無人機(jī)系統(tǒng)維修保障模式探索與研究

劉怡彪，徐 淦，袁 野

中國飛行試驗(yàn)研究院，陜西西安 710000

無人機(jī)系統(tǒng)維修保障模式探索與研究

劉怡彪，徐 淦，袁 野

中國飛行試驗(yàn)研究院，陜西西安 710000

無人駕駛飛機(jī)簡稱“無人機(jī)”，英文縮寫為“UAV”，是利用無線電遙控設(shè)備和自帶的程序控制裝置操縱的不載人飛行器。由于無人機(jī)具有成本低、效費(fèi)比好、無人員傷亡風(fēng)險(xiǎn)、生存能力強(qiáng)、機(jī)動(dòng)性能好、使用方便等特點(diǎn)，正在被世界各國所重視。美軍在《2020年聯(lián)合設(shè)想》(Joint Vision 2020)中提出了“主宰機(jī)動(dòng)、精確作戰(zhàn)、集中保障和全維防護(hù)”四大作戰(zhàn)原則來保持部隊(duì)的各方面優(yōu)勢，可見一套完美的作戰(zhàn)方案離不開精確的保障方案支持，要發(fā)展無人機(jī)，就得先建設(shè)起一套完整的維修保障體系。本文介紹了美軍的無人機(jī)系統(tǒng)維修保障模式并提出了我軍建設(shè)無人機(jī)系統(tǒng)維修保障模式的方法。

無人機(jī)；UAV；維修保障體系

美軍無人機(jī)系統(tǒng)的部署可分為兩種，第一種為無人機(jī)系統(tǒng)全部部署在前線主使用基地執(zhí)行任務(wù)；第二種是負(fù)責(zé)發(fā)射和回收單元部署在前線，負(fù)責(zé)任務(wù)單元?jiǎng)t部署在美國本土。無人機(jī)的維修保障體系可分為維修體制、人力資源、貯運(yùn)方案、基地機(jī)場、保障設(shè)備以及狀態(tài)監(jiān)控五大類。

1 維修體制

不同種類的無人機(jī)系統(tǒng)根據(jù)其所屬部隊(duì)編制、任務(wù)和各級(jí)維修機(jī)構(gòu)的能力等方面的考慮，可能采取兩級(jí)或三級(jí)維修。比如，美國陸軍戰(zhàn)術(shù)無人機(jī)采用兩級(jí)維修方式：基層級(jí)和基地級(jí)。而美海軍的垂直起降戰(zhàn)術(shù)無人機(jī)初始維修方案采用的是三級(jí)維修，但根據(jù)對(duì)投入外場使用后獲得的后勤管理信息維修數(shù)據(jù)的分析，決定改用兩級(jí)維修更合適。美空軍長航時(shí)無人機(jī)也采用兩級(jí)維修：基層級(jí)和基地級(jí)，具體方案如下。

1.1 基層級(jí)維修

主使用基地、一般使用基地和后勤保障部門要求的所有部署地點(diǎn)，都會(huì)為長航時(shí)無人機(jī)提供原位維修。原位維修具體由使用大隊(duì)內(nèi)部的生產(chǎn)小隊(duì)完成；后勤大隊(duì)內(nèi)部的保障小隊(duì)負(fù)責(zé)提供超出使用大隊(duì)能力的服務(wù)。集裝裝運(yùn)的傳感器、航空電子設(shè)備、數(shù)據(jù)鏈、電氣和環(huán)境系統(tǒng)的故障隔離工作，主要借助機(jī)內(nèi)測試（BIT）和已核實(shí)的技術(shù)數(shù)據(jù)，將故障隔離到外場可更換單元（LRU）。在本維修級(jí)別不需對(duì)設(shè)備進(jìn)行校驗(yàn)和校準(zhǔn)。

