蔡增杰,韓笑

(海軍航空工程學(xué)院青島校區(qū),山東青島266041)

飛機(jī)有壽件延壽綜合決策方法

蔡增杰,韓笑

(海軍航空工程學(xué)院青島校區(qū),山東青島266041)

目的決策飛機(jī)有壽件延壽方法。方法通過RCM理論判斷設(shè)備作為有壽件控制的必要性,對(duì)于有必要進(jìn)行延壽的設(shè)備,需按照壽命指標(biāo)的原則選取合適的壽命指標(biāo)。根據(jù)設(shè)備的特點(diǎn)和延壽方法的適用性,選取適當(dāng)?shù)姆椒▽?duì)其進(jìn)行延壽。結(jié)果得出飛機(jī)有壽件延壽的決策方法。結(jié)論通過此決策方法能夠較好地解決機(jī)載設(shè)備延壽的問題。

RCM;有壽件;延壽指標(biāo);延壽方法

使用中的飛機(jī)存在有壽件控制項(xiàng)目多且壽命指標(biāo)分散,不能與機(jī)體的翻修周期相協(xié)調(diào)的情況,導(dǎo)致在翻修期內(nèi)拆卸更換,不僅影響飛機(jī)完好率,而且浪費(fèi)維修經(jīng)費(fèi)。要解決這個(gè)問題應(yīng)當(dāng)從兩個(gè)方面入手,一是解決有壽件控制的必要性;二是如果確定有必要控制,則應(yīng)優(yōu)選延壽方法,合理確定有壽件的壽命指標(biāo)。

文中應(yīng)用RCM理論判斷維修方式,從而確定有壽件控制項(xiàng)目,針對(duì)不同的機(jī)載設(shè)備選用不同的方法進(jìn)行延壽,結(jié)合延長(zhǎng)壽命指標(biāo)的原則,得出最為合理的延壽指標(biāo)。

1 采用RCM理論判斷設(shè)備作為有壽件控制項(xiàng)目的必要性

利用以可靠性為中心的維修理論(RCM)的基本觀點(diǎn)制定邏輯決斷圖,通過邏輯決斷,重新確定機(jī)載設(shè)備的維修方式。定時(shí)維修的設(shè)備需要有首翻期、翻修間隔期、總壽命指標(biāo);視情維修、事后維修的設(shè)備原則上可以不定壽命指標(biāo)。

按照RCM理論的基本觀點(diǎn),只有具備以下全部條件的機(jī)載設(shè)備,才需要執(zhí)行定時(shí)維修策略。

1)設(shè)備功能故障會(huì)直接影響飛行安全(A類設(shè)備),或影響任務(wù)完成(B類設(shè)備),或故障后有重大經(jīng)濟(jì)損失(重要的C類設(shè)備)。判斷重要度等級(jí)應(yīng)重視利用故障信息,進(jìn)行機(jī)載設(shè)備功能故障模式、影響及危害性分析(FMECA),參照文獻(xiàn)[2]中的方法進(jìn)行。

2)設(shè)備故障模式與日歷耗損或工作時(shí)間耗損相關(guān),即該故障是由于非金屬材料老化、磨損或金屬材料腐蝕、磨損、疲勞引起的。

3)設(shè)備不能按視情維修方式進(jìn)行維修。為了便于操作和使邏輯決斷流程的思路更加清晰,將設(shè)備需要定時(shí)維修的3條必備條件分解為若干個(gè)框圖,如圖1所示。把有初始?jí)勖笜?biāo)的機(jī)載設(shè)備從第1個(gè)框圖進(jìn)行決斷,當(dāng)決斷到?jīng)]有有效的視情維修方式時(shí),才需要采用定時(shí)維修的方式。

