民用飞机维修工程分析方法研究

夏哲 罗辉

摘要：维修工程分析是S3000L中与维修相关的所有分析活动的集合，其分析结果是飞机编写技术手册、研制工具设备、制定航材计划、确定培训需求等一系列保障工作的重要依据。我国民机制造商还没有形成系统有效的维修工程分析体系。该文通过介绍维修工程分析的原理和方法，结合民机研制经验给出了维修工程分析各个分析活动的可行、有效的分析流程，为国内开展民机维修工程分析工作提供了参考。

关键词：维修工程分析 S300OL 综合后勤保障 民机

中图分类号： 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）07（c）-0000-00

Research on maintenance engineering analysis principle of civil aircraft

Xia Zhe， Luo Hui

（Shanghai Aircraft Customer Service Co.，Ltd，Shanghai 200241， China）

Abstract： Maintenance engineering analysis consists of all the maintenance related processes in S3000L that provides important data and resources for developing relevant aircraft service products， including technical manuals， special tools and equipment， spare schedules， training requirements， etc. Chinese commercial aircraft manufacturers are still working on building a systemic and efficient maintenance engineering analysis mechanism. In this text， based on the theory and method of maintenance engineering analysis and civil aircraft development experience， the author offered available and effective processes of each analysis activity in maintenance engineering analysis. The research could be used as reference for national manufacturers to developing maintenance engineering analysis and other related service tasks in the future.

Key words：Maintenance engineering analysis； S3000L； Integrated logistic support； Civil aircraft

S3000L《后勤保障分析國际程序规范》是由欧洲宇航与防务工业协会制定的后勤保障分析规范[1]，它规定了后勤保障分析（LSA， Logistic Support Analysis）的工作流程和工作包、业务数据元素和数据模型及信息交换等内容，明确了与其它S系列规范的接口关系[2]。维修工程分析是S3000L中与维修相关的各分析活动的总称，其目的是通过一系列分析活动，为后勤保障工作提供输入。

大多国际主流机型制造商（包括波音、空客、庞巴迪等）已开始将S3000L标准纳入到其主流机型的研制环节中，并将维修工程分析作为影响飞机维修性、可靠性、测试性设计的必要手段。目前我国民机制造领域对维修工程分析的认识和运用还有待提高。

该文介绍了S3000L和维修工程分析的关系，结合民机研制经验，给出了维修工程分析中各分析活动的目的、内容及分析流程，对民用飞机开展维修工程分析工作提供指导。

1 S3000L和维修工程分析

制定S3000L的目的是促使保障性要求成为系统和设备要求的组成部分，以影响系统和设备的设计，尽早确定综合保障存在的问题与费用需求，确定使用阶段所需的保障资源以及建立保障信息的数据库，其目标是提高系统和设备的保障性与战备完好性、优化寿命周期费用与保障资源，以求在费用、进度、性能与保障性之间达到最佳的平衡。

S3000L由22个章节组成，其核心业务是各种保障性分析方法，共12个分析活动，如图1所示。从维修的角度出发，我们将S3000L中与维修相关的6大分析活动统称为维修工程分析，包括计划维修分析（SMA， Scheduled Maintenance Analysis）、LSA相关的故障模式影响分析（LSA FMEA， LSA related Failure Modes and Effects Analysis）、损伤与特殊事件分析（DSEA， Damage and Special Events Analysis）、后勤相关使用任务分析（LROA， Logistics Related Operations Analysis）、修理级别分析（LORA， Level Of Repair Analysis）和维修任务分析（MTA， Maintenance Task Analysis）。

图1 S3000L与维修工程分析的关系

民用飞机维修工程分析工作是一项与飞机研制并行的系统工程，它一方面通过分析工作输出对设计的反馈意见，实现对飞机设计的影响，确保飞机在较低运营成本需求前提下具备良好的维修性、可靠性、测试性等性能；另一方面，通过规范、健全设计分析工作，为飞机客户服务产品（包括地面支援设备/工具项目及功能确定、维修类出版物编制、航材计划制订等）的研制提供科学有效的工作输入，从而为运营后的飞机支援工作打下坚定的基础。

维修工程分析是基于飞机设计结果，结合飞机可能运营环境，从飞机维护角度对飞机进行系统性全面分析，设计合理的飞机维护和维修总体方案，确定所有可能的正常维护任务、故障排除任务和损伤修复任务，并确定这些维修任务的维修程序、维修地点、环境、间隔、工具设备、耗材、备件、人员、设施等。