本維修級(jí)別提供的原位維修包括計(jì)劃和非計(jì)劃維修兩種，具體內(nèi)容包括以下方面。

1）檢查機(jī)上可卸系統(tǒng)的工作情況。

2）將故障隔離到LRU或相關(guān)部件、線路。

3）拆卸并更換有問題的LRU。

4）對(duì)有關(guān)飛機(jī)線路、部件進(jìn)行維修。

5）飛機(jī)定期、階段性或特殊檢查，更換定時(shí)更換件。

6）檢查平臺(tái)采用的限時(shí)技術(shù)指令的符合性。

高空長航時(shí)無人機(jī)的部署性要求以及兩級(jí)維修策略，使得傳統(tǒng)的后方車間(中繼級(jí))離位維修功能失去了存在的價(jià)值。一些傳統(tǒng)離位維修功能被轉(zhuǎn)移到基層級(jí)，由出動(dòng)生產(chǎn)小隊(duì)用提供的保障設(shè)備完成。大多數(shù)修理工作屬于隔離、拆卸和更換有故障的LRU(LRU可為一塊印制板或容易更換的部件)。故障隔離中采用的手段包括：保障設(shè)備、BIT和已核實(shí)的技術(shù)數(shù)據(jù)。下列LRU/SRU修理工作應(yīng)在基層級(jí)完成。

1）核實(shí)可疑LRU的故障。

2）將故障隔離到一個(gè)SRU或安裝在LRU底盤上的元件。

3）更換或修理故障的LRU/SRU。

4）采用與核查故障相同的方法核查修理的效果。

5）妥善處理部件上更換下來的LRU/SRU。

6）編寫相關(guān)的服務(wù)通報(bào)。

7）進(jìn)行規(guī)定的檢查或校驗(yàn)。

8）操作并維修有關(guān)的保障設(shè)備。

1.2 基地級(jí)維修

基地級(jí)維修主要進(jìn)行超出基層級(jí)維修能力或設(shè)施能力之外的維修。主要內(nèi)容包括：復(fù)查LRU與SRU故障，隔離并修理有問題的零部件，復(fù)查處理結(jié)果，將修理好的零部件送庫房保管等?；丶?jí)維修在后勤保障部門確定的適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)實(shí)施。

2 人力資源

人力資源作為維修保障體系的重要因素，是指平時(shí)和戰(zhàn)時(shí)維修裝備所需人員的數(shù)量、專業(yè)及技術(shù)等級(jí)。以“捕食者”無人機(jī)系統(tǒng)為例，一個(gè)典型的“捕食者”系統(tǒng)包括四架無人機(jī)、一個(gè)地面控制系統(tǒng)和一個(gè)“特洛伊精神II”數(shù)據(jù)分送系統(tǒng)。美軍空軍戰(zhàn)斗司令部給出捕食者無人機(jī)系統(tǒng)的初始人力估計(jì)方案如下。

1）人力需求根據(jù)持續(xù)作戰(zhàn)環(huán)境(30天以上)決定。

2）基層級(jí)結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)在具有維修、行政管理及監(jiān)督人員/管理部門和保障飛行的中隊(duì)一級(jí)。

3）人力結(jié)構(gòu)應(yīng)遵守現(xiàn)有軍官和士兵分類指南。根據(jù)需要建立新的空軍專業(yè)代碼或改進(jìn)技能水平，以支持將無人機(jī)系統(tǒng)引入到空軍庫存。

4）持續(xù)戰(zhàn)時(shí)人時(shí)可用性系數(shù)應(yīng)為每月247人時(shí)。

5）在持久戰(zhàn)期間，維修工作中心應(yīng)每天24小時(shí)、每周7天連續(xù)工作，人員每天應(yīng)工作10小時(shí)，每周工作6天。

6）在持久戰(zhàn)期間，中隊(duì)?wèi)?yīng)能夠保障兩場重大局部性沖突。

7）在每場重大局部性沖突中，第11和15偵察中隊(duì)?wèi)?yīng)將“捕食者”無人機(jī)在多個(gè)前方作戰(zhàn)地點(diǎn)部署。

8）無人機(jī)中隊(duì)?wèi)?yīng)能夠支持每場重大局部性沖突中待定數(shù)量的飛行器同時(shí)在軌執(zhí)行任務(wù)。

9）每個(gè)軌道至少需要1個(gè)地面控制站系統(tǒng)。

10）每個(gè)任務(wù)控制站系統(tǒng)應(yīng)具有5個(gè)人的位置：任務(wù)指揮官、飛行器操作員、任務(wù)規(guī)劃員、圖象分析員和傳感器操作員。

