航空装备维修保障发展研究

侯安生 平本红 薛萍

通过梳理国外航空装备保障的发展历程，包括维修理念、维修模式和维修方法，分析我国航空装备全生命周期保障的现状以及未来装备发展趋势，指出了提升我国航空装备保障水平的一些建议。

1 国外航空装备维修保障发展分析

在两次世界大战和随后的局部战争的推动下，航空装备在近百年来取得了蓬勃发展。以军机为例，轰炸机、战斗机、攻击机、战斗攻击机、反潜机、侦察机、预警机、空中加油机、运输机、救护机、教练机、多用途战斗机等层出不穷，性能不断提高，在战争中扮演了重要的角色。表1总结了部分前四代战斗机的特点。

而维修保障作为航空装备全寿命周期的重要环节，是能否最大程度发挥装备效能的关键因素。

1.1 航空装备维修理念的发展

装备的维修理念是指导维修大纲制定的原则。装备维修大纲的科学、合理与适用性，关系到装备的安全性和适航性以及维修有效性。

在航空装备发展的早期，机械结构在机体结构中占比较大时，维修保障采取的是定时维修。

到20世纪50年代后期，科学技术的发展使得飞机装备的复杂程度越来越高。而且在这一时期，可靠性工程、维修性工程、故障物理学和故障诊断技术等新兴学科也相继出现，再加上概率统计和管理科学在这一阶段也取得了极大的发展。经过研究发现，可靠性和维修间隔期的控制并无必然的直接联系。

这个研究成果颠覆了传统的维修观念。在此基础上，美国航空运输协会组建了维修行业委员会（MaintenanceSteering Group，MSG），负责飞机基本的维护程序的设计，分析多重故障模式和其影响造成的结果。1965年MSG首次提出了初始的逻辑决断方法，在1968年发布了MSG-1手册，并成功应用于波音747-200/300飞机上。

MSG-1方法在波音747飞机上成功运用后，美联航和波音公司对MSG-1稍加修改，使其适用于其他飞机，并被命名为MSG-2分析逻辑。MSG-2是针对维修方式的分析逻辑，在1970年开始部分用于波音737 200。根据MSG-2方法制定的维修大纲，主要针对飞机的每类组件（系统、部件或设备），采用“自下而上”的分析方法，其分析结果是为各类组件确定适宜的维修方式，包括定时维修、视情维修和状态监控。

20世纪70年代初，由于航空装备复杂性的增加，采用单一定时维修的美军装备维修费用以惊人的幅度增长，而与此同时采用MSG-2的民用飞机维修费用却下降了30%，因此引起了美国军方的注意。美国国防部命令在全军范围内推广以可靠性为中心的维修理念，提出用4种工作类型——定时拆修、定时报废、视情维修和隐患检测，替代3种维修方式——定时方式、视情方式和状态监控方式;使以可靠性为中心的维修又向前迈进了一大步。

在MSG-2使用了约10年后，在广泛收集飞机系统、结构、发动机和零部件的使用数据，并对其失效方式、所监控的失效模式和采取的维修措施间形成的相互关系进行综合分析的基础上，由美国联邦航空局（FAA）、美国航空运输协会（ATA）、美国和欧洲的飛机/发动机制造厂家、航空公司联合制定了新的维修决断逻辑和分析程序，即MSG-3。

MSG-3又称“航空公司/制造厂商维修大纲制定文件”，主要针对飞机的系统/分系统的维修工作。MSG-3采用“从上往下”或称“故障结果”逻辑方法，从飞机系统的最高管理层面进行故障分析，确定适合的计划维修任务，以防止故障发生和保证系统的固有可靠性水平。MSG-3着眼于系统功能失效时的潜在影响、确定故障的能力、故障及维修的成本。

1.2 MSG-3维修思想的主要内容

根据MSG-3分析逻辑确定的飞机计划维修任务主要包括计划性（例行）维修和非计划性（非例行）维修两部分。为了防止飞机固有的安全性和可靠性发生偏离而定期进行的计划维修包括：

