基于S4000P的民用航空動力裝置系統預防性維修任務制定方法研究

■ 王龍/中國航發商用航空發動機有限責任公司

預防性維修分析的目的是針對新型或衍生型的航空產品制定最低計劃維修和檢查要求，即維修大綱，它包括維修任務和維修間隔，決定了維修什么、何時維修的問題。預防性維修是保證航空器固有設計水平和持續適航性的基礎，為固有可靠性差的項目實施設計改進提供必要的信息；當航空器的技術狀態發生惡化時，通過預防性維修可以把安全性和可靠性恢復到固有水平；通過不斷地優化實現最低的維修費用。

1 S4000P標準介紹

S4000P《預防性維修大綱制定與持續優化國際規范》標準由歐洲航空航天與國防工業協會（ASD）組織編制。基于MSG-3《運營商／制造商計劃維修》標準，建立了關于預防性維修大綱制定和持續優化的國際規范，其考慮了軍民用維修程序的協調一致性，目的是提供一種通用維修分析方法，幫助工業方建立裝備的預防性維修任務要求。S4000P標準可以用來確定初始的預定維修大綱要求，其分析程序以產品的功能、實際運營能力以及保障方案來確定所有預定任務和間隔。S4000P標準內容主要包括了預防性維修大綱中對于預防性維修任務要求項目（PMTRE）和間隔（PMTRI）制定過程涉及的系統分析、結構分析、區域分析（含L/HIRF分析）的程序方法，以及服役階段的維修優化程序（ISMO）。預防性維修分析及持續優化的工作過程如圖1所示。

圖1 預防性維修分析及持續優化的工作過程

2 S4000P系統分析方法

系統分析程序是針對飛機的系統或子系統，包括動力裝置、部附件、APU等，運用循序漸進的邏輯決斷分析方法，確定系統的維修任務和維修間隔。通過識別重要功能項目，分析每個重要功能項目的功能、失效、失效影響及失效原因；判斷失效影響類別，包括明顯的或隱蔽的安全性影響、法律或環境影響、運行或任務影響、經濟性影響；分析確定適當的維修任務，包括潤滑/勤務、操作/目視檢查、檢查/功能檢查、恢復、報廢等；針對每個維修任務確定其維修間隔，最后形成該系統的計劃維修要求。

2.1 重要功能項目的選擇

在進行系統分析前，首先要根據產品分解結構識別重要系統和部件，一般包括系統、子系統、單元體、部件、附件、單元、零件等，然后通過對以下4個問題進行判斷，有一個問題的答案是肯定的，就納入分析備選對象，并確定最高可管理層，作為要分析的重要功能項目，一般是一個系統或子系統。

1）故障影響安全嗎？包括安全/應急系統或者裝置。

2）故障導致違背法律要求或對環境有重要影響嗎？

3）故障對運行性/任務有明顯影響嗎？

4）故障對經濟性有重要影響嗎？

2.2 功能失效的確定

選定重要功能項目之后，要確定每一個重要功能項目的功能、功能失效、失效影響和失效原因。

1）功能：項目通常的特性作用；

2）功能失效：項目無法在規定的限制條件下執行預期功能；

3）失效影響：功能失效的后果；

4）失效原因：功能失效發生的原因。

2.3 失效影響類別邏輯決斷分析（上層分析）

上層分析需要用功能故障評價來確定故障影響的類別，根據分析流程（見圖2）的問題進行評估，確定以下8種故障影響類別。S4000P較MSG-3更加細分，并指出了法律/環境方面的影響。

圖2 上層分析流程圖

1）明顯的安全性影響（FFEC 1）：明顯的功能故障對安全性有影響；

2）明顯的法律/環境影響（FFEC 2）：明顯的功能故障對環境或違背法律方面有影響；

3）明顯的運行/任務影響（FFEC 3）：明顯的功能故障對運行或任務能力有影響；

4）明顯的經濟性影響（FFEC 4）：明顯的功能故障對經濟性有影響；

5）隱蔽的安全性影響（FFEC 5）：隱蔽的功能故障對安全性有影響；

6）隱蔽的法律/環境影響（FFEC 6）：隱蔽的功能故障對環境或違背法律方面有影響；

7）隱蔽的任務影響（FFEC 7）：隱蔽的功能故障對任務能力有影響；

8）隱蔽的經濟性影響（FFEC 8）：隱蔽的功能故障對經濟性有影響。

2.4 維修任務選擇邏輯決斷分析（下層分析）

下層分析的目的是確定維修任務，包括勤務、操作檢查、檢查或功能檢查、恢復、定期更換和綜合工作。如無工作選擇，則需要重新設計。按照分析流程（見圖3）詢問下層邏輯的所有問題，功能失效原因決定是選擇一個維修任務還是要求重新設計。S4000P在開始分析前增加了“是否故障率低于一個閾值”和“是否有監測系統可以完全檢測”的判斷。如果“是”，則不需進行該分析，開展視情維修等工作；同時，在得出要進行綜合工作時增加了對監測系統評估的判斷，以便于分析是否可以開展視情維修。另外，S4000P對于分析邏輯的所有問題都要問，MSG-3中對于5、8類所有的問題都要問；6、7、9類中，除了潤滑和勤務外，其他的問題按照順序，只要有一個問題回答為“是”，則后面的問題不需要再問。

圖3 下層分析流程圖

2.5 確定任務間隔

在使用前文所述分析方法確定了維修任務之后，必須確定合適的工作間隔。在確定工作間隔時要考慮以下內容：

1）制造廠的試驗數據和技術分析；

2）制造廠的數據與/或供應商的推薦資料；

3）客戶需求；

4）由類似或相同部件和子系統得到的使用經驗；

5）“工程最優估計”法。

同時，為了獲得維修工作的“最佳的初始”維修間隔，必須根據所有可用的相關數據，對維修間隔進行估計。

3 航空動力裝置系統分析方法應用

根據S4000P方法開展航空動力裝置系統預防性維修分析時，首先可以參考S1000D 標準編號系統（SNS）對航空發動機的功能進行劃分。在完成功能分解后，再在具體的子系統中進行物理分解，以此產品分解結構為基礎，確定開展系統分析的重要功能項目。然后按照以上研究的具體分析方法和流程，對確定的重要功能項目逐一開展預防性維修分析。

依據某型發動機設計資料，對其中的一個重要功能項目——72-20-00風扇增壓級單元體開展完整的分析，得到的分析結果如表1所示。

表1 預防性維修分析任務

4 結束語

在確定航空產品的維修大綱時，民用航空動力裝置的系統分析方法對確定預防性維修任務非常重要。本文研究的S4000P以及常用的MSG-3方法都是國際上重要的預防性維修大綱制定的行業規范。雖然目前中國民航局推薦制定飛機計劃維修要求時采用最新的MSG-3標準，但S4000P標準也有其優勢。特別是在整個產品后勤保障領域ASD系列標準及接口問題上，具有更加完整的論述，邏輯嚴密，對提升基于正向研制思維的產品后勤保障分析技術能力具有重要的借鑒意義。