11）每個(gè)一般使用基地要求有一套發(fā)射與回收單元。

12）每套發(fā)射與回收單元應(yīng)有2個(gè)人的位置。

13）所有專業(yè)的航空器維修人員數(shù)最少應(yīng)有2名。

14）應(yīng)在最大程度上跨專業(yè)使用維修人員。

15）航空器、相關(guān)系統(tǒng)和保障單元應(yīng)屬于C類保密資產(chǎn)。

16）部署的發(fā)射/控制區(qū)域的安保要求應(yīng)由一般使用基地/部門司令官?zèng)Q定。具體人力分配根據(jù)當(dāng)?shù)噩F(xiàn)有安保人員情況而定。需要時(shí)，聯(lián)合部隊(duì)航空部門司令官或空軍部隊(duì)司令官應(yīng)提供安保人力。

17）主使用基地和一般使用基地的正?；厥褂帽Ｕ蠎?yīng)由當(dāng)?shù)靥峁?/p>

18）在人力估算中應(yīng)包括無人機(jī)系統(tǒng)專用的基地使用保障。

19）飛行器發(fā)射地也被設(shè)定為回收地。

20）飛行使用在白天或夜晚進(jìn)行，每天最長24h。

21）不考慮戰(zhàn)斗損傷和磨損。應(yīng)根據(jù)需要更換飛行器，以保持計(jì)劃的在軌數(shù)。

捕食者無人機(jī)系統(tǒng)的維修保障人力資源要求如表1所示。

表1 “捕食者”系統(tǒng)的維修保障基本人力要求

3 貯運(yùn)方案

將平時(shí)幾乎不使用的無人機(jī)系統(tǒng)（如無人攻擊機(jī)系統(tǒng)）的大部分無人機(jī)貯存起來，依靠仿真和小部分無人機(jī)進(jìn)行訓(xùn)練，將會(huì)節(jié)省大量維修費(fèi)用。為了減少人力資源要求，在貯存期間應(yīng)盡可能少的對(duì)無人機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行上手維修等。同時(shí)，應(yīng)可通過狀態(tài)監(jiān)控及時(shí)掌握無人機(jī)的狀態(tài)并確保各種保障設(shè)備的貯存要求。

無人機(jī)應(yīng)在受保護(hù)環(huán)境下低費(fèi)用貯存，易于維修和快速重構(gòu)，以滿足戰(zhàn)時(shí)部署或平時(shí)訓(xùn)練的要求，這是無人機(jī)使用保障方案的一個(gè)重要的和必需的組成部分。美軍計(jì)劃使各聯(lián)隊(duì)能夠?qū)⒆约旱臒o人攻擊機(jī)貯存在密封的、可轉(zhuǎn)運(yùn)的集裝箱中，這種集裝箱不僅能夠進(jìn)行溫濕度控制和無人機(jī)診斷還可通過網(wǎng)絡(luò)傳輸使維修人員監(jiān)控?zé)o人機(jī)狀態(tài)和配置機(jī)上軟件版本并且一架C-130（或C-17）能運(yùn)送一套裝運(yùn)在這種集裝箱內(nèi)的無人機(jī)系統(tǒng)。

飛機(jī)在除濕環(huán)境下貯存是歐洲空軍(瑞典、丹麥、英國)和美國海軍的共同慣例。另外，瑞典、德國和以色列軍隊(duì)采用除濕方法貯存各種機(jī)械和電子系統(tǒng)包括地面車輛，已取得很大成功。美國后勤管理學(xué)院的研究也驗(yàn)證了除濕保護(hù)對(duì)武器系統(tǒng)和設(shè)備(包括無人機(jī)和有人駕駛飛機(jī))非常有益。這些國家的經(jīng)驗(yàn)是使貯存環(huán)境的相對(duì)濕度保持在25%~40%之間。低成本的干燥車輪可以在航線和更長久的貯存條件下提供這種環(huán)境。航線袋、“蛤殼”掩蔽處、飛機(jī)修理庫和特殊集裝箱在保障方案下，都能很好地與除濕系統(tǒng)結(jié)合使用。美軍研究表明，采用類似現(xiàn)有巡航導(dǎo)彈貯存方式的“圓木”車方案是無人機(jī)貯存可選的一種方案，最重要的是從一開始就建立這種能力。