飞机/发动机系统维修任务：润滑/勤务、操作/目视检查、检查/功能测试、性能恢复、报废;

结构项目维修任务：一般目视检查、详细检查、特别详细检查;

区域分析维修任务：一般目视检查、详细检查，保证飞机规定区域内的所有系统、部件和装置都受到足够的监控，以确保安装和总体状态的安全性。

非计划维修包括：计划维修过程中发现的问题，临时出现的故障和运营分析结果要求的维修与改装。

除了MSG-3的维修要求外，还有一些针对结构重要项目的疲劳裂纹检查项目，分类为适航限制项目;还有一些针对飞机系统和发动机的强制维修项目，分类为审定维护要求;还有一些项目如起落架、发动机盘等，具有寿命限制的维修要求。

1.3 以可靠性为中心的维修思想的主要内容

定时维修：以可靠性为中心的维修理论认为，定时维修对某些简单装备的故障预防是有用的，但对大多数复杂装备而言，尤其多个系统之间相互交联相互影响时定时维修单个系统不仅对故障预防的作用甚微，相反还会带来早期故障和人为差错，增大了总的故障率。

潜在故障与功能故障：以可靠性为中心的维修理论提出潜在故障的概念。潜在故障是一种指示功能故障即将发生，可识别的状态。通过定义潜在故障开展视情维修。利用潜在故障防止功能故障的出现，使装备在不发生功能故障的前提下得到充分的利用，达到既安全又经济的目的。

隐蔽功能故障与多重故障：隐蔽功能故障是指正常使用设备的人员不能发现的功能故障。多重故障是指由多个独立故障所组成的故障事件，它可能造成其中任一故障所不能单独引起的后果。多重故障与隐蔽功能故障关系密切，如果隐蔽功能故障没有及时被发现和排除，就可能造成多重故障，产生严重的后果。应采取状态监控模式，加大对隐蔽功能故障的检测频率，及时排除隐蔽功能故障，防止多重事故的发生。

针对不同的故障后果采取不同的对策：预防故障的根本目的不仅限于预防故障本身，而且在于避免或降低故障的后果。要不要进行预防性维修工作，主要是由其故障后果的严重程度所决定的。针对不同的故障后果，应采取不同的对策。如果故障后果严重，则需竭尽全力防止发生;如果故障影响甚微，则不必采取任何措施，直到故障出现以后再来排除即可。

关于预防性维修的作用：以可靠性为中心的维修理论认为，设备的固有可靠性是设计和制造时赋予设备本身的一种内在的固有属性。预防性维修能够防止设备固有可靠性水平降低，但不可能把可靠性提高到固有可靠性水平之上，最高只能保持或达到固有可靠性水平;要想超出这个水平，只能重新设计。

总的来说，以可靠性为中心的维修和MSG维修是针对不同用途航空飞机、相辅相成、相互借鉴、相互促进的两种维修思想。

1.4 信息技术条件下航空装备的维修保障新模式

在20世纪末21世纪初，随着新材料、新技术的发展以及装备研制的全面数字化，尤其是航电、机电系统的发展融合，装备的维修保障模式和方法也得到了迅速发展。

1）基于性能的全寿命保障（PBL）

PBL是美、欧等国针对具体型号装备提出的全新维修保障理念和模式，其核心是“项目办公室”通过“装备保障集成方”加强对装备全寿命保障管理，促进军方与合同商的合作，实现优势互补与风险共担，从而在经济可承受的条件下确保型号装备在寿命周期内实现预定的战备完好性目标。

PBL的主要原则包括：a.购买性能;b.项目经理对全寿命周期系统管理负责;c.签订以客观的度量标准为基础的基于性能的协议;d.明确产品保障集成方是将保障集成起来并实现性能/保障目标的“单一联系点”;e.军地/军民/公私合作。它将保障作为一个综合的、可承受的性能包来购买，以便优化系统的战备完好性。它通过以具有清晰的权力和责任界线的长期性能协议为基础的保障结构来实现武器系统的性能目标。

