民用航空器航线可更换单元规划研究

徐鹏 纪书雅 李飞飞

摘要：从民用航空器的使用经济性角度出发，分析维修成本对直接运营成本的影响，研究合理的民用航空器修理级别分析评价指标体系，确定能够对修理级别备选方案进行评价的民用航空器修理级别评价指标权重。结合民用航空器全寿命周期成本研发技术，依托维修性并行设计的协同工作模式，分析民用航空器研制各阶段开展维修性设计的具体环节与相应工作，研究民用航空器航线可更换单元划分技术以有效降低维修成本与航材库存成本。

关键词：民用航空器；直接运营成本；航线可更换单元；综合后勤保障；产品全寿命周期理论

随着全球经济的蓬勃与稳定发展，国际航空运输业已经进入了持续、快速增长时期。我国航空运输业也将迅猛发展，旅客流量和飞机总量将不断增加。广阔的市场空间给我国民用航空器制造业带来了良好的发展机遇。然而由于历史原因，我国民用航空器的研制水平与欧美等发达国家相比具有很大差距，以波音、空客为代表的国外飞机制造商无论是技术、服务还是经验上都比国内强上许多。如何能够在新的市场环境下抓住机遇、增强自身竞争力、并且占领市场就成为我国民用航空器制造业第一个要解决的重要课题。“顾客就是上帝”，民用航空器制造业要提高竞争力、占领市场，首先必须在满足客户需求方面要有所突破。根据调查显示，影响民用航空器客户（主要是航空公司）满意度的因素有飞机性能、可靠性、维修性、经济性、舒适性等十余种，其中排在第一位的是经济性因素。航空公司非常关心国产飞机投入使用之后成本是否可以接受，以及使用国产飞机是否可以帮助企业增加利润。因此，提高民用航空器的使用经济性就成为民用航空器制造业赢得客户、获得市场份额的第一步。

对于民用航空器的使用经济性，国际上主要是以直接运营成本（Direct OperatingCost，简称DOC）来评价的。直接运营成本通常划分为所有权成本（包括利息或租金、折旧费、保险费）、机组成本、燃油和滑油成本、维修成本以及其它成本（包括着陆、导航成本等）五项。在这五项成本中，维修成本是最为突出的一个部分，也是航空公司最为关注的一个部分。

我国民用航空器制造业的发展始于军用航空器，在维修成本方面的研究成果主要以军用航空器和军用装备为主，在民用航空器方面涉及不多，即使涉及到了也没有进行更加深入的专项研究。航空公司虽然对维修成本研究的相对较多一些，但多从本企业的角度出发，寻求从技术和管理方面控制维修成本的方法，并没有涉及到飞机本体。所以，国内对于如何从整体上把握维修成本问题还没有一个成熟的观念，对于如何从飞机全寿命的角度考虑维修成本的控制与分析问题也没有一套成熟的方法。国产民用航空器的使用过程中逐渐暴露出航线可更换单元（航线可更换单元）定义不清晰、划分不合理和标准不统一等问题。

一、维修成本与航线可更换单元

（一）维修成本的特点

民用航空器维修成本在直接运营成本所占的比例比较大。根据航程的不同，飞机维修成本能够达到DOC的10%-20%；在飞机平均20年的寿命期内，所花费维修成本的总量能够达到飞机购买价格的50%-120%。在直接运营五项成本中，所有权成本和其它成本在飞机运营以后变为固定成本，燃油和滑油成本受价格的影响是不易控制的，机组成本受培训成本和人才市场的制约也较难控制，只有维修成本通过合理的设计优化和使用优化，可以获得较大的节省空间。影响维修成本的因素非常多，其中有与设计有关的、有与维修有关的，还有与使用有关的，它的高低能够综合体现飞机的设计水平和制造厂家的客户服务水平。因此，航空公司在选择飞机时，不仅对DOC有所顾虑，对维修成本还有更高的要求。国外成功的飞机制造商和发动机制造商也都将降低维修成本作为提高产品使用经济性一个必要环节，并将相对较低的维修成本作为产品市场宣传的一个重要卖点。