4 基地機(jī)場

美國空軍于2009年發(fā)布了“無人機(jī)系統(tǒng)機(jī)場規(guī)劃與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)”的工程技術(shù)函（ETL），為無人機(jī)系統(tǒng)提供了根據(jù)無人機(jī)各項(xiàng)基本參數(shù)進(jìn)行機(jī)場規(guī)劃和設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)。

無人機(jī)跑道設(shè)計(jì)主要為跑道距離、路面等級(jí)以及鏈路通訊障礙物等。同時(shí)，無人機(jī)機(jī)場還應(yīng)具備無人機(jī)維修保障的基本通用要求，如空調(diào)通風(fēng)車、電源車、燃油加油車、機(jī)庫、試車場、地面控制站停放場地、應(yīng)急發(fā)電機(jī)等。

五 保障設(shè)備

一般長航時(shí)無人機(jī)的保障設(shè)備要求是，應(yīng)設(shè)計(jì)具有BIT特征、能夠自動(dòng)/半自動(dòng)工作的保障設(shè)備，以指示無人機(jī)系統(tǒng)的使用狀態(tài)。BIT能夠?qū)?5%的故障隔離到有缺陷的SRU，輔以技術(shù)數(shù)據(jù)時(shí)，可以隔離100%的故障。還應(yīng)制定人工程序并引入技術(shù)數(shù)據(jù)，以便無人機(jī)、各個(gè)子系統(tǒng)和保障設(shè)備的故障隔離。在所有場合下，自動(dòng)/半自動(dòng)和人工程序結(jié)合起來應(yīng)能向現(xiàn)場設(shè)備提供持續(xù)的維修能力。接近故障的LRU不應(yīng)要求使用特殊工具，也不需拆卸其它LRU。當(dāng)接通飛機(jī)地面動(dòng)力裝置、輔助動(dòng)力裝置或現(xiàn)場環(huán)境下可用的公共動(dòng)力資源時(shí)，保障設(shè)備必須能夠工作。對(duì)所有地面保障方案，內(nèi)部或外部致冷源和動(dòng)力源必須能夠提供致冷和動(dòng)力。全部保障設(shè)備和保障設(shè)備的集裝箱都必須根據(jù)軍用規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)，應(yīng)配有鏟車/起重機(jī)(根據(jù)要求)等提升裝置、車輪、保護(hù)裝置等，以使保障設(shè)備能夠滿足世界范圍內(nèi)的機(jī)動(dòng)性要求。

1）航線測試設(shè)備。

應(yīng)通過安裝系統(tǒng)BIT來最大限度地減少航線測試設(shè)備。確實(shí)需要時(shí)，航線測試設(shè)備應(yīng)具有用于核查系統(tǒng)使用狀態(tài)和隔離故障所需的最小尺寸、重量和復(fù)雜性。

2）保障設(shè)備備件。

當(dāng)在部署地利用通用保障設(shè)備對(duì)機(jī)上可卸設(shè)備(不構(gòu)成某設(shè)施或設(shè)備不可分割部分的設(shè)備，如飛機(jī)上的機(jī)炮、雷達(dá)等)進(jìn)行修理不可行時(shí)，保障設(shè)備應(yīng)引入置信標(biāo)準(zhǔn)。必須為所選通用保障設(shè)備配備替代品，以維持發(fā)生偶發(fā)事件期間的維修能力。

3）校準(zhǔn)。

戰(zhàn)區(qū)接收車輛/設(shè)備應(yīng)負(fù)責(zé)為部署設(shè)備提供現(xiàn)場校準(zhǔn)。在主使用基地對(duì)保障設(shè)備的校準(zhǔn)工作由精確測量設(shè)備試驗(yàn)室（PMEL）專家完成，校準(zhǔn)間隔不能少于180天。

