一種基于可靠性的ACM 預防性維修策略

■ 闞士行 王崢/山東航空股份有限公司工程技術公司

0 引言

航空公司航材資產具有種類多、價值高、周轉率高等特點。隨著精細化程度的加深，以前故障發生后再進行航材更換的策略不能適應航空公司日益提高的保障要求，越來越多的航空公司開始采用“預防性維修”策略，將部件提前拆下進行維修，以避免突發故障導致航班延誤。但是目前大部分航空公司多采用歷史經驗數據決定預防性維修的周期，決策過程缺少數據定量分析支撐，存在標準不一、經濟性低的情況。本文以S 航空公司的空氣循環機（ACM）為例，通過建立預防性維修策略模型，為航材預防性維修提供數據支持。

1 模型簡介

1.1 以可靠性為中心的維修思想

以可靠性為中心的維修思想（RCM）充分利用機械系統本身的固有可靠性，以可靠性理論為基礎，通過對影響機械系統的可靠性因素進行具體分析和試驗，確定合理的機械系統維修周期，定量最低的機械系統全壽命費用，并充分利用機械系統的使用可靠性。

可靠度指機械系統及其零部件在規定的條件和時間內能正常發揮功能的概率，即機械系統及其零部件的壽命T不低于時間t的概率，即

與可靠度對立的是不可靠度，它表示機械系統及其零部件的不可靠程度，即

則F（t）為部件的故障分布函數，其故障概率密度函數f（t）為

瞬時故障率λ（t）為

1.2 威布爾分布模型

威布爾分布在機械強度的可靠性分析計算中是除正態分布外常用于表達強度及壽命的一種分布形式。

威布爾分布的瞬時故障率函數λ（t）定義如下：

由此可得威布爾分布的可靠度函數為

及威布爾分布的概率密度函數為

其中，β為形狀參數；θ為尺度參數，也稱為特征壽命，它與故障時間的單位相同。

1.3 建立預防性更換周期模型

1.3.1 定齡維修策略

預防性維修是指當機械系統運行到規定的時間后進行維修，使其恢復到規定的使用功能狀態。但在定期預防性維修之前，機械系統的零部件不可避免地會發生故障，出現維修更換的情況。零部件發生故障進行更換后再根據其預防性維修周期的不同，將定期預防性維修分為定齡維修策略與成批維修策略。

定齡維修策略是指當零部件的工作時間達到預定的維修周期T，即使沒有發生故障也要進行預防性維修；如果零部件在未達到預定的維修周期T時就發生了故障，則對發生故障的零部件進行故障后維修。無論是進行預防性維修還是故障后維修，零部件的功能都恢復到了規定的使用功能狀態，所以故障前工作的時間不應計算在更新后的實際工作時間內，需對零部件的工作時間重新進行計算，重新工作到一個維修周期T時，再進行一次新的預防性維修。

由于航空部件價值昂貴，因此選用更經濟的定齡維修策略。

1.3.2 基于經濟性要求的定齡維修策略預防性維修周期

設某零部件1 次故障后維修和預防性維修的平均維修費用分別為Cf與Cp。根據定齡維修策略，該零部件在單位時間內最小平均維修費用Cn（T）為

若求單位時間內最小平均維修費用Cn（T）的最小值，只需令即可，通過求導計算可得

該計算公式無數值解，但可以通過迭代法求得比較精確的數值解。

2 模型應用

2.1 建立零部件壽命模型

以S 航空公司ACM 為例進行闡釋。從系統中選擇ACM 的送修記錄共計190 條。通過對其TSR（新件或修復后部件的裝機時間）進行參數估計并進行檢驗，發現該數據服從威布爾分布，其β估計值為1.3396，θ估計值為11215.89，即其可靠度函數為

2.2 建立零部件預防性維修周期模型

該部件價格較高，目前新件的市場價格約60 萬美元。若對其進行預防性維修更換軸承、葉片等，可以有效延長使用壽命，避免造成殼體損壞等后果更嚴重的損傷。通過對送修費用進行分析，1次故障后的平均維修費用Cf=50萬元，預防性維修的平均維修費用Cp=12萬元，即

通過R 語言迭代計算其解，即在ACM 工作20685h 后進行預防性維修最經濟。

2.3 模型驗證

結合歷史送修數據，按照20685h對ACM 進行預防性更換維修，年均可避免5 次故障后維修（改為預防性更換維修），可為航空公司節約支出190 萬元；同時年均額外增加3 次預防性維修（增加支出36 萬元），綜合測算可為航空公司年節約154 萬元的維修費用。

3 總結

本文從經濟性角度建立了較好的預防性維修周期模型，為部件建立預防性更換策略提供定量分析和決策支持，為航空公司節約維修成本。