（二）维修成本的构成

维修成本是直接维修成本与间接维修成本的和。直接维修成本是指在完成飞机或设备维修中直接花费的人工时和材料的费用；间接维修成本是指在维修管理业务、航线航站维修保养、行政管理、记录管理、监督检查、工艺装备、检测设备、维修设施等方面花费的间接费用。在维修成本中，直接维修成本与飞机的设计和使用关系都非常大，而间接维修成本则主要受航空公司管理水平的影响，即使相同的飞机，不同航空公司之间间接维修成本相差可能会很远。因此航空界对维修成本进行分析和比较时，主要以直接维修成本为主，间接维修成本则看作直接维修成本的倍数。根据航空公司管理水平的不同，这个倍数在50%-200%之间。

按照维修活动，直接维修成本可以分为原位维修的成本和离位维修的成本。原位维修是指计划性维修中的一般目视检查、详细目视检查以及对时控件和发生故障的零部件所进行的测试、拆卸、更换和修理等维修工作。原位维修成本包括：航线维修成本、A检维修成本、C检维修成本、结构检维修成本和其它定检维修成本。离位维修是指在车间内，对零部件或发动机进行的测试、修理和翻修工作。离位维修成本包括部附件修理成本和发动机修理成本。

（三）航线可更换单元

按照中国民航适航管理规定：民用航空器和/或航空器部件的维修工作分类为：校验、改装、修理、翻修、航线维修、定期维修。习惯上，把前四类通称为内场维修，而把航线维修（包括航前、航后和短停）及部分可在停機坪进行的定期检修，通称为外场维修，也就是上文所述的原位维修。现代航线维修涵盖外场维修的内容，不单纯指航线维修，它包容了航线维修及检查等内容。民用航空器营运期间最直接的维修活动便是航线维修，同时也成为基础的维修活动。航线维修的科学规划，对保障航空器正点正常运营、及时掌握航空器及其部件技术参数的变化、保证恢复航空器固有可靠性、保持航空器持续适航、航空公司营运人的运营安全和效益都有极大影响。航线可更换单元（航线可更换单元）的设计，使得民用航空器可以在故障后，通过快速更换故障零部件进行维修，缩短了飞机的停场时间，降低了民用航空器的维修成本，提高了飞机的运经济性。

有研究表明，民用航空器70%的维修成本是在研制阶段决定的。研制过程中，不同的飞机制造者具有不同的技术背景，优秀的飞机制造者往往根据先前的经验和教训在新型飞机中采用新材料、新工艺和新技术，这必然带来不同飞机之间维修成本的不同。民用航空器航线可更换单元的确定主要决于设计和生产，其对应于某一维修级别。

二、全寿命周期设计与维修性并行设计

（一）全寿命周期设计

近些年来，民用航空器复杂程度日益提高，使用部门对民用航空器的性能要求越来越高，同时又希望保障其正常运行的运营费用尽可能地小。这种趋势就要求民用航空器制造商逐步开展对飞机的全寿命周期费用的研究。民用航空器的全寿命周期指从其需求分析、项目可行性论证、方案论证、工程研制、生产制造、使用和产品支援以及到寿命后的报废处置整个从项目产生到终结的全过程。全寿命周期成本的分析结果可以帮助设计人员在设计早期便可针对经济性较差的部分进行修改，从而降低飞机的全寿命成本，提高其在市场上的竞争力。

欧洲航空航天与国防工业协会联合AIA和美国国防部发布了S系列综合保障标准包含S1000D《使用公共源数据库的技术出版物国际规范》、S2000M《物料管理国际规范一军用装备综合数据处理》、S3000L《保障性分析国际程序规范》、S4000P《预防性维修制定和持续改进国际规范》、S5000F《使用和维修数据反馈国际规范》等标准，覆盖了产品全寿命周期的各个领域。民用航空器全寿命周期设计技术在我国的研究起步较晚，国内民用航空器制造业尚未采用。