基于性能的全寿命保障，是四代航空装备保障的主要策略，是三级保障体制转变为二级保障体制，军民融合保障的主要体现。

2）增强型基于状态的维修（CBM+）

基于状态的维修（CBM）是美军在20世纪末21世纪初开始大力推行的一种维修思想，目的是将以信息技术为代表的各种高新技术应用到维修的全过程，从而提高维修工作的效率与效益，实现维修方式的全面变革。CBM是在传统状态监控和故障诊断技术的基础上，综合了多种先进的技术，准确地判定部件实际状态，并据此决定更换或维修的过程。CBM+是CBM的增强版，是一种预测性维修，可实时监控装备的状态，准确判定部件的实际状态，预测设备的初始故障和剩余寿命，在出现维修需求时才开展维修，适应信息化装备对高精度装备保障的要求，节约维修成本，降低装备的寿命周期费用。此外，信息化装备本身就具备实现CBM+的软硬件条件，如在设计时就嵌入了高性能传感器和嵌入式诊断能力，配备高性能的信息系统有利于数据的快速传输和高效处理等，为实现CBM+奠定了物质基础。

3）自主式保障（ALIS）

ALIS是美军在开发第四代战斗机F-35时提出的一种创新性维修保障模式，它是基于飞机的健康状态，通过一个实时更新的信息系统，将任务规划、维修训练和维修保障作业等各种要素集成起来，对武器系统的状态进行实时监控，根据监控结果自主确定合适的维修方案，在装备使用期间预先启动维修任务规划和维修资源调配，在最佳时机进行维修，确保武器平台保持良好的状态性能。ALIS的目标一是借助信息技术等高新技术，将CBM和美军整个信息链系统相结合，达到保障信息一体化;二是进一步规范和强化装备自诊断、预测与维修保障能力，使装备不仅仅是维修的客体，也是维修保障主体的重要组成，即将维修主体前伸到从装备自身开始;三是进一步缩减装备保障环节，优化保障体系和资源，达到精确、机动、快捷、经济保障的目的。

实现ALIS后，装备的几乎全部诊断测试、维修和保障活动都将实现自动化，从而最大程度地减少人力和消除人为差错，高效保障装备的作战部署。与传统保障模式相比，ALIS能够更好地满足信息化装备的整体保障需求。

4）装备健康管理（PHM）

PHM是指故障预测和健康管理，是为满足自主保障、自主诊断的要求而提出来的，是基于状态的维修的升级。它强调装备管理中的状态感知，监控装备的健康状况、故障频发区域与周期，通过数据监控与分析，预测故障的发生，从而大幅度提高运维效率。要实现PHM，除了物理基础条件保障外，既需要大数据分析技术，又需要非常密集的行业知识、经验和模型作为支撑。诊断是装备在预期的使用状态下，通过评估其健康状态变化，监控健康状态和预测其剩余使用寿命的过程。PHM常用的分析模型有权重/表决、贝叶斯推理、卡尔曼滤波、神经网络、隐含马尔科夫模型、渐进式蒙特卡洛模型、专家系统、模糊逻辑等数据融合方法。

5）基于模型的维修持续保障（MBS）

目前装备先进设计制造方法是建模与仿真在设计、制造、支持等全流程业务的创新应用。其中基于模型的设计（MBD）是核心，基于模型的维修持续保障是应用和实践的新方向。用产品模型和过程模型定义、执行、控制、传递、管理企业的全部业务，可实现业务之间的无缝集成，并与战略管理对接。

MBS将模型作为系统记录和构型管理的唯一基础，将产品和工艺开发中的模型和仿真应用到生命周期的维护阶段，使用维护/维修/故障数据评估产品和工艺，持续关注系统的整个运营状态，并将其反馈到产品设计的改进环节，通过MBS提取设计优化信息。其中最重要的工作是记录产品的过程规范、材料数据、产品支持信息以及测试分析信息等，形成跨越整个供应链的结构化、集成的工程技术数据包。

