民用飛機(jī)航線可更換單元的設(shè)計與定義方法

韓萬弘，黎 洪

（中航西飛民用飛機(jī)有限責(zé)任公司客戶服務(wù)中心，陜西西安 710089）

0 引言

航線可更換單元（Line Replaceable Unit，LRU）又稱外場可更換單元、現(xiàn)場可更換單元，最初是在軍用飛機(jī)上提出的。在GJB/Z91—1997《維修性設(shè)計技術(shù)手冊》中給出定義：在使用環(huán)境即處于外場或戰(zhàn)斗環(huán)境中可更換的產(chǎn)品及其組成部分。LRU 作為在航線維修級所對應(yīng)的產(chǎn)品層次，在飛機(jī)的實(shí)際維修中具有重要的意義。良好的LRU 規(guī)劃和設(shè)計，能夠提高航線上部件更換的便利性，大大節(jié)省維修時間，減少由于故障引起的非計劃停場，提高飛機(jī)簽派可靠度。LRU 規(guī)劃是產(chǎn)品設(shè)計的基本環(huán)節(jié)，不僅與產(chǎn)品功能相關(guān)，而且與可靠性、維修性等因素密切相關(guān)。但目前對這方面工作重視不夠，所作研究不多，還沒見到明確的方法和分析流程來實(shí)現(xiàn)LRU 的劃分和確定，實(shí)際工作中LRU 劃分更多是憑著以往的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，甚至有的飛機(jī)產(chǎn)品在設(shè)計時都沒有明確劃分LRU，以至于增加了產(chǎn)品維修中的難度。面對LRU 設(shè)計的現(xiàn)狀，急需提出解決LRU 規(guī)劃設(shè)計的方法和流程?；贚RU 的特點(diǎn)深入分析LRU 設(shè)計與定義的影響因素，提出了一種基于產(chǎn)品功能因素和可靠性、維修性定性和定量因素的LRU 設(shè)計與定義的分析評價方法，依據(jù)該方法所定義的LRU 更加規(guī)范、合理，能夠滿足飛機(jī)維修的實(shí)際需求。

1 LRU 的特點(diǎn)

LRU 是飛機(jī)產(chǎn)品的重要組成單元，一般指飛機(jī)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中具備獨(dú)立特定功能的物理單元。LRU 首先應(yīng)是可更換單元（Replaceable Unit，RU），大多數(shù)情況下LRU 是在飛機(jī)上原位更換，其設(shè)計目的就是為方便現(xiàn)場故障時更換。對于民機(jī)而言，其使用現(xiàn)場指在停機(jī)坪的航線維修和排故。若飛機(jī)使用中或航線維修時發(fā)現(xiàn)故障或缺陷，一般在航前、航后和過站進(jìn)行排故換件工作。因維修時間有限，須較多地考慮LRU 的現(xiàn)場故障可診斷性、更換方便性、更換后的調(diào)校簡單性等。

2 LRU 設(shè)計的影響因素和基本流程

LRU 是設(shè)計出來的，LRU 設(shè)計是飛機(jī)產(chǎn)品設(shè)計的基本環(huán)節(jié)。在飛機(jī)產(chǎn)品設(shè)計之初，就應(yīng)著手規(guī)劃設(shè)計LRU。LRU 設(shè)計在整個飛機(jī)設(shè)計過程中與飛機(jī)產(chǎn)品的功能規(guī)劃設(shè)計及可靠性、維修性設(shè)計等方面相互融合，相互之間的數(shù)據(jù)交流和綜合權(quán)衡貫穿整個飛機(jī)產(chǎn)品設(shè)計過程。LRU 設(shè)計是一個反復(fù)迭代、逐步優(yōu)化的過程，在飛機(jī)投入運(yùn)營后，應(yīng)根據(jù)服役數(shù)據(jù)對研制階段定義的LRU 清單持續(xù)進(jìn)行驗(yàn)證和優(yōu)化。根據(jù)LRU 的飛機(jī)產(chǎn)品組成部分的特性和可更換特性，提煉出LRU 的產(chǎn)品功能因素；根據(jù)LRU 在使用環(huán)境、使用現(xiàn)場方便更換的特性，可提煉出對現(xiàn)場保障條件、現(xiàn)場更換時間兩個要素的限制要求。而現(xiàn)場保障條件與保障性因素相關(guān)，現(xiàn)場更換時間與可靠性、維修性的定量指標(biāo)和定性指標(biāo)相關(guān)。