民用航空器全寿命周期设计要求在设计阶段就应考虑使用、维护和保障要求，这样意味着在设计阶段就应采取合理的航线可更换单元划分，以期降低全寿命周期内的成本，提高民用航空器的经济性、维修性和保障性等设计指标。这些工作正好可以采用S系列综合保障标准开展，提高民用航空器综合保障工作的标准化和信息化水平，构建统一、高效和经济的民用航空器服务和保障生态体系。

（二）维修性并行设计

并行设计属于设计理论和方法学的范畴，作为一种设计“哲理”，并行设计在考虑市场需求、制造、装配、维护、环境保护等因素的基础上，以集成与并行的方式来设计产品。将维修性设计纳入并行工程的框架体系，集成与产品维修性相关的各种信息，并行地、集成地开展维修性设计工作是维修性设计的发展趋势。据公理化设计理论的四个域，可将产品的维修性设计过程划分为维修性需求分析、确定维修性要求、系统维修性分析、维修性属性设计与维修性试验评定相应的四个部分。维修性设计的主要工作集中在维修性要求确定、系统维修性分析、维修性属性设计与验证三个阶段。维修性并行设计强调维修性设计各环节的并行，但是不能够违反产品设计过程必要的逻辑顺序和规律，不能取消或越过任何一个必经的阶段，而是在充分细分各种活动的基础上，找出各活动之间的逻辑关系，将满足条件的设计活动进行并行与交叉。维修性并行设计需要研制、生产制造、使用维护等纵向过程各阶段以及产品的性能、可靠性、维修性，产品支援、安全性等横向领域各方面的专家与技术员的协调合作，充分发挥各阶段各领域的专门知识。

三、航线可更换单元划分

（一）航线可更換单元

航线可更换单元是航空器上的一种模块化组件。一个航线可更换单元通常是一个密封装置，如动力转换组件或其它电子和辅助设备，把一些功能相关的部件封装起来并满足某种接口标准，目的是可在工作现场便捷地更换出现故障的航线可更换单元，以提高飞机维修的效率、便捷性和经济性民用航空器出于商业运营的需要对维修时间和效率提出了严格要求，维修性这一产品设计特性对飞机这类复杂设备的设计尤为重要。民用航空器维修涉及航材的90%左右在最初就被设计成航线可更换单元，部分航线可更换单元还内嵌了自测试系统，通过输入输出参数相连构成机载系统，各系统相互协作工作共同完成飞机功能。航线可更换单元是飞机维修的基本组成单元，航线可更换单元划分是否合理直接决定了民用航空器在产品全寿命周期中的成本。

（三）划分研究

作为设计对象的民用航空器具有高度的层次结构，由机体平台、动力系统、机载设备、控制系统等构成。采用面向系统设计的方法，将民用航空器设计过程分为若干阶段，将民用航空器可划分成子系统和各部件，在充分考虑影响系统完成任务和达到指定目标的所有因素的基础上对系统进行研究，开发民用航空器航线可更换单元划分技术，使用该技术确定民用航空器航线可更换单元，应能有效降低维修成本与航材库存成本。使用采用系统工程理论分析航线可更换单元划分如何在设计研制阶段影响产品技术指标。以虚拟环境下的民机产品数字样机为对象，基于维修过程虚拟仿真，开展维修性评价理论与方法研究，以便于在方案设计与工程研制阶段就能对设计方案进行维修性定量评定与定性分析，及早发现维修性设计的缺陷，提出改进措施，提高产品维修性水平。

四、结论

根据对民用航空器成本方面研究现状的分析以及标准行业建立的情况介绍，可以看到在民用航空器研制阶段开展航线可维修单元划分研究是非常必要的，也是非常紧迫的。建立合理的民用航空器航线可更换单元划分不仅能够降低飞机的全寿命周期成本，而且能够提高飞机的市场竞争力，是现代飞机制造者和使用者都必须掌握的一项重要技术。