航材需求分析与预测技术的应用研究

【摘要】本文重点分析了影响航材需求预测的因素，并结合实际工作，研究总结了民用飞机结构航材需求预测的实用方法以及结构备件的选取流程，其成果可为其它民机航材保障工作提供依据和参考。

【关键词】航材；预测；结构备件

引言

航材保障的基本任务是为了支持和满足飞机全寿命周期内使用、维护、修理等所需要的各种航材需求，保障客户的正常运营。如今随着航空业的发展和国际市场竞争的加剧，国外知名飞机制造商为了提供完善、高效的航材支援服务，各自建立了先进的航材保障预测系统，制定科学的航材供应计划为航空公司提供有效的航材供应和采购指导，通过库存控制和管理尽量减少航材积压成本。因此如何选取合理正确的航材、预测准确的需求量、平衡航材成本和保障率之间关系成为航材工程技术研究的关键课题。笔者通过对某些民用飞机的研究，分析总结了影响航材需求预测的重要因素。根据飞机结构件的特性阐述了结构备件的选取流程，并重点介绍了初始结构航材的需求分析与预测方法。

1、备件简述

飞机备件是指为保持和恢复飞机主机、机载设备、地面保障设备设计性能所必需的零、部件及修理更换用的成品替换件等，包括飞机维护修理中所需的零部件及耗材。备件是保证飞机正常营运的重要物质基础。备件通常分为发动机备件、机体备件和系统备件三大类；按价值也可分为周转件、消耗件。

2、影响航材预测的因素分析

本文结合实际，在研究了大量国内外民用飞机的航材工程理论基础上，归纳总结了影响航材需求预测的重要因素：1）数据源：统一数据源、采集准确的航材数据是航材有效保障的基础。航材数据主要来源于：工程设计部门、供应商、制造商、試飞部门以及飞机用户等。2）可靠性：可靠性是航材选取的重要依据之一，其中最为关注两个参数：平均故障发生间隔时间（MTBF）和平均非计划拆换间隔时间（MTBUR），可靠性数据随着飞机运营信息的统计将不断修正而趋于准确；可靠性分析主要依据产品的寿命和零部件故障模式、影响及危害性分析，以及试验报告、供应商航材的保险值等。3）维修性：飞机零部件维修性分析对于航材需求预测的准确性、经济性具有重要影响。航材储备可依据维修计划分阶段进行；航材供应可根据用户的实际维修能力提供不同维修等级的航材；4）重要性：航材重要性，用于指示该航材出现故障后是否影响飞机的放飞。根据飞机设备故障对飞行安全的影响可以判断不能放飞（NO GO）项目、一定限制条件下允许放飞（GO IF）项目、可以放飞（GO）项目。根据航材重要性的不同，可采用不同的航材采购和储备策略，以节约投资成本。对于不能放飞的航材项目建议全寿命跟踪和管理；5）可获取性：航材是否能够及时获得直接影响航材的保障，它取决于航材的交付周期、修理时间以及管理、运输时间，涉及航材供应链的各个环节，因此航材渠道管理是航材按时交付的重要保证；6）实用性：航材预测应密切关注用户使用航材的消耗情况、维修故障记录、营运信息以及各类工程技术更改等航材相关数据，根据飞机的使用信息，不断修正航材的品种和数量使之逐步趋于完善，以最大限度的发挥航材保障作用；7）经济性：与航材的自身价格、管理运输成本、采购数量等因素有关，同时需要考虑航空公司的机队规模、资金分配等因素，科学的航材计划、合理的库存控制是经济性要求研究的重要课题。

3、结构航材需求分析与预测方法

结构航材范围包括飞机全寿命期内所有维护、维修可能用到的结构件、结构连接件以及原材料等，航材供应通常分为初始航材供应和持续航材供应，阶段不同采用的备件储备原则不同。对于新型号飞机面临航材数据不完善、经验不足等问题，因此初始航材的需求分析与预测更具挑战性。主制造商会根据航空公司的不同需求提供客户化的航材支援供应方案，优化结构备件项目和数量，以保证用有限的资金达到最大航材保障率。本文结合不同机型的航材供应状况，重点研究了飞机结构备件预测方法和理论，总结了飞机结构航材需求分析与预测主要方法：1）工程数据分析法；2）维修工程分析法；3）相似机型类比法；4）行业经验修正法。在飞机航材预测工作中，需采用多种方法相互修正，完善航材备件项目使得选用的航材更为合理准确。

3.1工程数据分析

型号研制之初，飞机维修工程分析尚未完成之前，可通过工程数据分析先行开展航材预测工作。依据工程数据分析法初步判定飞机潜在航材可遵循以下原则：a）是否具有可更换性；b）寿命是否小于飞机寿命。