圖1 定時(shí)維修邏輯決斷圖Fig.1 Logic diagram of planned maintenance decisions

2 延長(zhǎng)壽命指標(biāo)的原則

飛機(jī)機(jī)體都有相關(guān)的壽命指標(biāo)(首翻期、翻修間隔期、總壽命等),作為有壽件的機(jī)載設(shè)備一般也應(yīng)具有首翻期、翻修間隔期、總壽命等壽命指標(biāo),二者相協(xié)調(diào),則最為合理。延長(zhǎng)機(jī)載設(shè)備壽命指標(biāo)應(yīng)采取以下原則:

1)與飛機(jī)機(jī)體壽命指標(biāo)相同,即機(jī)載設(shè)備與飛機(jī)同時(shí)到壽,這種結(jié)果飛機(jī)的壽命周期費(fèi)用最合理,并使飛機(jī)的完好率達(dá)到期望的水平。比如飛機(jī)機(jī)體的首翻期為1200飛行小時(shí),翻修間隔期為900飛行小時(shí)、900飛行小時(shí),總壽命為3000飛行小時(shí)。機(jī)載設(shè)備最為理想的壽命為首翻期為1200飛行小時(shí),翻修間隔期為900飛行小時(shí)、900飛行小時(shí),總壽命為3000飛行小時(shí)。

2)若不能與機(jī)體同壽,應(yīng)與飛機(jī)的翻修期相同,這種情況可在飛機(jī)翻修時(shí)更換到壽的機(jī)載設(shè)備。對(duì)于構(gòu)成不是很復(fù)雜,造價(jià)不是很昂貴的機(jī)載設(shè)備,可在飛機(jī)翻修期更換。在機(jī)載設(shè)備壽命不能滿足總壽命3000飛行小時(shí)的情況下,壽命指標(biāo)為1200飛行小時(shí)(與首翻期一致)、2100飛行小時(shí)(1個(gè)首翻期+1個(gè)翻修間隔期)等較為合理。

3)若上述兩條均無法達(dá)到,則壽命指標(biāo)最好能與飛機(jī)的定期工作間隔期協(xié)調(diào),以便盡可能兼顧飛機(jī)的戰(zhàn)備完好性,不過此類指標(biāo)的機(jī)載設(shè)備應(yīng)嚴(yán)格控制,數(shù)量應(yīng)盡量少。若機(jī)載設(shè)備無法滿足以上壽命指標(biāo),而飛機(jī)定期工作間隔期為每400飛行小時(shí),則壽命指標(biāo)應(yīng)為800飛行小時(shí)(2個(gè)定期工作間隔期)、1600飛行小時(shí)(首翻期+一個(gè)定期工作間隔期),2500飛行小時(shí)(首翻期+1個(gè)翻修間隔期+1個(gè)定期工作間隔期)等。如果通過各種方法得出壽命指標(biāo)為1700飛行小時(shí),則設(shè)備壽命不合理,需要通過改進(jìn)設(shè)計(jì)、改進(jìn)工藝、更換材料等方式對(duì)機(jī)載設(shè)備進(jìn)行延壽;若仍無法延壽的,應(yīng)將壽命定為1600飛行小時(shí)。

4)機(jī)載設(shè)備工作壽命(飛行小時(shí))與日歷壽命(日歷年限)兩者同時(shí)使用時(shí),以先達(dá)到的指標(biāo)為準(zhǔn),但兩者應(yīng)當(dāng)相協(xié)調(diào)。例如:某設(shè)備的壽命指標(biāo)為1200飛行小時(shí)/8年,而在實(shí)際使用中統(tǒng)計(jì)出平均每年的使用時(shí)間僅為120飛行小時(shí)左右,則日歷壽命指標(biāo)與工作壽命指標(biāo)不協(xié)調(diào),應(yīng)將壽命指標(biāo)確定為1200飛行小時(shí)/10年更為合理。

5)單獨(dú)使用工作次數(shù)作為壽命指標(biāo)的機(jī)載設(shè)備,因在實(shí)施中不便于控制,此時(shí)工作次數(shù)指標(biāo)應(yīng)轉(zhuǎn)換成日歷年限、飛行小時(shí)或飛行起落次數(shù)。例如,某電磁開關(guān)的壽命指標(biāo)為20000次工作循環(huán),根據(jù)實(shí)際使用情況可將其指標(biāo)轉(zhuǎn)換為1200飛行小時(shí)/10年。

