飞机作战试验维修性评估

刘坤，陈艺天，李麦亮，林觉列

（1.工业和信息化部电子第五研究所，广东 广州 511370；
2.广东省电子信息产品可靠性技术重点实验室，广东 广州 511370；
3.广东省电子信息产品可靠性与环境工程技术研究开发中心，广东 广州 511370）

作战试验是依据装备的作战使命任务，在逼真模拟的实战环境和对抗条件下，按照作战流程，对装备作战效能、保障效能、部队适用性、作战任务满足度和质量稳定性等进行考核与评估的试验活动。维修性是指装备在规定的条件下和规定的时间内，按规定的程序和方法进行维修时，保持或恢复其规定状态的能力。飞机作为具备作战属性的长期连续工作可修复复杂装备，集机械结构，电、气，液和复杂线路系统为一体，维修性对飞机具有不可或缺的重要作用，是飞机实现作战任务及可重复投入作战的关键属性。近年来，随着我军装备建设的快速发展，许多学者针对作战试验或装备维修性进行了大量的研究工作，例如：吴溪等[1]建立了以作战问题为导向的装备作战试验设计的原理模型，确定了装备作战试验设计的基本内容；
迟明祎等[2]针对真实对抗环境下产生的能够在战术层级直接服务于各级指挥员战场决策作战效能数据严重不足的问题，阐述了作战试验数据融入作战数据体系的思路和途径；
刘玉明[3]从定量的维修性设计角度出发，论述了实现维修性MTTR 指标的定量设计方法和程序；
罗肖健等[4]详细归纳并介绍了数种多样化的船舶维修性评估办法。但具体到飞机，国内公开发表的文献中尚未发现有结合作战试验和飞机维修性进行讨论的相关研究。本文在作战试验的基础上建立飞机维修性评估系统，重点围绕飞机作战试验维修性定量评估、定性评价和数据采集三者进行讨论，并设计了对应数据库，为反映飞机的维修性设计水平提供参考建议。

1.1 评估内容

作战试验中，维修性定量指标要求应反映飞机的战备完好性和任务成功性，维修人力和保障资源等目标和约束，体现在保养、预防性维修、修复性维修和战场抢修等诸方面。还应考虑飞机的作战使命，类型特点，复杂程度及参数是否便于度量和验证等因素。可根据以下约束条件逐步分析，确定相关指标要求。

a）作战特性：基于飞机作战属性，维修性评估指标应反映战场上对损伤飞机进行快速应急修复重新投入作战的可能性与有效性。

b）任务要求：飞机面临主要功能系统损坏此类严重故障时，会直接导致作战任务无法执行，严重破坏飞机执行作战任务。不同类型的飞机作战主要功能不尽相同，维修性评估指标应能体现各类型飞机主要功能系统恢复使用的时效性。

c）故障定位：飞机内部结构极为复杂，耦合集成系统较多，零部件贴合紧密。故障定位系统作为维修辅助手段，确定维修性指标时必须考虑警报系统或维修人员故障定位的准确度和效率等因素；
此外，由于飞机系统的复杂性和作战环境的特殊性，某些故障发生时并不能第一时间定位至某一具体单元，应当进行故障隔离，视情进行后续维修步骤。从维修时间角度出发，维修性评估指标应对应覆盖此类情况。

d）维护保养：飞机在无作战任务时仍需维护保养，一些尚未发生的故障可凭技术手段或经验提前发现并解决，保障作战使用的高水平战备完好性。

e）维修保障：作战试验中，飞机备件、一次性消耗品、维修工具准备情况、仓库距受损飞机距离和维修团队反应时间等因素直接影响着飞机的维修效率，维修人员的故障定位和维修水平也决定了受损飞机的最终维修时间，在此基础上，保障团队的保障能力和技术素养在维修飞机时发挥着重要的作用，应在确定维修性评估指标时予以体现。

结合以上分析逻辑过程，作战试验飞机维修性评估内容重点围绕飞机作战使命、故障定位和排除、后勤保障水平、维修人员技术素养等要素展开，据此本文提出了相应的飞机维修性评估定量指标为：平均修复时间、平均预防性修复时间、维修工时率、平均恢复功能用的任务时间、重要零部件更换平均时间和重构时间。

1.2 评估方法

a）平均修复时间

分别统计作战试验期间（含作战试验飞行科目及部队日常训练）全部载机的修复性维修事件（含换件维修和非换件维修）总数NT及其总时间TCM，按照式（1）计算载机平均修复时间MCT：

b）平均预防性修复时间

分别统计作战试验期间（含作战试验飞行科目和部队日常训练）全部参试飞机的第i 类预防性维修的次数NPMi及其总时间TPMi，按照式（2）计算全机平均预防性修复时间MPTi：

