谢加强 况 薇
(上海飞机设计研究院，中国 上海 201210)
【摘 要】飞机可用性是反映飞机维修性、可靠性和运行成本的重要指标之一。因此，在飞机设计和运营的过程中在应在不超出适航规范内尽可能提高飞机的利用率。通过对国外飞机制造商的保障性工程，维修大纲和飞机监控管理等提高飞机可用性的措施进行分析，为国内飞机可用性的设计和管理提高提供了借鉴。
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关键词 可用性；维修性；保障性；综合健康管理
0 引言
飞机可用性是机队管理中的重要性能指标，与运营成本不可分割。一般来说，更高的可用性意味着成本的降低。因此，在飞机全寿命周期里，应尽可能确保和提高飞机的可用性。本文从可用性的概念入手，分析飞机的保障性工程，维修大纲和前沿技术等措施对民机可用性的影响。
1 可用性概念
可用性的定义为“产品在任一随机时刻需要和开始执行任务时，处于可工作或可使用的程度”[1]。可用性的概率度量也可以称之为可用度。可见，可用性是衡量设备或系统在特定任务中处于可运行和指定状态的一个指标。系统和设备的可用性是维修性和可靠性的综合指标。可用性通常分为固有可用度、可达可用度和使用可用度[1]三种，其定义和公式如表：
从可用性的定义和分类可知，减少故障，减少维修时间和降低由于保障等原因导致的延误可以提高产品的可用性。
需要指出的是，民用飞机和军用飞机在可用性的解释有所不同。民用飞机的一年使用时间通常高于2000飞行小时（每天6飞行小时或实现每天4到6次的运输任务），如果飞行中出现故障，通常由机务在晚上排除。而军机通常是处于待命状态（如空客的A400M军用飞机，其一年使用时间约为650飞行小时），但是当需求发生时，其必须具有最大的可用性，因为这关乎国家利益和人民的性命。不同的用途决定了军机和民机对可用性不同的定义。民机公司通常采用运行可靠性的概念，其定义为飞行任务完成任务的百分比，此概念与军机的任务可靠性相同。相比之下，军机的运行可用性通常定义为任务的可用时间（包括执行任务和等候任务的时间）与飞机在总时间（包括修复性维修和预防性维修时间以及保障造成的延误）之比。该数据不仅与技术因数（RM&T）相关，还与支援系统的效率相关。对于航空公司来说，更高的可用性是确保盈利飞行的重要因素。对于军机使来说，更高的可用性是完成指派的任务的保证[3]。因此，提高可用性无论对于军机还是民机来说都是十分重要的。
2 提升飞机可用性的措施探讨
2.1 产品支援流程的保障
在飞机全寿命成本中，运行保障阶段的成本通常占其中50%。因此，应尽早考虑保障分析。支援（保障）流程分析是目前飞机工程设计中的一个不可分割的部分，空客将其称之为保障性工程（SEP）。
保障性分析流程首先需要明确顾客保障性需求和要求。在此基础上，得出细化的保障说明，保障说明和运行经验作为保障性需求的输入。通常可将保障说明作为采购合同的一部分。保障性的需求由专家进行审核，这些需求在飞机设计的保障性分析中落实。保障性分析分为两个阶段。第一个阶段是定性维修性分析。在这个阶段，所有的零部件都需要进行可达性和是否容易拆卸的检查。如果拆卸一个部件过于复杂或需要拆卸过多其他部件，保障性工程师可要求改变安装设计。第二个阶段是维修任务分析和确定维修任务清单及其地面支援设备、工具、程序及人力时间要求，以满足支援性要求和合同要求，从而确保可用性的提升。这两个阶段的工作是与系统设计并行进行的。在整个保障性分析期间，任何影响设计的保障性项目都需要提交给设计团队考虑。同时，在保障性分析流程中，客户也可以提出建议和意见。保障性工程流程的结果包含在计算机数据库中，这些报告对客户和被授权的用户开放。
2.2 维修任务优化
2.2.1 计划维修任务的优化
减少维修时间和维修工作是提高可用性和降低成本的因素之一。传统的维修通常分为预防性维修和修复性维修两大类。预防性维修又可分为基于状态的维修和预先确定的维修（或计划维修）。在民用飞机维修工作中，计划维修通常占总维修任务的很大一部分。因此，减少计划维修任务对于提高飞机的可用性具有重要的意义。
使用流程图和逻辑建立维修计划的最早定义于1967年，以此为基础，MSG-1流程创立于1968年并最早用于B747飞机中来建立计划维修大纲。 MSG-1 流程主要依据定时维修和视情维修来建立维修任务和维修间隔。1970年，MSG进化为MSG-2并用于DC-9等机型。MSG-2引入了状态监控的概念，不足的是，MSG-2流程并不能识别维修任务时给予安全理由还是经济理由，同时由于MSG-2使用的是自下而上的分析流程，分析的部件过多因此难于管理，MSG-2也不适合于分析过于复杂的系统，MSG-2也没有包含结构的损伤容限和疲劳评估。1979年，为了克服MSG-2流程的不足，MSG-3流程应运而生。