3 延壽方法選用優(yōu)化

機(jī)載設(shè)備延壽常用的方法可分為廠內(nèi)試驗(yàn)類、現(xiàn)場(chǎng)信息類和工程分析類等3類8種,如圖2所示。

目前,這些方法大多已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于機(jī)載設(shè)備延壽的工程實(shí)踐中,并且取得了大量的成果。然而,采用不同方法得出的延壽指標(biāo)有所不同,如果選用不適當(dāng)?shù)姆椒?可能發(fā)揮不出機(jī)載設(shè)備的壽命潛力,會(huì)造成浪費(fèi)。

上述各種方法都存在自身的優(yōu)點(diǎn)和不足,應(yīng)當(dāng)根據(jù)設(shè)備本身的特點(diǎn)來選用合理的1種或幾種延壽方法。在某型飛機(jī)延壽工程中確定了以下原則,按圖3選擇延壽方法:

圖2 設(shè)備延壽方法分類Fig.2 Classification of equipment prolong-life methods

1)廠內(nèi)試驗(yàn)可以得出可信度最高的壽命指標(biāo),對(duì)于重要設(shè)備(A類設(shè)備),優(yōu)先選用廠內(nèi)試驗(yàn)法。由于廠內(nèi)試驗(yàn)費(fèi)用較高,一般常選用1～2個(gè)樣品作為被試設(shè)備。若是現(xiàn)役型號(hào)設(shè)備,可選用現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)間達(dá)到或接近初始?jí)勖笜?biāo)的設(shè)備作為樣品,節(jié)省試驗(yàn)時(shí)間和經(jīng)費(fèi)。

圖3 機(jī)載有壽件綜合決策圖Fig.3 Comprehensive decision diagram of aircraft life-limiting component

2)領(lǐng)先使用的方法是一種較好的延壽方法,且對(duì)設(shè)備的正常使用影響也較小,在條件允許的情況下,應(yīng)當(dāng)通過領(lǐng)先使用的方法對(duì)延壽值進(jìn)行驗(yàn)證。領(lǐng)先使用進(jìn)行延壽的設(shè)備,原壽命值為t1,延壽至t2(t2＞t1)?？紤]到經(jīng)濟(jì)性、安全性和管理方便等因素,可給出臨時(shí)翻修期t3(t1＜t3＜t2)。按此方式,不斷延長(zhǎng)直至達(dá)到預(yù)期的壽命水平。

3)若設(shè)備有足夠的使用數(shù)據(jù),考慮到經(jīng)濟(jì)性,可以選用外場(chǎng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的方法。

4)檢查方法可以證明設(shè)備的延壽潛力,但是很難給出具體數(shù)值,可作為輔助的方法與其他方法結(jié)合使用。

5)對(duì)于有相似產(chǎn)品的設(shè)備,參考相似產(chǎn)品給出延壽指標(biāo)。

6)某些具有薄弱環(huán)節(jié)的設(shè)備,通過改善薄弱環(huán)節(jié)的方法延壽設(shè)備,改善薄弱環(huán)節(jié)后進(jìn)行廠內(nèi)試驗(yàn)。

7)對(duì)無法滿足延壽要求的設(shè)備可采用更改設(shè)計(jì)、改善工藝、更換材料統(tǒng)等技術(shù)措施延長(zhǎng)設(shè)備壽命。

根據(jù)以上幾點(diǎn),可以得出延壽的決策邏輯如圖3所示。

4 工程實(shí)例

某型飛機(jī)的延壽即是通過決策圖選取的延壽方法,舉例如下。

4.1 某型飛機(jī)燃油增壓泵的延壽

對(duì)某型飛機(jī)開展延壽工程,將機(jī)體首翻期從1000飛行小時(shí)延長(zhǎng)到1500飛行小時(shí),燃油增壓泵的原規(guī)定總壽命為1400飛行小時(shí),延壽目標(biāo)1500飛行小時(shí)。

