基于抽樣評(píng)分法的民用飛機(jī)電源系統(tǒng)維修性預(yù)計(jì)

王潔萱

(上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院, 上海 201210)

0 引言

維修性預(yù)計(jì)是在飛機(jī)研制階段對(duì)各系統(tǒng)的維修性進(jìn)行定量評(píng)估，依據(jù)組成各系統(tǒng)的航線可更換單元的維修性來預(yù)計(jì)系統(tǒng)及整機(jī)維修性，是一個(gè)自下而上、從局部到整體、由小到大的一種系統(tǒng)綜合過程。將預(yù)計(jì)的結(jié)果與要求的維修性指標(biāo)相比較，評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)要求提出的維修性指標(biāo)是否能夠達(dá)到[1-3]。維修性預(yù)計(jì)主要有功能層次預(yù)計(jì)法、抽樣評(píng)分預(yù)計(jì)法、時(shí)間累計(jì)預(yù)計(jì)法[4-6]。其中，抽樣評(píng)分預(yù)計(jì)法是抽取系統(tǒng)或設(shè)備中足夠的可更換單元，按照核對(duì)表對(duì)其進(jìn)行維修作業(yè)評(píng)分，再用經(jīng)驗(yàn)公式估算出維修時(shí)間[7]。

在飛機(jī)研制過程中通過對(duì)飛機(jī)系統(tǒng)、子系統(tǒng)和設(shè)備的維修性預(yù)計(jì)，可以評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)要求的維修性指標(biāo)是否能夠達(dá)到。在設(shè)計(jì)初期通過維修性預(yù)計(jì)對(duì)比不同方案的維修性水平，能夠?yàn)樽顑?yōu)方案的選擇及方案的優(yōu)化提供依據(jù)。在詳細(xì)設(shè)計(jì)過程中通過維修性預(yù)計(jì)可以發(fā)現(xiàn)影響系統(tǒng)維修性的主要因素，確定需要優(yōu)化的方向。但是目前我國(guó)現(xiàn)行的用于民用飛機(jī)系統(tǒng)和設(shè)備的維修性預(yù)計(jì)方法，多數(shù)是直接翻譯的美國(guó)軍用標(biāo)準(zhǔn)，不符合我國(guó)民用飛機(jī)研制的實(shí)際條件，可用性不強(qiáng)，在實(shí)際使用維修性預(yù)計(jì)方法過程中常常遇到困難。

1 抽樣評(píng)分預(yù)計(jì)法

GJBZ57-1994[8]規(guī)定的抽樣評(píng)分預(yù)計(jì)法抽取設(shè)備中足夠的航線可更換單元，按照核對(duì)表對(duì)其進(jìn)行維修作業(yè)評(píng)分，再將評(píng)分代入經(jīng)驗(yàn)公式估算出維修時(shí)間。抽樣評(píng)分預(yù)計(jì)法無需對(duì)全部的航線可更換單元進(jìn)行維修性分析，且可以在設(shè)計(jì)初始階段進(jìn)行初步預(yù)計(jì)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)維修性設(shè)計(jì)的薄弱環(huán)節(jié)，提早采取優(yōu)化措施。具體維修性預(yù)計(jì)步驟如圖1所示。

圖1 抽樣評(píng)分預(yù)計(jì)步驟

通過上述抽樣評(píng)分預(yù)計(jì)法步驟可知，在預(yù)計(jì)之前，需要掌握系統(tǒng)或設(shè)備的結(jié)構(gòu)布局、原理圖、布置和維修位置、維修資源清單等維修相關(guān)資料。在評(píng)分之前，需要對(duì)維修過程進(jìn)行分析，還需考慮合理的故障隔離和診斷步驟。