MSG-3是基于功能失效和失效原因分析的流程，并以ATA维修任务的产生为目标。该流程采用逻辑树方法，克服了MSG-2流程中的缺点，将与安全相关的任务从经济性考虑的任务隔离出来，并对隐性功能故障确定合适的处理方法。在MSG-3流程是自上而下的对合适系统等级进行分析，而不是从部件级开始分析，大大减少了不必要的维修任务和减少了分析的工作量。同时，如果能证明特定系统的功能故障对运行安全性没有影响或对经济性的影响很小，就无需执行常规的维修。时至今日，MSG-3是商用飞机生产商普遍采用的计划维修分析流程。FAA的咨询通告AC-121-22A指出，新飞机或旧飞机的衍生型号必须用最新的MSG分析流程于建立常规的计划维修任务，这也是适航审查机构唯一接受的分析方法。MSG-3是各国适航审查机构普遍接受的计划维修任务分析方法[4]。
分析机队的性能和维修数据可以帮助优化维修间隔和减少运营的中断。波音公司通过其计划维修任务优化数据分析系统发现，在737NG上，对于初始维修间隔为4000飞行小时的维修任务，其中的80%任务可以延长维修间隔，对于777，对于初始维修间隔为7500飞行小时的维修任务，其中的68%任务可以延长维修间隔，并不影响其安全性和经济性。
2.2.2 损伤容限设计的应用与优化
对于飞机的疲劳损伤，在20世纪70年代引入了损伤容限的概念。在检查技术和对金属裂纹的扩散知识增加的基础上，通过更多的针对性检查已经可以确保持续适航的要求。疲劳和损伤应力分析和试验是新型号飞机设计，取证和运营中重要部分。目前的损伤容限设计是是通过数字样机模拟和全尺寸的疲劳试验实现的。针对疲劳损伤的计划维修任务通常会给出检查门槛值和重复的间隔，以确保损伤不会过超过其限制值。检查任务通常根据飞机的实际使用情况确定。在飞机运营时，通过飞机寿命监控系，可以记录飞机的结构载荷、过载、硬着陆、飞机循环、使用率和相关的疲劳维修数据通过收集和分析数据，以改进计划维修任务，从而提高飞机的可用性。
2.3 综合健康管理的应用
通过改进故障的诊断、监控和预测能力也是减少维修时间的重要方法。在传统的飞机维修过程，如果飞机在飞行中出现故障，建立工作指令，准备备件，排除和修复故障工作都是在飞机着陆后才开展的。这一流程容易导致人员、设备和备件的准备工作出现差错，从而导致维修时间延长，维修成本增加且影响飞机的飞行计划。而通过高度集成的健康管理系统，能够实现监控飞机的实时状态、评估甚至预测故障。另外，通过数据传输技术，可以将飞机维修数据从空中传送到地面，方便维修人员在飞机着陆前就安排好维修任务，备件可用性检查，人员安排等工作，从而提高地面维修的效率和飞机的可用性。这两种维修流程见图2。
另外，飞机的综合健康管理系统的监控和预测功能可对某些视情维修任务的维修间隔进行优化，从而避免部件的未到寿命更换。通过监控系统可预测维修实施的计划时间段（除非关键系统的性能衰减对于机组来说是明显的）。在计划时间段内，维修任务可以安排在最适合的时间段，允许飞机在备用或合适的计划检查内执行修复性维修，使得飞机可用性得到提高而不会影响安全性。
2.4 其他措施
有些提高可用性和降低成本的措施不一定需要影响飞机设计或维修流程。其中一个措施是在项目参与方中达成分享资源和提高效率，达成一致的培训，使用同样培训设施和技术支援和材料支援，备件支援。交叉维修，横向的备件支援和统一的人员调等。但是，由于参与方人力，备件和管理流程等区别，统一的支援流程方案的实施比较难于达成一致。
3 结束语
总的来说，采用系统化、流程化的支援保障流程，强化设计流程中对于维修性优化的考虑，运用数据和经验优化统维修大纲中的任务和综合健康管理系统的应用等措施可以进一步提高飞机的可用性。
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参考文献
［１］龚庆祥,等.飞机设计手册.第20册 可靠性、维修性设计[Z].1996:28-31.
［２］Drs. Ing. C. Andela, Improvements of Aircraft Availability Within the Royal Netherlands Air Force[Z]. National Aerospace Laboratory NLR, 2011,03:03-04.
［３］Mr. Baudouin Heuninckx, et,al, Availability Improvements in New Transport Aircraft –The Case of the A400M[Z]. 2011,3:07.
［责任编辑：邓丽丽］