6）基于数字线索的数字孪生维修保障

新一轮科技革命和产业变革趋势，体现在航空装备的研发上是以数字线索和数字孪生为核心，以自适应运载器制造、系统架构虚拟集成等先进开发模式为引领。当客戶接收装备的同时，还将接收另外一套数字模型。每一特定架次的装备都有一个忠诚的影子，伴随一生。这种数字孪生的新技术将基于航空装备的健康状态进行维护与保障。

数字孪生是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。首先在数字空间建立真实飞机的模型，并通过传感器实现与飞机真实状态完全同步，这样每次飞行后，根据结构现有情况和过往载荷，及时分析评估是否需要维修，能否承受下次的任务载荷等。充分利用物联网、空间链路网、数据采集、状态感知、云计算、大数据分析和数字孪生等技术，在航空装备设计上实现预测监控管理系统升级，实施航空装备运营监控监测平台，开展运行维护及故障建模分析，实现航空装备在线监控与控制以及运行过程的可靠性评估、故障预警、质量诊断、远程主动维护等。

1.5 美国航空装备维修保障组织体系分析

在一百多年的航空装备维修保障实践中，美国建立了以国防部为主，其他有关政府部门为辅的系统庞大的航空装备维修保障管理体系。国防部是美军航空装备维修保障的统管部门;各军种分别具体组织实施，都设有主管航空装备维修保障管理的领导机构和具体实施部门，并编制有战略级、战役级、战术级维修保障力量。除国防部外，美国政府其他有关部门也参与航空武器装备维修保障管理工作。

高度重视全寿命周期维修保障管理，这一点充分体现在美国航空武器装备维修保障管理机构的编制与职责上。例如，美国陆军条例10-87“各陆军司令部、陆军军种组成部队司令部以及直接报告单位”中明确规定，美国陆军装备司令部的职责包括“与项目执行官以及计划/项目/产品主管进行合作，共同为系统与装备提供一体化的装备寿命周期管理”，美国陆军装备司令部下设“航空与导弹司令部寿命周期管理司令部” “联合弹药与杀伤力寿命周期管理司令部”“通信电子司令部寿命周期管理司令部”，分别负责航空武器装备及其子系统的全寿命周期管理，从而在航空武器装备维修保障管理的顶层设计上贯彻了全寿命周期管理。

建立了由军方主导的航空武器装备适航管理体系。20世纪80年代后期，美军在全世界率先提出了航空武器装备适航的概念，在型号研制中开始借鉴引入民用航空装备适航管理经验，以提高航空武器装备的性能，目前已建立起军方主导的航空武器装备适航管理体系。

维修作业体制由三级向两级发展。美国国防部和各军种普遍认为，随着航空武器装备技术复杂程度的不断提高，一方面需要精干高效的一线保障力量为航空装备提供基层级维修保障，直接保证其满足作战需求;另一方面需要充分利用军方建制内的基地级维修保障力量和维修保障合同商的专业化技术团队为保持装备持续作战能力提供可靠保证。

加强基地级维修能力建设。进入21世纪以来，随着维修保障合同商的兼并重组，维修保障合同违约与维修保障质量下降，以及维修保障合同商难以承受在作战一线的伴随保障、难以适应高强度作战保障环境等一系列问题，使得美国国防部和各军种都转变了以往过于强调维修保障合同商地位作用的态度，转而更加注重军方管理的后勤中心、维修基地等后方基地级维修能力的建设。

2 我国航空装备维修保障发展分析

2.1 航空装备技术保障体制概述

我国航空工业从苏联援助飞机起步，主要是在引进和仿制俄制飞机基础上，采用俄制飞机的维修体制。俄制飞机的维修理念与西方以可靠性为中心的维修理念不同，主要采用定时维修的方法，包括航线维修、定期维修、特殊维修、储存维修和安全管理。如我国军方现在仍在实行的飞机换季检查在波音空客飞机的维修保障中很少见。直到歼十战斗机，我国才开始研引进西方的维修理念和保障体系。近年来，军方密集下发文件，要求工业部门和大修厂研究以MSG-3为理念的预防性维修，为复杂装备的维修体制改革打好基础。