3 LRU 設(shè)計的產(chǎn)品功能因素分析

3.1 產(chǎn)品分解結(jié)構(gòu)

LRU 是飛機(jī)產(chǎn)品的組成部分，因此LRU 初始分析時應(yīng)從飛機(jī)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹中選擇產(chǎn)生。LRU 對應(yīng)著飛機(jī)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹的物理劃分，即具體的設(shè)備、組件、部件。

3.2 獨(dú)立的特定功能

在飛機(jī)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹中，具有特定獨(dú)立功能的項(xiàng)目可作為LRU候選項(xiàng)。對于不滿足該條件的項(xiàng)目，不作為LRU 候選項(xiàng)。獨(dú)立的特定功能一般包括作動、監(jiān)控、指示、保護(hù)、控制、計算、測量、過濾等。這些功能一般針對飛機(jī)的系統(tǒng)/動力裝置部分，也包括結(jié)構(gòu)章中的具有系統(tǒng)功能的項(xiàng)目。此外，具有以下特征的項(xiàng)目也作為特定獨(dú)立功能項(xiàng)來考慮：①關(guān)鍵件、重要件；②新研項(xiàng)目、新技術(shù)應(yīng)用項(xiàng)目；③單獨(dú)控制項(xiàng)目，如單獨(dú)的安裝、測試、構(gòu)型控制、采購、維護(hù)等。飛機(jī)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中并非所有項(xiàng)目都具有特定的獨(dú)立功能，如標(biāo)準(zhǔn)件、連接件等消耗件，標(biāo)準(zhǔn)管路、標(biāo)準(zhǔn)的電氣線纜及電子電氣元器件，主要作為接近通道的項(xiàng)目等，這些不作為LRU 候選項(xiàng)。

3.3 劃分層級的考慮

在飛機(jī)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的物理劃分中，很可能存在一級劃分和其下級零組件均為LRU 的情況，如液壓油濾組件和其子組件濾芯，座椅和其子組件座椅安全帶等。因此在選擇特定獨(dú)立功能項(xiàng)目時，需對各層級（尤其是較低層級）滿足特定獨(dú)立功能的項(xiàng)目予以考慮。

4 LRU 的現(xiàn)場可更換保障條件分析

對于經(jīng)過功能因素分析選擇的LRU 初始項(xiàng)目，首先分析評估其拆換是否可在航線（停機(jī)坪）實(shí)施。主要評估航線維修的保障資源是否具備，采取定性的分析方法，保障資源主要包括保障設(shè)備、設(shè)施、備件、消耗品、人員（技能水平）及包裝儲運(yùn)條件等。判斷LRU 更換是否可在航線實(shí)施，比較簡便直觀的判斷方法是：拆換工作需要使用停機(jī)坪上一般不配備的維修設(shè)施、設(shè)備或人員技能，而這些一般只在機(jī)庫才具備的話，可以認(rèn)為航線不具備實(shí)施條件，如需要液壓千斤頂頂升飛機(jī)、需要專門的吊裝設(shè)備或托舉支撐設(shè)施、需要專門的無損檢測設(shè)備、需要專門技能的人員等，這些一般在航線不具備。在具體評估時應(yīng)重點(diǎn)考慮以下問題：①維修設(shè)施是否航線不具備；②工具設(shè)備是否在航線不具備；③相關(guān)備件、設(shè)備等是否需要專門的包裝儲運(yùn)條件，而不方便運(yùn)送到停機(jī)坪；④因維修工藝復(fù)雜，航線維修人員是否不具備相關(guān)的維修能力或資質(zhì)。如果評估結(jié)果為不可在航線實(shí)施，則不作為LRU，或者對其下一級組件（如有）進(jìn)行分析；如果評估結(jié)果可以航線實(shí)施，則繼續(xù)進(jìn)行下一步分析。

