把手，以方便維修;在較難接近的重要結構承力件周圍設計自動檢測和傳感裝置，進行自動檢測;在一些結構易腐蝕、易疲勞、易發生偶然損傷和環境損傷的地方，采取優化的可靠性方法和防護手段以減少這些地方的維修任務。

總之，在民用飛機結構設計的過程中，充分考慮維修性設計，使得在結構設計的初期就將維修性作為一種固有的屬性融入到民用飛機結構中，從而滿足結構維修性設計要求。采用維修性思想和理念進行結構的維修性設計，將會對民用飛機結構的維修性設計產生深遠的影響。

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