2.2 我军航空装备技术保障体制分析

航空装备技术保障系统是由装备维修所需的物质资源、人力资源、信息资源以及管理手段等要素组成的系统。该系统是在部队首长统一领导下，由装备技术保障部门、装备管理部门共同组成。航空装备的技术保障内容，主要包括航空机务保障、工厂修理、航空军械保障、航材保障以及相关的保障装，设备建设、保障人员专业培训和维修改革等内容。

我国航空装备维修保障维修的作业体制实行三级维修体制：一级（基层级）维修是指航空兵团机务大队所进行的维修。主要承担飞机的日常维护保养，飞机机务准备等任务。二级（中继级）维修是指部队修理厂所进行的维修。主要承担飞机的定期检修、小修、中修、损伤飞机的修理，机载设备、机件的修理，无损检测、油液分析和部分零备件的制作，飞机的改装以及战时飞机抢修等任务。三级（基地级）维修是指航空修理工厂所进行的维修，主要承担航空装备的大修和复杂的改装，部分零备件制作，平时、战时抢修支援和技术支援等任务。

维修专业通常划分为航空机械、航空军械、航空特设、航空电子、航空火控、飞机修理等。

2.3 我国航空装备技术保障特点分析

我国航空装备的维修保障与航空武器装备的发展一样，也经历了漫长的积累和发展过程，与每一代武器装备的特点密切相关。

第一阶段是与二代机相对应，飞机的特点是尺寸小、重量轻，机动性好，近战火力强;结构由较为简单逐渐变为复杂，机械装置占比大，具有航电系统，使用维护较简便。对这类飞机的维修保障主要以单一的“定时维修”为主;在维修保障体制上采用三级维修体制;维修方式以纸质、手工为主：维修依据以纸质图纸、纸质文件为主，维修工艺是纸质二维工艺，维修计划、维修过程控制、维修检验、测试等均是手工、纸质记载形式。

第二阶段是与三代机相对应，飞机的特点是结构非常复杂，采用了数字式电传飞控系统以及高度综合化的航电系统;在设计过程中采用了计算机辅助设计、计算机辅助工艺设计为代表的一系列关键技术，在生产过程中逐步采用了数字化生产技术等，在设计、制造企业中逐步普及了ERP、MES等信息化管理系统。维修体制主要以三級为主，部分装备也在逐步探索和全面推广二级维修模式。在维修保障模式上，以“定时模式”为主，逐步开展视情维修、预防性维修、修复性维修等多种形式相结合的维修模式，开展以可靠性为中心的维修思想的研究和实施。在维修手段和方式上，逐步建立了信息化的维修保障管理系统，覆盖到中继级、基地级维修保障，实现了从装备运行状态监控到飞行任务执行、飞行保障任务下达执行、维修任务下达执行等信息闭环管理，明晰了装备的技术状态，保证了维修的质量。

第三阶段与四代机及新型号相对应。装备的特点：MBD协同设计、制造，虚拟设计、制造仿真等;全数字化生产;采用了诸多信息化技术，如航电机内测试技术（BIT）、自动测试技术（ATE）、健康管理（PHM）系统、其他关键机载计算机信息系统等。维修保障的新模式正处于探索实行阶段。

2.4 我军航空装备维修保障体系分析

我国航空装备维修思想仍然以定时维修为主，自动化检测技术和自动化维修保障技术尚在研究探索阶段，还没有形成规模，装备维修保障新的模式尚未建立。维修观念与手段需要变革。

装备技术的复杂需要全寿命周期的数据共享，需要突破传统的装备设计、制造、使用、保障体系的束缚，形成完整的技术状态管理的数据链，实现设计模型连续传递，因此需要对装备保障进行全要素、全流程、全寿命周期的策划和实施。

