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(chǎn)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(fā)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(fā)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(jīng)驗數(shù)據(jù)決定預防性維修的周期，決策過程缺少數(shù)據(jù)定量分析支撐，存在標準不一、經(jīng)濟性低的情況。本文以S 航空公司的空氣循環(huán)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(shù)據(jù)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(tǒng)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(tǒng)的可靠性因素進行具體分析和試驗，確定合理的機械系統(tǒng)維修周期，定量最低的機械系統(tǒng)全壽命費用，并充分利用機械系統(tǒng)的使用可靠性。

可靠度指機械系統(tǒng)及其零部件在規(guī)定的條件和時間內(nèi)能正常發(fā)揮功能的概率，即機械系統(tǒng)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(tǒng)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(shù)，其故障概率密度函數(shù)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(tài)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(shù)λ（t）定義如下：

由此可得威布爾分布的可靠度函數(shù)為

及威布爾分布的概率密度函數(shù)為

其中，β為形狀參數(shù)；θ為尺度參數(shù)，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(tǒng)運行到規(guī)定的時間后進行維修，使其恢復到規(guī)定的使用功能狀態(tài)。但在定期預防性維修之前，機械系統(tǒng)的零部件不可避免地會發(fā)生故障，出現(xiàn)維修更換的情況。零部件發(fā)生故障進行更換后再根據(jù)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(fā)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(fā)生了故障，則對發(fā)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(guī)定的使用功能狀態(tài)，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(nèi)，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(jīng)濟的定齡維修策略。

1.3.2 基于經(jīng)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(jù)定齡維修策略，該零部件在單位時間內(nèi)最小平均維修費用Cn（T）為

若求單位時間內(nèi)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(shù)值解，但可以通過迭代法求得比較精確的數(shù)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(tǒng)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(shù)估計并進行檢驗，發(fā)現(xiàn)該數(shù)據(jù)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(shù)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(jīng)濟。

2.3 模型驗證

結合歷史送修數(shù)據(jù)，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(jié)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(jié)約154 萬元的維修費用。

3 總結

本文從經(jīng)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(jié)約維修成本。