首先判斷燃油增壓泵的重要度等級(jí)為A,因此需要進(jìn)行廠內(nèi)試驗(yàn),選用已經(jīng)到壽的2個(gè)燃油增壓泵進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)得出可以延壽至1500飛行小時(shí)的結(jié)論。

4.2 某型飛機(jī)液壓柱塞泵的延壽

某型飛機(jī)柱塞泵原壽命指標(biāo)首翻期為350飛行小時(shí),擬延壽至400飛行小時(shí)。

該設(shè)備的重要度等級(jí)為B,有充分的外場(chǎng)使用數(shù)據(jù)。故障數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖4和圖5所示。

可以初步判斷故障呈對(duì)數(shù)正態(tài)分布,該設(shè)備故障數(shù)與裝備總數(shù)的比值h=r/n=0.2717,該數(shù)據(jù)可視為定時(shí)截尾數(shù)據(jù)。用對(duì)數(shù)正態(tài)分布的參數(shù)點(diǎn)估計(jì)的方法求出參數(shù)μ和σ。

圖4 故障頻率分布Fig.4 Failure frequency distribution

圖5 累積故障頻率直方圖Fig.5 Cumulative failure frequency histogram

由D=0.5396和h=0.2717查正態(tài)分布參數(shù)極大似然估計(jì)表得g(Z)=0.7488。

由此求得:

得出故障概率密度分布函數(shù)為:

該柱塞泵在350飛行小時(shí)時(shí)的可靠性為F(350)=0.85,由于在一架飛機(jī)上有2個(gè)泵體,當(dāng)一個(gè)泵發(fā)生故障時(shí),飛機(jī)仍然能夠完成飛行任務(wù),系統(tǒng)可靠度為RN=2(350)=0.98,計(jì)算RN=2(400)=0.97。由于該泵要求的可靠性水平即為大于0.98,因此,將該泵的首翻期定為350飛行小時(shí)是合理的,該設(shè)備不適合延壽至400飛行小時(shí)。

5 結(jié)語

機(jī)載設(shè)備的延壽工作是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程,應(yīng)充分考慮設(shè)備的特點(diǎn)和延壽方法的適用性,選取恰當(dāng)?shù)难訅鄯椒ㄟM(jìn)行延壽。針對(duì)延壽方法繁多且適用條件不同的情況,文中充分考慮各種延壽方法的優(yōu)劣、適用范圍以及設(shè)備使用維修特點(diǎn),提出了此決策方法。該方法首先考慮重要度等級(jí),保證設(shè)備使用的安全性,然后通過選用外場(chǎng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、相似產(chǎn)品、薄弱環(huán)節(jié)的方法進(jìn)行延壽,對(duì)不符合壽命指標(biāo)要求的設(shè)備通過改善薄弱環(huán)節(jié)和采用技術(shù)措施進(jìn)行延壽。為飛機(jī)有壽件的延壽提供了一種程序化的方法,能夠較好地解決機(jī)載設(shè)備的延壽問題,具有較廣泛的工程應(yīng)用價(jià)值。

[1] 何鐘武.以可靠性為中心的維修[M].北京:中國(guó)宇航出版社,2003. HE Zhong-wu.Reliability Centered Maintenance-RCM [M].Beijing:China Aerospace Press,2003.

[2] 康銳,石榮德.FMECA技術(shù)及其應(yīng)用[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2006. KANG Rui,SHI Rong-de.The Technology and Application of FMECA[M].Beijing:National Defense Industry Press,2006.

[3] 康銳,石榮德,肖波平,等.RMS型號(hào)可靠性維修性保障性技術(shù)規(guī)范[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2010. KANG Rui,SHI Rong-de,XIAO Bo-ping,et al.The Technical Specification of RMS Programs for Materiel[M]. Beijing:National Defense Industry Press,2010.