在装备立项和论证阶段，由于没有严格进行维修保障问题的研究论证，在工程研制阶段，缺乏对装备可靠性、维修性等方面的考量，重研制轻保障依然存在。未来需要在方案设计阶段注重可靠性、维修性、可保障性等综合设计。

航空装备自身数字化程度的提高，也加大了维修保障的难度。机电软一体化综合，使维修保障的内涵发生了质变，需要采用智能化的维修保障装备进行快速诊断。维修保障设备配套建设需要整体考虑。

面对新技术，新形势，维修保障人员系统的技术培训问题日益突出。需要积极探索维修保障人才培养的新渠道、新方法，以适应未来战争的特点。

3 对我国新一代航空装备维修保障体系建设的建议

3.1 维修体制上，要加快由三级维修向两级维修转变

新型航空装备都采用了数字化设计制造，装备的数字化程度将大大提高。在维修保障的体制上，三级维修体制已不适合新型航空武器装备保障和使用的要求，迫切需要将三级保障体制转变为二级保障体制：取消中继级维修，其维修任务少部分转移到基层级，大部分转由大修基地或工业部门完成。军地一体、军民融合共同保障成为首选。

实施两级维修体制，需要有3个重要前提。

1）现场可更换单元（LRU）或现场可更换模块（LRM）必须具备高可靠性且价格低廉;

2）故障检测与故障隔离的机内测试（BIT）或机内测试设备（BITE）必须具备高可靠性、性能全面且能避免虚假报警;

3） LRU或LRM应在设计时分块适当、按模块设计，可达性要好且能快速与电路、液压、气动元件等断开。

3.2 维修模式上，由基于定时维修向基于状态的维修转变

基于装备可靠性维修思想，对装备维修进行逻辑决断，制定合理的维修大纲，按维修大纲规定进行保障;同时，基于嵌入式传感器、外部测试或便携式测试设备，以及故障预测和健康管理系统，开展基于状态的维修。在保证设备的可靠性和安全性的前提下，只在出现明显征兆时才进行维修，以最大限度地减少事后维修或预防性（计划）维修。

3.3 维修保障上，由传统的依赖经验保障向自主式保障转变

自主式保障系统通过一个实时更新的信息系统，将任务规划、维修训练和维修保障作业等各种要素集成起来，对武器系统的状态进行实时监控，根据监控结果自主确定合适的维修方案，在装备使用期间预先启动维修任务规划和维修资源调配，在最佳时机进行维修，确保武器平台保持良好的状态。

3.4 维修训练上，由实物维修训练向虚拟维修训练转变

新型航空装备对维修人员的技术水平要求也很高。采用虚拟现实（VR）技術、利用计算机生成的三维交互环境，允许人员通过三维图形、触感、运动感知等方式感受仿真世界并直接操作其中的物体，使受训人员能够处于一种接近真实的操作环境中进行训练。

3.5 维修手段上，由传统的维修工具向智能化的维修手段转变

智能化的维修手段包括智能识别技术和智能移动终端等。例如，采用智能识别技术对装备上诸多的零部件进行定位、有效识别管理，以及对维修过程相关信息进行快速的读写，可使维修的便捷性大大提高。而智能移动终端包括便携式辅助维修设备、手持设备、穿戴式设备等。利用设计、制造工艺产生的轻量化三维数据模型，直接在智能移动终端设备上以三维模型进行维修引导，可提高维修效率和维修质量。在维修过程中，维修人员还可利用移动设备上的应用程序（APP），随时获得所需的信息。

此外，在人工智能、机器人、无人机等技术广泛应用于装备制造业的同时，也在逐步被应用于维修保障领域，如自动检修、自动探伤、评估领域等。

3.6 维修系统上，覆盖全寿命周期的维修保障信息系统建设

以装备全寿命周期保障为目标，由装备研制单位牵头，制定装备全寿命周期管理规则、标准、准入条件、数据交换规则等，打通装备管理、设计、制造、使用、保障涉及的各管理部门、各相关单位之间的网络、信息连接，实现全体系信息化管理，实现数据共享分析，可提升保障效能。