2 维修工程分析各分析活动介绍

维修工程分析包括6大分析活动，其相互的输入输出关系如图2所示。其中SMA用于确定计划维修任务，LSA FMEA、DSEA用于确定纠正性维修任务，LROA用于确定运营相关任务，所有这些任务经过汇总合并后进入到MTA和LORA中，经过分析后得到每项任务的详细操作步骤及相应的资源需求，为飞机维修手册（AMM， Aircraft Maintenance Manual）、故障隔离手册（FIM， Fault isolation Manual）等飞机技术出版物的编写提供输入，同时也为航材计划制定、工具设备研制、培训内容确定等飞机客户服务产品提供数据支持。

图2 维修工程分析内部各分析活动之间的输入输出关系

2.1 LSA FMEA

LSA FMEA是确定飞机系统相关的修复性维修任务清单以及排故任务清单的主要工作，是整个维修工程分析的关键环节。LSA FMEA只对由内因导致的飞机系统/部件故障引发的修复性维修及排故需求进行分析，此处的“由内因导致的故障”仅指可探测的显性故障，不可探测的隐性故障不属于LSA FMEA 分析的范畴。

LSA FMEA分析是在航线可更换件层面上开展的、以确认系统修理任务及排故任务清单为目的的分析工作，其中，系统修理任务清单主要通过LSA FMEA 分析产生，排故任务清单主要通过排故任务分析（TSA， Trouble Shooting Analysis）产生。本文给出LSA FMEA的分析流程见图3，主要包括以下分析步骤：

（1）LSA系统树构建；

（2）工程 FMEA 报告整合；

（3）故障模式分组（不可探测故障、可直接定位故障和需要排故才能定位的故障）；

（4）故障模式探测方法分析，产生的不可探测故障清单给MSG-3分析提供参考；

（5）故障模式定位方法分析；

（6）排故需求分析，不能直接定位的故障作为候选项为后续的排故分析提供输入；

（7）LSA FMEA输出可直接定位故障产生的维修任务清单，作为后续MTA和LORA的输入；

（8）排故分析，输出不可直接定位故障产生的维修任务清单，作为后续MTA和LORA的输入。

图3 LSA FMEA分析流程

2.2 DSEA

损伤是指功能的失效或降低，不包含固有的故障（固有可靠性），例如擦伤、裂缝等。特殊事件是在产品生命周期内发生的无法被认作是一种正常操作情形的事件，例如鸟撞等。

進行DSEA的目的主要有两点：第一，确定并量化飞机在役期间可能发生的特殊事件和损伤，并将结果作为维修任务分析的输入，用于制定正确、合理的维修任务，从而保证损伤和特殊事件发生时，飞机的持续适航能力；第二，通过分析结果，改进飞机系统、子系统、部件的设计方案，使其得到更好地保护，从而优化飞机设计。

DSEA总体分析流程图如图4所示，可分为5 个主要步骤。

（1）确定特殊事件是DSEA的第一步，应利用飞机系统描述文件和其它支持材料（如相似机型飞机的类似分析）分析飞机生命周期每一个阶段可能引发特殊事件的原因，确定所有相关的飞机使用阶段，罗列每一个使用阶段可能发生的特殊事件，并估算特殊事件的发生概率，并对特殊事件进行归类。

（2）对于与特殊事件相关的所有飞机子系统/部件，确定使用的技术及其熟悉程度，评估使用的技术对损伤的敏感性，并确定技术/损伤评估等级。

（3）确定需要考虑的部件，在此步骤应重点考虑那些对损伤或特殊事件敏感的部件。例如，特殊事件造成的液体泄漏，如果其影响到的部件是由腐蚀敏感材料制成的，则应对这些部件重点关注。

（4）确认受到影响的部件（设备、结构）、功能、功能故障及影响，并根据功能故障的影响程度对其进行分类，如灾难性、危险、非常严重、轻微、无影响等。

（5）通过进行维修任务需求分析，确定相应的维修任务。

图4 DSEA分析流程

2.3 LROA

除了维护和修理任务外，飞机还应考虑后勤相关的使用和操作等相关方面的因素。后勤相关的使用是一项独立的任务，不能归类到飞机的运行领域或是维修领域。LROA的目的是确定飞机不能指派给运行或维修的任务，这些任务的完成方便飞机每天的运行和维修（例如牵引、清洗、除冰和系留等等）。

LROA总体分析流程图如图5所示，可分为5个主要步骤。

（1）确定LRO判断准则。后勤相关的使用任务可以直接指派为飞机运行任务或飞机维修任务，三者之间的边界是很主观的，并且需要依据项目来定义，需要制定相关的判断准则。

（2）确定LRO候选项。通过分析飞机运行要求、设计和性能规范、勤务、地面处理、使用支持、MMEL要求等等，确定LRO候选项并建立初始清单。

（3）运用第一步中确定的判断准则，判断潜在的LRO候选项。

（4）按分类准则对确定的LRO进行分类，把LRO项目归入适当的类别。

（5）记录相应的维修任务并进行编号，以报告形式输出。

图5 LROA分析流程

2.4 SMA

SMA的目的在于确定预防性维修工作。目前国际主流民用飞机制造商均遵照MSG-3逻辑分析方法进行SMA，通过制定飞机系统、动力装置、结构、区域和闪电高强度辐射场防护系统的初始最低预定维修/检查要求，形成飞机维修审查委员会报告（Maintenance Review Board Report，MRBR），经适航管理当局批准后作为飞机持续适航主要文件之一，是为航空运营人使用飞机准备的基本文件。