[4] 龔慶祥.型號(hào)可靠性工程手冊(cè)[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2007. GONG Qing-xiang.Handbook of Programs for Materiel Reliability Engineering[M].Beijing:National Defense Industry Press,2007.

[5] 邵青,何宇廷,魏鵬.機(jī)載產(chǎn)品延長(zhǎng)日歷壽命綜合分析決策方法[J].航空維修與工程,2010(6):64—66. SHAO Qing,HE Yu-ting,WEI Peng.Synthetically Decision-Making Method on Calendar Life Extension of Airborne Products[J].Aviation Maintenance&Engineering, 2010(6):64—66.

[6] 馬海峰,劉松良,徐偉.機(jī)載設(shè)備壽命指標(biāo)的確定與研究[J].飛機(jī)設(shè)計(jì),2007,27(2):54—58. MA Hai-feng,LIU Song-liang,XU Wei.Determination of Life Targets for AirborneEquipment[J].Aircraft Design, 2007,27(2):54—58.

[7] 陳圣斌,郝宗敏.直11型機(jī)機(jī)載設(shè)備維修改革和延壽問題的研究[J].直升機(jī)技術(shù),2005,143(3):18—23. CHEN Sheng-bin,HAO Zong-min,The Research About Maintenance Innovation and Use-life Extension of A-board Equipment for Z11 Helicopter[J].Helicopter Technique,2005,143(3):18—23.

[8] 王再興.民用航空器外場(chǎng)維修[M].北京:中國(guó)民航出版社,2000. WANG Zai-xing.Field Maintenance of Civil Aircraft[M], Beijing:China Civil Aircraft Press,2000.

[9] 董立寧,阮擁軍,李震,等.基于狀態(tài)的維修——信息化環(huán)境下精確維修的利刃[J].裝備環(huán)境工程,2012,9 (5):71—74. DONG Li-ning,RUAN Yong-jun,LI Zhen,et al.Condition Based Maintenance-Blade of Precision Maintenance in InformatizationEnvironment[J].Equipment Environmental Engineering,2012,9(5):71—774.

[10]惠寶聚,楊茂勝.基于可靠性為中心的航空保障系統(tǒng)特種裝置維修決策研究[J].裝備環(huán)境工程,2014,11 (1):116—120. HUI Bao-ju,YANG Mao-sheng.Research on RCM-based Maintenance Decision Making for Special Equipment of the Aircraft Guarantee System[J].Equipment Environmental Engineering,2014,11(1):116—120.

Comprehensive Decision Method for Aircraft Life-limiting Components Prolonging Life

CAI Zeng-jie,HAN Xiao
(Qingdao Branch,Naval Aeronautical and Astronautical University,Qingdao 266041,China)

ObjectiveTo determine the prolong-life methods for the life-limited components of aircraft.MethodsBased on the RCM theory,the necessity of the devices of life-limited components control was determined.It should be selected in accordance with the principles of endurance index to select appropriate endurance index.It should be selected the appropriate methods to prolong the life of components according to the characteristics of components and the applicability of prolonglife methods.ResultsThe prolong life decision methods of aircraft life-limited components were worked out.ConclusionIt can solve the problem of prolonging life of airborne equipment better by this decision.

RCM;life-limiting components;prolong-life index;prolong-life method

10.7643/issn.1672-9242.2014.04.010

V241

:A

1672-9242(2014)04-0049-05

2014-04-18;

2014-06-08

Received:2014-04-18;Revised:2014-06-08

蔡增杰(1964—),男,山東文登人,碩士,副教授,主要研究領(lǐng)域?yàn)轱w機(jī)機(jī)械系統(tǒng),航空裝備維修方式、飛機(jī)有壽件控制。

Biography:CAI Zeng-jie(1964—),Male,from Wendeng Shandong,Master,Associate professor,Research focus:aircraft mechanical systems,aviation equipment maintenance mode,the control of life-limited components of aircraft.