GJBZ57-1994規(guī)定的抽樣評(píng)分預(yù)計(jì)法通過三個(gè)核對(duì)表分別對(duì)維修過程中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)因素、維修資源、維修人為因素進(jìn)行打分，其中對(duì)設(shè)計(jì)要求維修的人為因素核對(duì)中，每一項(xiàng)核對(duì)因素的計(jì)分都分為“0分、1分、2分、3分、4分”五檔，但每一檔的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)都不是定量的，不方便計(jì)分。以核對(duì)因素“力量”為例，“0分、1分、2分、3分、4分”分別對(duì)應(yīng)“需要維修人員付出極大的力、需要維修人員付出的力量高于平均值、需要維修人員付出的力量恰為平均值、需要維修人員付出的力量低于平均值、需要維修人員花費(fèi)很小的力量”，雖然檔位和分?jǐn)?shù)劃分細(xì)致，但非定量的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)并不便于對(duì)維修的人為因素進(jìn)行評(píng)分，影響預(yù)計(jì)結(jié)果的精度。為了匹配國(guó)內(nèi)民用飛機(jī)維修性設(shè)計(jì)現(xiàn)狀，對(duì)維修的人為因素要求核對(duì)表進(jìn)行優(yōu)化，減少評(píng)分檔位，并進(jìn)行量化。如將核對(duì)因素“力量”，計(jì)分為“0分、2分、4分”，分別對(duì)應(yīng)“需要單個(gè)維修人員搬起超過10 kg的設(shè)備、需要維修人員搬起5 kg～10 kg的設(shè)備、需要維修人員搬起低于5 kg的設(shè)備”。通過減少評(píng)分檔位并量化維修人為因素核對(duì)表評(píng)分指標(biāo)，可以縮減評(píng)分時(shí)間、簡(jiǎn)化評(píng)分流程，提高維修性預(yù)計(jì)的效率與準(zhǔn)確度。

2 電源系統(tǒng)基本工作原理

飛機(jī)電源系統(tǒng)用于產(chǎn)生并向全機(jī)用電設(shè)備提供電功率。作為飛機(jī)機(jī)載設(shè)備中的“血液”部分，完成向所有飛機(jī)的用電設(shè)備供電，對(duì)飛機(jī)的安全與可靠運(yùn)行發(fā)揮著不可替代的作用[9]。根據(jù)其功能主要包括直流電源系統(tǒng)、交流電源系統(tǒng)、配電系統(tǒng)和外電源系統(tǒng)。飛機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，由機(jī)載交流電源系統(tǒng)向全機(jī)用電設(shè)備供電，由APU驅(qū)動(dòng)的交流恒頻發(fā)電機(jī)作為輔助交流電源，由RAT驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)作為應(yīng)急交流電源并可通過變壓整流器向直流應(yīng)急設(shè)備供電，機(jī)載直流用電設(shè)備由TRU和蓄電池供電，飛機(jī)在地面時(shí)由外電源向機(jī)載用電設(shè)備供電，電源系統(tǒng)具有自檢測(cè)功能并與中央維護(hù)系統(tǒng)互聯(lián)。

電源系統(tǒng)的設(shè)備主要有主發(fā)電機(jī)、APU發(fā)電機(jī)、發(fā)電機(jī)控制器、配電盤箱、靜止變流器、主蓄電池等，分別安裝在左右發(fā)動(dòng)機(jī)短艙、電子設(shè)備艙、駕駛艙、貨艙和APU艙等部位。

隨著飛機(jī)用電設(shè)備的日益增多，綜合化程度越來越高，電源系統(tǒng)的可靠性、維修性成了人們?nèi)找骊P(guān)注的目標(biāo)，其性能的優(yōu)劣成了保障機(jī)載用電設(shè)備功能正常與否的決定性因素[10]。根據(jù)目前民用飛機(jī)維修性設(shè)計(jì)水平，分配給電源系統(tǒng)的維修性指標(biāo)為平均修復(fù)時(shí)間不大于20 min。

3 確定樣本量

(1)

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或相似機(jī)型各子系統(tǒng)中航線可更換單元的數(shù)量和故障數(shù)，計(jì)算得到各子系統(tǒng)相對(duì)于總故障次數(shù)的百分?jǐn)?shù)，再根據(jù)總樣本量50按比例分配從而得到每個(gè)子系統(tǒng)抽取樣本量，如表1所示。

表1 各系統(tǒng)樣本量

4 作業(yè)分析

以飛機(jī)主蓄電池的維護(hù)為例進(jìn)行作業(yè)分析和評(píng)分。飛機(jī)蓄電池作為輔助電源，主要用作飛機(jī)地面初始上電、機(jī)載應(yīng)急供電電源和APU起動(dòng)電源，一般布置在電子設(shè)備艙內(nèi)[11]。

