美国国防部在军用飞机商用衍生型发动机上试点使用PMA件和DER修理

任淑霞 邢天宇 孙明/ 中国航空工业发展研究中心 体系评估中心

本文针对美国国防部在部分军用飞机商用衍生型发动机上试点使用PMA 件和DER 修理的情况进行了分析，介绍了在军用飞机发动机上大量使用PMA 件和DER 修理所带来的风险，以及军事部门和民航系统关于PMA 件和DER 修理的审批流程上的差异，为国内这方面的使用提供参考和借鉴。

0 引言

由于伊拉克和阿富汗战争等原因，2001—2014 财年，美国国防部在运营和维护方面的拨款年均增长率为5.9%，超过了同期国防部预算年均4.8%的增速。以美国空军预算为例，与飞机相关的费用占了大部分运营和维护资金，仅飞机发动机的维护费用每年约占30 亿美元。随着冷战结束，美国国防部开始削减预算，从2014—2019 财年，国防部预算每年减少1%，总计减少5%，运营和维护预算更是以每年3%的速度下降，总体降幅为14%。为应对预算削减带来的冲击，美国防部开始学习民用航空领域的先进经验，在部分军机商用衍生型发动机 上试点使用PMA 件 和DER 修理，以有效降低维修成本。

在民用航空领域，航空发动机维修成本一直是航空公司维修成本支出最大的一项，每年全球发动机维修市值约占整个MRO 市场的40%。受人工费用及原始设备制造商（OEM）零部件目录价格不断增高的影响，航空公司面临维修成本上涨的压力日益增大，纷纷在OEM 之外寻找可替代航材供应和维修方案，其中使用PMA 件和DER 修理正在成为越来越多航空公司的选择。据不完全统计，PMA 件比OEM 件可节约成本25%～45%，DER 修理可节约成本高达80%。

美国国防部在其加油机、运输机、指挥控制和通信机队中使用了许多商用衍生型发动机，这些发动机与商用发动机共享通用技术，甚至具有与商用发动机相同的零部件。国防部每年在发动机维护上的花费相当大，其中商用衍生型发动机是维护成本最高的一部分。早在2008 年，美国空军为了控制运营和维护预算就开始尝试在部分军事商用衍生型发动机（如KC-10加油机装配的F103）维护中使用了PMA 件和DER 修理，单次大修成本可节省超过100 万美元，美国防部认为此方法可极大地降低飞机维护运营成本。通过研究美国防部在军机商用衍生型发动机上试点使用PMA 件和DER 修理的成功经验做法，美国防部认为，此方法可极大降低国内装备维修保障费用，实现最优效费比。

1 美国国防部在部分商用衍生型发动机上试点使用PMA 件和DER 修理

为了验证在商用衍生型发动机上使用PMA 件和DER 修理带来的成本节约，美国国防部委托兰德公司空军项目办开展相关研究，对比分析商用衍生型发动机和商用发动机在零部件的通用性、审批程序上的差异以及可能带来的成本节约空间。

兰德公司选择了两款商用衍生型发动机开展案例研究，分别是美国空军使用的CF6-50 发动机和被空军和海军使用的CFM56-2 发动机。CF6-50C2/F103 发动机应用于空军KC-10 飞机，CFM56-2A 发动机用于海军E-6В 飞机，CFM56-2В/F108 发动机用于空军KC-135 和RC-135 飞机（如表1 所示）。这两款商用衍生型发动机库存量大且与商用发动机通用的零部件占比高，服役已有数十年。

2008 年之前，美国空军与OEM 签订的这两款商用衍生型发动机维护合同中不允许使用PMA 件和DER 修理。以F103 维护合同为例，大修费用中约75%用于零件采购，其余25%用于人工成本。从2008 年到2010 年，美国空军批准合同商允许使用PMA 件和DER 修理。经统计，使用PMA 件和DER 修理后，F103 发动机每次大修的成本节省了20%～25%，从2010 年到2013 年共节省了2 亿美元，且航材采购成本占总维修成本比例下降到25%左右，人工成本占总维修成本的75%，实现了很大的成本节约。美国空军对使用PMA 件和DER修理的效果感到满意，并计划在下一份合同商保障合同中继续使用。但相比之下，F108 只是偶尔使用PMA 件和DER修理。

除了能够降低成本外，使用PMA件和DER 修理还能够保证在制造和维修资源减少的情况下，为老旧装备提供备用的部件和维修来源，以维持供应链的稳定性。由于用于军事用途的发动机库存时间比航空公司长得多，随着供应商倒闭或关闭生产线，零部件获取越来越难，而PMA 件和DER 修理可以很好地弥补老旧发动机零部件短缺的风险。