提出该指标时应先对各级各类的预防性维修的工作范围有初步定义，时间也应明确规定是日历时间还是实际工作时间。

c）维修工时率

分别统计作战试验期间全部参试飞机在规定条件下和规定的时间内的直接维修工时数TMR及规定时间内产品的工作时间（或寿命单位总数）TO，按照式（3）计算全机维修工时率MR：

该指标一般对规定的时间区段的维修工时统计3 次以上取其平均值。

d）平均恢复功能用的任务时间

分别统计作战试验期间全部参试飞机严重故障的总修复性维修时间TTMRF和严重故障总数NTM，按照式（4）计算全机平均恢复功能用的任务时间TMRF：

e）重要零部件更换平均时间

重要零部件更换平均时间是指飞机每项重要零部件的平均更换时间，作战试验中应先确定飞机重要件并提出更换时间，一般是更换次数较多的重要功能件和对装备的维修水平有重要影响的部件，例如飞机起飞降落均需使用的起落架，由于频繁使用和高强度的摩擦应力，故障几率较大，更换次数较多；
再比如螺旋桨飞机的桨叶，一般情况下每隔1 000 h 需进行更换。同时应定义更换时间，可定义为从维修人员接近飞机至检查调整到达可用状态需经历的时间。另外需明确换件时的规定条件，包括维修人员、维修工具和设备、维修备件和消耗品等的准备情况。比如在起落架故障这一环境，在维修工作中维修人员固定、维修工具齐全、维修备件准备得当的情况下，重要零部件更换平均时间可定义为维修人员接近起落架至起落架恢复正常使用功能、满足连续作战需求的时间。此外，由于飞机重要零部件较多，重要零部件更换平均时间可能不止一个指标，而是一组指标。

f）重构时间

重构时间是指飞机实现某功能的系统损坏后，重新构成能完成其功能的系统所需的时间。对于有冗余的系统，即是使系统转入新的工作结构所需的时间。重构时间一般应包括：1）针对战场损伤，在应急情况下，采用非常规修理方法、以完成当前任务的战场抢修方法，如飞机用来调整升降的平尾升降舵调整片出现损坏或腐蚀时，可经评估采取粘贴锡箔纸的方法进行紧急抢修，在专业的维修措施到位前损失一定的可靠性保证飞机的后续飞行；
2）飞机的某一功能部件，本身具备降级使用的功能，如雷达系统的短波天线，当500 km 级别的侦察功能损坏时，可降级为300 km 级别继续使用；
3）飞机具有等效的冗余系统，如控制飞机起落架收放的液压系统，拥有备用系统，在主系统损坏时可保障飞机正常起降等。

2.1 评价内容 [5]

作战试验维修性评估的本质目的是在近似真实的模拟作战环境中，基于科学性和真实性，针对日常使用和维护，发现实际维修问题，改进飞机维修设计缺陷，提高维修人员维修体验，全方位考核评估飞机的维修水平。前文中针对飞机平均修复时间等易量化的指标做出了维修性定量评估，但飞机作为具备作战属性连续工作的大型可修复型复杂精密系统，维修性要素多维化，定量评估不足以系统全面地体现飞机的维修性评估内容，在这种前提下，维修性评估中还需充分地考虑某些不易量化的指标和维修人员的维修体验等定性评估因素，通过有效客观的科学调查分析方法，进行综合的定性评价，根据GJB 368B—2009 《装备维修性工作通用要求》的相关规定，内容重点覆盖可达性、防差错设计、人素工程设计、标准化与互换性、维修安全性和口盖设计等方面，大致描述如表1 所示[6]。

表1 飞机作战试验维修性评估定性评价要求

a）可达性

可达性表现维修人员维修时接近飞机不同故障单元进行检查、修理、更换或保养的相对难易程度。具体要求有飞机内部零部件管线等布局应足够合理，维修人员能够接触到需检查和测试的单元及部件细部，具备修理更换故障部件的维修空间，维修时具备良好的防干扰设计，部件拆装也应尽量简便。在作战试验维修性定性评价时应考察以下几点：