主蓄電池故障分析邏輯圖如圖2所示。在故障隔離與測(cè)試時(shí)，需要用到的特殊工具為充/放電工作臺(tái)、平衡電阻器、單元抽取工具。由于重量較大，需要雙人操作。維護(hù)中需要警惕：不要在很熱的環(huán)境中安裝主蓄電池；定期檢查主蓄電池容量；在充電站進(jìn)行主蓄電池充電。

圖2 蓄電池維護(hù)邏輯圖

5 作業(yè)評(píng)分與維修性預(yù)計(jì)

表2 作業(yè)評(píng)分表

(2)

舉例說明作業(yè)評(píng)分表中的計(jì)分方法。在核對(duì)表A中，問題1得到4分，因?yàn)橹餍铍姵夭贾糜陔娮釉O(shè)備艙中，空間開敞，不被其他設(shè)備遮擋，可達(dá)性好，維修人員可以清楚地看到主蓄電池上面的標(biāo)簽標(biāo)識(shí)并進(jìn)行維護(hù)作業(yè)，符合“維修通道對(duì)于觀察和手工操作都是足夠的”。問題2得到2分，因?yàn)槠渫獠靠ㄦi和緊固件為卡帶、拉桿和電插頭，拆卸緊固件時(shí)需用尖嘴鉗拆掉保險(xiǎn)，并用套筒扳手拆掉螺栓，符合“緊固牢靠、不需要專用工具、稍微旋動(dòng)即可松開”這三條中的兩條“緊固牢靠和不需要專用工具”。核對(duì)表B中，問題1得到0分，因?yàn)閷?duì)外部測(cè)試設(shè)備的要求需要電流表、電壓表、密度計(jì)、兆歐表，符合“完成維修活動(dòng)需要四臺(tái)或更多的測(cè)試設(shè)備，要確定故障位置需要大量的測(cè)試”。問題2得到4分，因?yàn)閷?duì)主蓄電池進(jìn)行維護(hù)時(shí)不離線就能通過測(cè)試確定有缺陷的航線可更換單元。問題3得到0分，因?yàn)樵诰S護(hù)工作中需要用到的附加器材有進(jìn)入電子設(shè)備艙需要的梯子、電池充放電需要用到充電站等，符合“完成維修工作需要一件以上的附加器材”。完成維修工作需要核對(duì)表C中，問題1得到0分，因?yàn)樾铍姵刂丶s21 kg，維修作業(yè)需要雙人操作，且電子艙內(nèi)空間不夠開敞，需要單個(gè)維修人員搬起超過10 kg的設(shè)備，付出的力量和高于平均值。問題2得到0分，因?yàn)橹餍铍姵剌^重，且布置在地板下方，需要維修人員蹲姿或者跪姿進(jìn)行維護(hù)工作，腰部腿部受力大，并且故障定位于維護(hù)工作繁瑣，符合“需要維修人員有極好的耐久性”。

(3)

6 結(jié)論

抽樣評(píng)分法適用于研制階段維修性預(yù)計(jì)，在設(shè)計(jì)完成之前進(jìn)行粗略估計(jì)。如果預(yù)計(jì)時(shí)間超過分配值，則可從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、維修資源、維修人為因素三方面發(fā)現(xiàn)影響系統(tǒng)維修的主要因素，確定需要采取的糾正措施，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，降低系統(tǒng)或設(shè)備的平均修復(fù)時(shí)間。也可以在研制初始階段識(shí)別出維修性較差的設(shè)備，在持續(xù)設(shè)計(jì)進(jìn)程中重點(diǎn)關(guān)注并持續(xù)優(yōu)化這些關(guān)鍵設(shè)備的維修性，從而提高整機(jī)維修性設(shè)計(jì)水平，減少維修成本，提高整機(jī)競(jìng)爭(zhēng)力。本文對(duì)維修性預(yù)計(jì)中抽樣評(píng)分法進(jìn)行了分析，對(duì)核對(duì)評(píng)分表進(jìn)行優(yōu)化，并給出通過抽樣評(píng)分法預(yù)計(jì)電源系統(tǒng)平均修復(fù)時(shí)間的詳細(xì)過程，可以在設(shè)計(jì)初期即對(duì)系統(tǒng)的維修性進(jìn)行預(yù)計(jì)，為民用飛機(jī)維修性設(shè)計(jì)提供支持。