6 狀態(tài)監(jiān)控

無人機(jī)由于機(jī)上沒有駕駛員，因此需要更高的自我監(jiān)控和自我診斷能力。為滿足無人機(jī)系統(tǒng)要求規(guī)范中對(duì)可用性、可靠性和維修性規(guī)定的置信水平，為了保證系統(tǒng)安全、任務(wù)成功、機(jī)組人員信心和有效維修，無人機(jī)系統(tǒng)應(yīng)具有適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控能力。在無人機(jī)系統(tǒng)要求規(guī)范中應(yīng)規(guī)定其所采用的每一項(xiàng)狀態(tài)監(jiān)控功能。狀態(tài)監(jiān)控應(yīng)覆蓋從初始加電到最終下電整個(gè)時(shí)間段。無人機(jī)系統(tǒng)要求規(guī)范還應(yīng)規(guī)定每項(xiàng)狀態(tài)監(jiān)控功能的準(zhǔn)確實(shí)施概率。無人機(jī)系統(tǒng)在發(fā)射時(shí)的完好狀態(tài)更重要，在狀態(tài)監(jiān)控結(jié)構(gòu)中應(yīng)專門包含這方面的功能。對(duì)于那些直接影響系統(tǒng)安全或任務(wù)成功概率的無人機(jī)系統(tǒng)保障設(shè)施要素(發(fā)射與回收系統(tǒng)、地面控制站)的監(jiān)控與對(duì)飛行器的狀態(tài)監(jiān)控同等重要，在無人機(jī)系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控結(jié)構(gòu)中也應(yīng)包括這方面的功能。

無人機(jī)系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足下列4項(xiàng)基本要求。

1）對(duì)不安全或潛在不安全的系統(tǒng)或分系統(tǒng)的正確標(biāo)記（flag）概率應(yīng)很高。

2）將安全系統(tǒng)錯(cuò)誤地標(biāo)記為不安全系統(tǒng)的概率應(yīng)較低。

3）對(duì)不能執(zhí)行任務(wù)的系統(tǒng)或分系統(tǒng)的正確標(biāo)記概率應(yīng)很高。

4）將系統(tǒng)或分系統(tǒng)錯(cuò)誤地標(biāo)記為不能執(zhí)行任務(wù)的概率應(yīng)很低。

根據(jù)上述要求，無人機(jī)利用連續(xù)BIT、啟動(dòng)BIT和維修BIT能力來檢測電子設(shè)備硬件和軟件故障。在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候，應(yīng)使用BIT重試技術(shù)來防止虛警，還要求進(jìn)行使用測試，以完成自測試，收集和存儲(chǔ)系統(tǒng)和分系統(tǒng)故障數(shù)據(jù)，并提供飛行前和飛行后診斷。在飛機(jī)或系統(tǒng)上利用系統(tǒng)BIT和已核實(shí)的技術(shù)數(shù)據(jù)將故障原位隔離到LRU。長航時(shí)UAV系統(tǒng)的BIT要求是，BIT應(yīng)能夠?qū)?5%的故障隔離到有缺陷的SRU。為了確保將系統(tǒng)和相關(guān)保障設(shè)備的故障進(jìn)行100%的隔離和修理，還要求制定補(bǔ)充的人工診斷程序和引入技術(shù)數(shù)據(jù)。

目前，預(yù)測與狀態(tài)監(jiān)控(PHM)技術(shù)已被用于評(píng)估飛行器系統(tǒng)的完好狀態(tài)。發(fā)動(dòng)機(jī)、輔助動(dòng)力裝置(APU)、計(jì)算機(jī)和航電設(shè)備等系統(tǒng)都包含傳感器和自診斷軟件，能夠?qū)崟r(shí)評(píng)價(jià)這些系統(tǒng)的性能。隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，機(jī)上計(jì)算能力已經(jīng)顯著提高，也實(shí)現(xiàn)了共享網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。對(duì)UAV而言，為了評(píng)價(jià)載荷循環(huán)數(shù)、損傷條件、腐蝕和疲勞，必須將診斷能力擴(kuò)展到機(jī)體結(jié)構(gòu)。

7 結(jié)論

美軍無人機(jī)的大量投入實(shí)戰(zhàn)使用，使其具有一套成熟、靈活的保障體系，為提高我軍保障能力，我國無人機(jī)的維修保障體系應(yīng)在現(xiàn)有人機(jī)維修保障體系的基礎(chǔ)上進(jìn)行補(bǔ)充與完善，并且總結(jié)吸取國外無人機(jī)保障體系的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，盡快形成一套適用于我軍無人機(jī)發(fā)展的通用化無人機(jī)系統(tǒng)維修保障體系方案。

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A

1674-6708（2015）144-0096-03