MSG-3分析过程相对复杂，但已形成一定的分析逻辑和程序，可参照MSG-3文件[4]中的规定内容执行，在此不进行详述。

2.5 LORA

LORA是指在装备的研制、生产和使用阶段，对预计有故障的产品，进行非经济性或经济性的分析，是通过考虑技术、商业、运营和环境数据等因素来确定可行的修理或报废的维修级别的过程，决定部件故障是否修、如何修、在哪里修的问题[3]。

LORA分析主要有两个目的：提供客户选择最佳修理方案的决策指导，并依据LORA结果对设计进行优化。

LORA的分析流程图如图6所示，可分为以下几个主要步骤。

（1）确定LORA候选项目清单，包括修理级别分析和更换级别分析两种分析的候选项。

（2）对各候选项目进行可修理分析，判断候选项目是否可修理。通常将技术上不可修或维修明显不经济的项目判断为不可修。对于不可修的项目采取报废的处理方式。

（3）当依据有限的数据就能得出最优的决策时，可利用简单LORA方法进行分析。简单LORA通常是定性分析，主要利用最佳工程判断或成本的粗略比较等方法来得出最优决策。

（4）如果简单LORA不能提供一个最优修理级别的合理建议，则需要进行详细LORA，即经济性LORA。经济性LORA是定量的分析方法，通过考虑所有影响修理/報废成本的因素来得出合理的决策。

图6 LORA分析流程

2.6 MTA

MTA的目的是确定飞机维修任务的具体执行程序，以及执行该任务所需的所有维修资源，（包括备件、消耗品、支援设备、人员、设施和任务持续时间等要求），并从维修性、经济性的角度对飞机设计提出优化建议。

MTA是维修工程分析中处于下游的分析活动，其分析流程如图7所示，可分为以下几个步骤：

（1）汇总来自LSA FMEA、DSEA、SMA、LROA的任务，对相同的MTA任务进行合并以减少分析的量，并计算合并以后的维修任务频率；

（2）任务合并后，分析给出下一步任务的工作内容；

（3）创建任务结构，将任务分解成相应的子任务，并做好必要的任务引用记录；

（4）任务资源需求分析，确定每个子任务所需要的资源；

（5）考虑顺序方式和并行方式，确定任务时长（平均任务时长和工时）和子任务顺序；

（6）任务信息汇总并形成报告，作为后续手册编写、工具设备研制、航材计划制定等工作的输入。

图7 MTA分析流程

3 结语

随着新技术和方法在我国飞机研制的应用，对飞机维修性设计和后勤保障工作提出了更高的要求，需要应用国际最新的标准来提高我国飞机的使用维护和保障水平。维修工程分析方法是当前国际上非常先进的保障性分析方法，对于建立和完善我国民机维修保障体系具有重要意义。目前S3000L中并未介绍维修工程分析所包含各分析活动的详细分析程序，该文在S3000L理论的基础上，对维修工程分析的内容进行了描述，并给出了详细的分析程序，有助于我们在民机研制过程中借鉴相应的分析流程和方法，为民机维修工程工作的开展提供参考。

参考文献

[1]Aerospace and Defense Industries Association of Europe. S3000L International procedure specification for Logistics Support Analysis （LSA）. Issure 1 2010-04-01. Chapter 1.

[2]庚桂平. S3000L《后勤保障分析国际程序规范》介绍[J].航空标准化与质量， 2013 （3）：49-53.

[3]李良峰， 陈柏松， 王晓伟， 等. 国内外修理级别分析对比研究[J]. 装备制造技术， 2011（8）： 140-143.

[4]ATA MSG-3 Operator/Manufacturer Scheduled Maintenance Development， Revision 2011. 2011.01.

作者简介

夏哲（1984-），男，工程师，2008年西北工业大学航空宇航制造工程专业硕士，2012年法国高等航空航天学院系统工程专业硕士。2008年就职于中国商飞上海飞机客户服务有限公司至今，主要从事飞机维修手册编写、维修工程分析、飞机地面支援设备及工具的研制与服务等工作。

罗辉（1986-），男，工程师，2011年上海交通大学航空航天学院硕士。2011年就职于中国商飞上海飞机客户服务有限公司至今，主要从事S1000D飞机维修手册编写工作。