1）良好的可达性表现在维修部位可见可达，维修人员容易到达维修部位，不需要拆装或拆装简便，同时使用工具时具备良好的检查、测试、修理、更换和保养的维修空间；

2）设备、零部件按照维修逻辑作合理布置可优化维修工序，应根据故障频率的大小，调整工作的难易、拆装时间的长短和重量尺寸的大小等因素，将其配置在合理的位置上，尽量做到在检查或拆卸任一故障件时，不必拆卸其他设备、机件，此外还涉及LRU 安装位置、修理通道、观察（检查）孔（口）、测试通道设置位置和管线走线逻辑等方面；

3）同一个专业的设备、系统集中化安装，避免交叉作业造成的相互干扰，零部件也应考虑减少彼此干扰的可能性；

4）拆装部件时应该足够的简便，满足步骤少、速度快的要求，避免出现拆装作业极其困难或故障件虽小却不得不先拆装完整模块机件的低效率情形。

b）防差错设计

维修工作中难免出现差错，如飞机不设计细致的防差错标识和警示装置提醒维修人员，一经发生差错，轻则延误飞机起飞和作战任务的执行，重则伤及设备乃至伤人性命，因此，防差错设计是飞机作战试验维修性评估的关键环节，为了避免或消除维修工程中可能发生的人为差错，必须设计明显的防差错标识，进行定性评价时应考虑以下几点：

1）管线路穿插应采用交错安装的方式，如需并排固定走线，应采用不同颜色、粗细和封塑的管线加以区分，其上应设置明显程度高的铭牌或标签以便区分；

2）系统、设备应防止在连接、安装时发生错误，在结构上应加以限制或有明显表实，如零部件安装错误或方向装反时装不下，插头、插座只能相匹配才能插入，避免导致损坏装置和发生事故等后果；

3）凡是需要引起维修人员注意的地方或是容易发生维修差错的设备和部位，均应在便于观察的位置设立维修标志、符号和警示标牌；

4）对于有固定操作程序的操作装置都应有操作顺序号码和运动方向的标记；

5）设备的标记应根据飞机的特点和维修需求，按相关标准规定采用文字、数据、颜色、形象图案彩圈或符号进行表示，标记在飞机使用、存放、运输或高低温、砂尘和太阳直射等环境条件下应保持清晰牢固；

6）避免采用对称口盖，如受条件限制需采用对称口盖，其紧固件不能对称排列。

c）人素工程设计要求

维修时维修人员需有良好的工作姿势，人耳可承受范围内的噪音，良好的照明、合适的工具，适度的负荷强度，可显著提高维修人员的工作质量和效率。评估人素工程设计时应考虑以下几点：

1）测试点、调整点和连接点应便于识别和维修操作；

2）维修区域对维修人员的开放程度应足够充裕，同时应保障维修人员作业时的舒适程度，提供良好的灯光照明，配置耳塞耳罩等降噪工具，预留供维修人员进入、转身，以及手臂做推、拉、转等动作的足够空间；

3）对于大重量的维修备件和工具，考虑人体能承受的强度，单人可搬动的机件重量不应超过16 kg，两人搬动的不应超过32 kg，重量超过32 kg 的机件，应采取相应的起吊措施。

d）标准化与互换性

飞机故障率高容易损坏的零部件应具有良好的互换性、必要的互换性和模块化设计，常用的标准化与互换性项目（如口盖通用标准件等）还应具备外场可更换能力，使产品维修简便，简化外场保障流程。产品的模块化设计可使飞机结构、成品设备和其他系统满足标准化、通用化、系列化要求，降低了故障定位和维修技术难度，提高了拆装和维修效率，应急修复时可以省去故障定位修复时间，直接更换模块，为保障飞机的作战任务提供了一种新的维修方式。标准化与互换性评价应考虑以下几个方面：

1）同型号、同功能的部件组件应具有互换性；

2）应尽量采用标准化设计和选用标准化的设备附件和零件，与维修有关的尺寸规格等应事先标准化和规格化；

3）设备、组件的改进产品与原型产品具有良好的安装互换性；

4）利于采用自动化制造的部件优先采用模块设计；

5）能有效降低对维修人员数量和技能要求的系统优先采用模块设计；

6）每个模块要具备故障自检和隔离能力；

7）模块的分解、更换、连接不需要专业工具。

e）维修安全性

维修安全性是防止维修时维修人员或飞机设备受损的一种设计特性。飞机应具备必要的保护装置措施，包括防机械损伤、防高低温、防电击、防火、防爆和防毒等。评估维修安全性时应考虑以下方面：

1）任何经评估和实际维修时易发生危险的部位，都应在便于观察的位置，设立醒目的标志，以防止发生事故危害维修人员或机上设备的安全，如发动机部位的高温区域，应设立高温提醒标志，谨防维修人员被烫伤；