图1 1990-2019 财年国防部用于运营和维护的预算所占百分比

表1 CF6-50 和CFM56-2 发动机在军、民机中的应用

2 在军事用途的飞机发动机上大量使用PMA 件和DER 修理具有一定的风险

考虑到在KC-10 装配的F103 发动机上广泛使用了PMA 件和DER 修理，而在执行相同加油任务的KC-135 装配的F108 发动机上则很少使用，主要原因在于反对者认为在具有军事用途的飞机上大量使用PMA 件和DER 修理可能存在风险。

兰德公司分析了大量使用PMA 件和DER 修理的风险有三类：第一，即使在商业环境中运行，非OEM 件也不如OEM 件质量好，而且更有可能发生故障；第二，OEM 对使用非OEM 件和DER 修理的运营商采取抵制政策；第三，FAA 认证的零部件和DER 修理仅等同于在商业环境中使用的OEM 产品，但在军事用途中无效。

2.1 可靠性差异

尽管FAA 证实了PMA 件的可靠性与OEM 件相同，但还是有很多航空公司认为非OEM 件存在很大的安全风险，可靠性不如OEM 件。尤其是许多较小的航空公司和租赁公司，由于不具备大的航空公司强大的工程技术能力来管理这类部件，更多依靠OEM 专业知识来进行管理，因此不愿意承担使用非OEM 件带来的风险。

2.2 转售或租赁的估值降低

使用PMA 件和DER 修理将导致发动机转售或租赁的估值降低，许多将维修外包的小型航空公司仍禁止使用PMA件和DER 修理。市场上很大一部分发动机是用于租赁的，并且有些公司不希望因安装PMA 件而承担运营责任的风险，因此租赁公司通常不使用PMA 件和DER 修理。

2.3 OEM 对PMA 件和DER 修理的抵制

由于PMA 件和DER 修理的大量使用会直接削减OEM 的收入来源，OEM也采取了直接或间接的抵制策略。直接抵制策略包括：拒绝对使用PMA 件和DER 修理的产品提供保修服务、引入替代件降低成本。2007 年，OEM 正式要求FAA 研究PMA 件和DER 修理是否合规。FAA 研究指出，PMA 件和DER修理应视为原始型号合格证件的互换件，OEM 有责任对其设计的零部件兑现保修。OEM 的另一种直接抵制策略是通过引入替代零件降低成本，从而阻止非OEM 供应商开发PMA 件或DER修理，甚至驱逐他们退出市场。

OEM 采取的间接抵制策略，如提供“按小时”付费服务，这对于没有维护能力的航空公司特别有吸引力。此外，OEM 在零部件升级时采用分配新的零件号并更新图纸等手段，这就使得原PMA 件或DER 修理的批准失效，需要重新报FAA 审批。

2.4 军、民机飞行剖面和运行环境差异带来的风险

图2 美国国防部和商业航空公司供应源审批流程

美国军事服务部门不愿意使用PMA 件和DER 修理的一个主要原因是商用飞机与军用加油机的飞行剖面存在差异。一般来说，在零部件通用程度高且故障模式基本相同的情况下，军、民机飞行剖面的差异确实会导致故障率的增加。但通过研究发现，商业飞行的剖面为起飞、爬升、巡航、下降和进近着陆，而军事加油机的飞行剖面为起飞爬升到达操作高度后，在指定点徘徊并加油，最后飞回到指定基地，二者运行剖面基本相同，并没有显著性差异。因此，以飞行剖面不同为理由限制使用PMA 件和DER 修理是不合理的。此外，美国空军已经在KC-10 加油机装配的F103商用衍生型发动机上广泛使用了PMA件和DER 修理；另一方面，商用衍生型发动机中用于军事用途的重要零部件编号与商业飞机类似的零部件编号是不同的，与商业飞机发动机上拥有相同编号的零部件适用于任何运行环境。

由于商业航空和军事飞行在飞行小时数、起飞推力设置和运行环境上存在差异，美国国防部要求进行大量的测试来证明PMA 件和DER 修理能够符合军机飞行剖面和运行环境的要求，这也造成了非OEM 厂商进入国防部市场是非常困难的。其一，飞行小时数的差异，商业飞行的飞行时间更长；其二，起飞推力设置差异，军机设置的起飞推力更大，发动机磨损更严重，但发动机的运行接近其设计包线运行会导致零部件故障的频率，而非故障模式；其三，军机与民机的运行环境不同，军机在战斗环境中运行，例如在沙漠中聚积的沙子和灰尘会导致发动机零部件的腐蚀和磨损，运行环境可能导致发动机零部件的故障模式不同。