5 LRU 的航線更換時間要求的分析

根據(jù)航線更換的時間要求篩選LRU 項(xiàng)目，主要涉及到可靠性、維修性的定量和定性因素。

5.1 根據(jù)簽派可靠度分類

簽派可靠度（Dispatch Reliability，DR）是民機(jī)可靠性設(shè)計中的重要指標(biāo)，能夠直接反映飛機(jī)的市場運(yùn)營情況，影響飛機(jī)的經(jīng)濟(jì)性水平，是航空公司十分關(guān)注的可靠性指標(biāo)之一。在飛機(jī)初步設(shè)計階段已分配了整機(jī)級DR 指標(biāo)，并將該指標(biāo)分解至了每個系統(tǒng)，根據(jù)簽派可靠度要求對影響簽派的設(shè)備、部件分類（可靠性定量指標(biāo)）。

（1）對影響飛機(jī)簽派可靠度的項(xiàng)目（設(shè)備或部件）分類。從保證飛行安全、能否簽派飛機(jī)的角度來看，飛機(jī)系統(tǒng)設(shè)備（或部件）可以分成以下三種類型：①Ⅰ類（“NO GO”項(xiàng)），該類設(shè)備（或部件）故障或損傷，直接影響飛行安全，不允許簽派，如主供油泵、燃油測量計算機(jī)；②Ⅱ類（“GO IF”項(xiàng)），該類設(shè)備（或部件）故障或損傷，在滿足一定的放行所需數(shù)量和放飛條件限制的條件下，可以確保短時間飛行安全，允許帶故障簽派，如輔助供油泵；③Ⅲ類（“GO”項(xiàng)），該類設(shè)備（或部件）故障或損傷，不影響飛行安全，可以帶故障簽派，如重力加油接頭、重力加油接頭蓋。由此，可以確定影響飛機(jī)簽派的設(shè)備或部件為Ⅰ類和Ⅱ類。

（2）影響簽派的項(xiàng)目應(yīng)規(guī)劃為LRU。①對于I 類項(xiàng)目，因其發(fā)生故障不允許放行，過站期間就必須快速排故更換，因此I 類項(xiàng)目必須作為LRU，否則可能會造成航班延誤或取消，從而影響簽派可靠度；②對于II 類項(xiàng)目，若發(fā)現(xiàn)故障雖可以保留，但需在限定的時間內(nèi)排故，一般可考慮在航后排故，為保障航后工作效率，也應(yīng)作為LRU；③對于III 類項(xiàng)目，仍作為LRU 候選項(xiàng)，繼續(xù)進(jìn)行下一步分析。綜上，影響飛機(jī)簽派的I 類和II 類項(xiàng)目均應(yīng)當(dāng)作為LRU。

5.2 驗(yàn)證更換時間要求

根據(jù)平均修復(fù)時間（Mean Time To Repair，MTTR）指標(biāo)驗(yàn)證LRU 是否滿足航線更換的時間要求（維修性定量指標(biāo)）。

（1）MTTR 概述。平均修復(fù)時間是維修性的一個基本的度量，本文只討論航線級MTTR。MTTR 由LRU 的故障檢測隔離、接近和更換三部分時間組成，其中更換時間應(yīng)包含LRU 更換后的調(diào)校時間（如適用）。在飛機(jī)設(shè)計階段，針對每個初步預(yù)計的LRU 項(xiàng)分配了MTTR 預(yù)計值及分項(xiàng)值。

（2）LRU 的MTTR 指標(biāo)要求。對于I 類項(xiàng)目，要求其MTTR一般應(yīng)小于過站時間，一般為30 min，否則可能會影響飛機(jī)簽派可靠度；對于II 類和III 類項(xiàng)目，要求其MTTR 一般應(yīng)小于航后維修時間，否則可能會影響飛機(jī)簽派可靠度指標(biāo)。