2）所有部件开口处及口盖的棱边必须倒角去边制圆，以防止尖锐突出物划伤割伤刺伤维修人员；
舱门、检查窗和口盖等活动部件开度应足够灵活便于维修人员维修操作；

3）维修区域应设置足够的应急电门按钮或把手，且应放置在容易触碰的部位，并有简单牢固的防护措施，以防止误触碰操作伤及维修人员或损环设备；

4）维修工作时应谨防运动部件隐藏的危险，如飞机舱门、活动盖板等在关闭时夹伤维修人员，此类部件应设立警示牌和物体检测传感器，当检测到人或物体时可停止关闭；

5）维修工作应设立多岗制度，进行维修时需设立人员随时处于急停按钮或把手位置盯防，特别是需启动发动机等大型运动部件进行维修或验证的操作时，如发生维修事故时可立即停车并实施救援；

6）飞机内安全资料应齐全完整，分类清晰有条目，便于维修人员在进行维修前或遇到紧急安全事件时能及时查阅安全资料采取有效措施。

f）口盖设计要求

口盖是飞机可靠性维修性评估的重要部分，大到舱门、操作窗口、维修通道和油、液箱口，小至复杂的管线系统裸露在外的连接端口，均设置了口盖装置，口盖设计优劣关系着维修工作的效率和安全性，对于维修口盖的评估应考虑以下几个方面：

1）维修口盖的设计应尽可能满足各种维修活动的要求（如考虑工具、工作活动空间和目视检查等活动所必须的活动尺寸）；

2）所有可以拆卸的维修口盖、舱门及其对应的开口应标上对应的识别标示，便于维修人员识别管线类别、名称、安装方向等信息、如果是对称的，则应标明“上、下、前后、左、右” 等标志；

3）铰链口盖上应有 “上锁” “非上锁” 位置的识别标志；

4）应根据口盖的拆卸频率选择口盖的紧固件类型，采用徒手开关的口盖锁时，应提高口盖的刚度；

5）口盖和舱门均应具有防水能力；

6）大尺寸的舱门应设置撑杆，以便于维修操作；

7）若口盖用不同长度的螺钉固定，则各种长度螺钉的直径应不同，以防装错。

2.2 评价方法

作战试验构建逼真实战环境的目的就是为了提前发现实际作战使用中遇到的问题，加以归纳总结后进行分析评估，从而实施对应的改进措施。具体到维修性定性评价，其主要针对的就是飞机的维修性设计情况及实际作战环境中的维修体验，为全面覆盖作战试验维修性定性评价内容，对上述两个核心目的做出客观系统的评价，本文选择在作战试验阶段参考相关标准，制定规范化的评价体系，结合上机考察与对维修人员进行调查访谈、问卷的方式进行作战试验维修性定性评价，流程图如图1 所示。

图1 飞机作战试验维修性评估定性评价流程

a）对可靠性维修性评审指南、维修性技术手册等中涉及维修性定性要求的内容进行研究，特别遵循GJB 368B—2009 《产品维修性工作通用要求》中的相关规定，同时梳理业内较为权威的维修性定性评价知识，形成规范和标准的评价体系；

b）根据上文评价内容确定维修性定性评价需要采集的详实信息，从而决定实机考察的内容，制定针对飞行员、机械师和地勤维修人员的访谈对话和调查问卷；

c）按照制定计划深入作战试验现场对承试飞机进行考察，综合考虑飞机特性和使用过程中的实际需求和条件，发现飞机在维修性方面的主要缺陷；
同时对机组和地勤人员开展调研，进行维修性评价方面的探讨，掌握一线人员对飞机的维修性需求；

d）将收集到的原始信息进行归纳整理，分类成符合项与不符合项两大类，对于不符合项提出改进意见。

作战试验是军用装备列装后提高通用质量和部队使用体验的主流试验活动，在未来的装备试验体系中具有愈发重要的作用，但作战试验也存在参试单位较多、技术难度过高、考核因素繁杂和试验周期冗长等客观因素，对试验过程进行综合、系统、全面的管理是必然的趋向。对于飞机作战试验而言，维修性是其中不可忽视的一环。本文基于保障飞机作战试验顺利开展的目的，重点研究作战试验中飞机的维修性评估，提出了综合定量指标和定性评价两大核心的评估内容及对应的评估方法，在此基础上给出需求的数据内容和采集形式。本文通过对飞机作战试验维修性评估进行系统性的概括和总结，为飞机作战试验管理人员确定维修性评估指标时提供参考，为现场实施人员具体评估实施时提供有效的方法和建议。

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