（1）可更换性分析。飞机零组件可更换性分析是以工程物料清单（EBOM）、单机装机零件清册、数模为基础，根据飞机结构的装配层级、连接关系找出飞机上可更换的结构件及其连接件，并分析装配件中的所有基本零件。具体方法如下：a）根据连接件性质分析判断某一级装配件中的零组件是否可更换；b）根据结构特点分析判断零组件是否可更换或不能、不易更换；在分析过程中需考虑零部件功能的完整性。c）根据工艺规范辨识零组件组装工艺中是否涉及密封、粘接、焊接等工艺，以此初步判断该组件是否可更换。

（2）寿命分析。零部件设计时的试验数据以及根据不同设计要求而确定的寿命值，可指导航材的储备。寿命小于飞机寿命的零部件应选入备件：a）时寿件和时控件：对于时寿、时控件应考虑备件。时寿件是指航空产品的持续适航文件中有强制更换要求的部件。时控件是指到期需要作翻修、校验、测试等工作的航材，使其可以恢复重新使用。对于时控件的报废可以根据维修大纲中的寿命限定进行报废。b）可修件：根据维修级别分析结果，判定零部件发生故障或损坏时需要修复还是报废。对于需报废的零部件应考虑备件。c）非金属件：考虑其寿命、老化、变形、开裂等问题，应选入备件。

3.2维修工程分析

维修工程分析重点关注维修任务分析、定期维修分析、维修级别分析等，根据分析结果航材工程师梳理潜在备件项目及其使用、维修要求等要素，选择合理的维修实际需要的正确航材。另外维修类手册包含航材的重要信息需航材工程师持续关注，主要手册有：a）图解零件目录（IPC）：包含飞机所有可更换的零部件、机载设备相关信息，描述了飞机结构、各系统及组件的组成和分解。b）图解零件清单（IPL）：包含制造商和供应商零部件中的潜在备件信息及备件的大修信息。c）维修计划文件（MPD）、飞机维修手册（AMM）、部件维修手册（CMM）、结构修理手册（SRM）：包含计划维修中涉及的所有可能用到的结构件及其连接件。航材贵重件的数量占总库存数量的10%左右，而其价值却占总库存航材价值的70%，因此，航材贵重件的维修分析是航材预测研究的重点。

3.3相似机型类比分析

对于新型号飞机由于没有航材历史消耗数据，可通过类比相似机型，参照其航材推荐清单以及航空公司实际运营中的航材消耗统计数据，结合飞机自身的结构特点完善备件项目。

3.4行业经验修正

本文根据行业专家多年的工作经验归纳总结了通常作为飞机结构备件的项目：a）飞机上的互换件、替换件；b）可活动零部件如襟翼、副翼、方向舵、升降舵、缝翼、扰流板及其连接件；c）需频繁进行拆卸维护的零部件；d）处在维护通道上需经常拆卸安装的结构零部件以及系统部件维护时可能频繁拆卸的结构件；e）口盖、支座、支架、接头等应作为潜在备件等。

4、结构备件选取流程

4.1選取备件项目

航材数据主要来源于工程数据、、供应商数据、试飞数据以及用户使用消耗数据。根据上述结构航材需求分析与预测方法，工程师筛选出飞机寿命期可能出现故障的、航线可更换的零部件，将其作为“潜在备件”。潜在备件确定后，依据航材预测的影响因素如：可靠性、重要性、互换性等信息对潜在备件进行反复修正分析优化，制定合理的备件储存计划以满足全球机队的各种航材需求。潜在航材项目随着飞机研制的进展加以不断完善。当用户选购飞机的构型确定之后，根据用户提供的机队运营条件，如机队规模、飞机日利用率、航材保障率、修理周转时间等，制定客户化航材推荐清单。

4.2确定备件数量

新型号飞机由于没有历史航材消耗经验数据，可靠性数据不完善等因素，经过航材数学模型计算得出的航材数量尚不能满足实际需求，因此备件储备数量应在航材需求预测过程中不断优化，并进行人工修正。比如：对于重要性（ESS）为1的零部件，其可靠性数值（MTBUR）较高会导致数学模型计算得出的需求量为0，而实际运营中一旦缺少此类件会直接导致飞机不能放飞，因此，对于ESS为1的零部件通常不能零库存。而对于ESS为3的零部件，根据资金可适当减少储备。

4.3结构备件选取流程图

在实际工作中，飞机结构备件选取的工作流程可参照图1所示：

结束语

“在准确的时间、准确的地点提供准确的航材”是飞机制造商成功运营的根本目标。为进一步增强国产民机的市场竞争力，有必要科学深入地进行航材工程技术的研究与应用。本文的研究成果可供从事民用飞机客户服务人员借鉴和参考，其具有广泛的实用性。

参考文献

[1]倪现存，左洪福，王华为，许娟.价值工程在民机首批航材计划中的应用研究[J].航空维修与工程，2007，（6），50-52。

作者简介

董兴芝（1968年-），女，高级工程师，现主要从事航材工程与分析技术及其应用研究。