（3）評估結(jié)果。如果其MTTR 滿足航線維修時間要求，則該項(xiàng)滿足LRU 的條件，最終確認(rèn)為是LRU。否則進(jìn)行下一步。

5.3 MTTR 對DR 的影響

確認(rèn)MTTR 值不滿足航線維修時間要求的項(xiàng)目是否影響系統(tǒng)的DR 指標(biāo)。每個系統(tǒng)的DR 指標(biāo)并未要求所包含的所有LRU拆換不能引起延誤，即允許一定的航班取消或延誤率，這些引起取消或延誤的拆換項(xiàng)目的故障率一般較低或故障間隔時間較長。因此對于該系統(tǒng)中所有不滿足MTTR 指標(biāo)的I、II 類項(xiàng)目，應(yīng)通過DR 相關(guān)的分析報告、技術(shù)文件等，再次確認(rèn)系統(tǒng)的DR 預(yù)計值滿足系統(tǒng)的DR 指標(biāo)。如果未超出所分配的系統(tǒng)DR 指標(biāo)，則認(rèn)為這些MTTR 超出航線維修時間要求的項(xiàng)目仍是可接受的，最終確認(rèn)為LRU；若超出所分配的系統(tǒng)DR 指標(biāo)，則進(jìn)行下一步。

6 LRU 設(shè)計改進(jìn)的定性分析

對于MTTR 不滿足DR 指標(biāo)的I、II 類項(xiàng)目，本身仍應(yīng)當(dāng)作為LRU 的，只是其MTTR 指標(biāo)不滿足要求。對于這類項(xiàng)目，建議考慮設(shè)計改進(jìn)，列入LRU 設(shè)計改進(jìn)清單。在飛機(jī)設(shè)計尚未定型時，應(yīng)盡早開展定性分析，便于及早進(jìn)行設(shè)計改進(jìn)。定性分析的目的是分析MTTR 時間過長的原因，針對原因評估作為設(shè)計改進(jìn)的依據(jù)。定性分析應(yīng)從組成MTTR 時間的構(gòu)成要素上入手，主要涉及維修性（含測試性）的因素，重點(diǎn)考慮以下因素。

6.1 故障檢測和隔離時間涉及到的測試性因素

由于I 類項(xiàng)目發(fā)生故障時不能簽派，必須快速準(zhǔn)確地定位故障，以免引起航班延誤或取消，因此對于I 類項(xiàng)目建議優(yōu)先采用機(jī)內(nèi)自檢測（Built In Test，BIT）檢測手段，而且盡量隔離到LRU，即隔離率為1。對于其他類項(xiàng)目，若故障檢測和隔離時間較長，首先考慮是否因故障不易檢測和隔離而造成，在技術(shù)可實(shí)現(xiàn)的前提下，也盡量采取BIT 檢測方法。

6.2 故障件接近、更換和更換后調(diào)校涉及到的維修性因素

（1）LRU 接近數(shù)據(jù)。檢查通道是否能夠快捷打開，口蓋尺寸是否便于維修人員進(jìn)入或接近，是否有妨礙接近LRU 的管路、線纜，管路或線路是否可以移動安裝位置。

（2）LRU 更換數(shù)據(jù)。LRU 安裝和連接方式方面是否標(biāo)準(zhǔn)、簡潔，拆換操作工藝是否復(fù)雜，更換后的調(diào)校、測試（如有）是否簡便易行。

7 形成最終的LRU 清單匯總

經(jīng)過上述一系列分析，形成了最終的LRU 清單。LRU 清單可用于客服產(chǎn)品的輸入，如技術(shù)出版物、維修工程分析、備件推薦清單、培訓(xùn)方案等。LRU 清單包含LRU 設(shè)計的必要屬性，如SNS 編號、名稱、功能、影響簽派的類別、MTBF、MTTR、接近信息、更換信息和保障資源等。

8 結(jié)論

本文所討論確立的LRU 設(shè)計與定義方法，主要基于LRU的特點(diǎn)展開，充分考慮了產(chǎn)品功能因素、現(xiàn)場更換的保障條件因素、可靠性定量指標(biāo)DR、維修性定量指標(biāo)MTTR 以及維修性和測試性的定性指標(biāo)等因素對LRU 設(shè)計的影響，同時將這些影響因素有機(jī)融合，形成LRU 定義的邏輯分析流程。相較于傳統(tǒng)的基于經(jīng)驗(yàn)的定義方法，更多地采用了定量分析方法并結(jié)合定性分析，有效提高了LRU 設(shè)計的合理性，便于度量LRU 設(shè)計的優(yōu)劣程度，更具有先進(jìn)性和實(shí)際指導(dǎo)意義。本文所確立的方法已經(jīng)過某型機(jī)的工程實(shí)踐驗(yàn)證，取得了良好的效果。