3 军方和民航局关于PMA 件和DER 修理的审批流程存在差异

美国空军采用供应源审批SAR 流程对非OEM、主承包商或主要子系统承包商提供的零部件替代供应或维修源的方式进行监管。通过将美国空军发动机零部件供应SAR 流程与美国主要商业航空公司相应处理过程进行比较，可以看出两者存在的差异。差异程度均按绿色，黄色和红色进行标示，其中红色表示处理流程在两者之间的差异最大，其次是黄色，绿色代表差异最小。从图2 可以看出，两者在构型管理上差异最小，在审查数据包上差异最大。

3.1 识别可替换备件和供应源

航空公司首先挑选出最有可能带来显著成本效益的部件，然后在FAA 批准的PMA 件清单中检查这些部件，以获得快速、低风险的成本节约机会。此外，还考虑了其他可能限制替代来源批准的因素，如出租人协议、转售价值降低、OEM 策略、飞机退役和供应商投资等。

与航空公司不同，国防部挑选可替换备件和供应源时最关注的不是成本效益，而是是否拥有其技术数据。拥有飞机和系统的技术数据，可以允许国防部向其他替代源提供零部件图纸和制造说明书。

3.2 参与基地供应

在与供应商进行互动时，国防部和商业航空公司主要区别在于与潜在供应商的互动程度。相比而言，商业航空公司与潜在供应商的互动程度更高。一方面，航空公司通过确定的零部件清单和预计用途征求供应商的意向。另一方面，供应商通常需要航空公司提供更多的数据对其进行评估，还需要经常访问技术手册，以了解相邻和更高级别的部件功能。此外，还要开发可行的业务案例，以确保收回投资和利润。

3.3 审查数据包

商业航空公司的审查过程是由经过专业培训的工程师来进行，他们具备机械、航空航天、材料和冶金背景；而国防部审查数据包往往更依赖OEM支持。这是由于军方发动机维护工程师往往缺乏培训和经验，无法像商业航空公司那样对非OEM 件和维修进行独立评估。美国空军中确实也有拥有这种技能的工程师，但他们更多在采办或研究机构中工作，而不是在维修部门。

3.4 构型管理

在批准替换件和供应源时，商业航空公司还必须评估和规划构型变更带来的影响，这涉及到FAA 安全要求和航空公司安全标准。PMA 件经批准后，必须更新零部件清单，更改维护手册，对供应系统进行再调整。这些构型管理活动都是需要花费成本的。近年来，航空公司已经应用了精益化管理不断简化构型变更流程，以引入PMA 件和DER修理。

3.5 监控

一旦替换件被批准并在系统中对变更影响进行说明，就可以采购新的部件。当新的零部件进入供应系统，商业航空公司和国防部就会跟踪零部件的质量。国防部采用产品质量缺陷报告(PQDR)系统来跟踪替换件的质量问题。主要的商业航空公司报告称，他们已经批准了1500 多个PMA 件和DER 修理，并且只发现了一些小问题,但每年可为航空公司节省了数千万美元。

4 小结

美国国防部将民航领域PMA 件和DER 修理的“降本增效”成功经验应用到航空维修领域，体现了其军民融合理念，即民航的技术和模式同样可以帮助军事部门降低成本。之所以美国国防部能取得试点成功，得益于美军具备试点推广应用的基础。

一是美国国防部具备推行PMA 件和DER 修理的技术前提。美国国防部拥有大量的商用衍生型发动机。据不完全统计，美国军事部门库存中超过9000种商用衍生型发动机，大部分加油机和运输机商用衍生型发动机经历了军改民、民再改军的改进过程，军民零部件具有很大程度的通用性，这也使得在军用发动机上推行民航PMA 件和DER 修理成为可能。

二是构建了军民统一的零部件编码体系。这是全军甚至北约和盟国统一的编码标准体系，通过将某型商用衍生发动机上所有NIIN 零件号与PMA 数据库中可替换的OEM 零件号进行比较，有助于快速高效地寻找适合应用PMA 件和DER 修理的军用发动机零部件。

三是建立了维修数据共享机制。军方通过监控发动机运行维护的成本、趋势和指标，根据民航经验对趋势进行基准测试，并将这些数据提供给发动机供应链管理、项目管理和工程维护的相关人员。

但美国国防部在试点推广中也暴露出一些亟待解决的深层次问题。例如，缺乏专业的工程团队评估PMA 件和DER 修理风险、针对可能存在风险的PMA 件和DER 修理缺乏相应的流程对其进行监控等、应用PMA 件和DER修理可能出现的质量可靠性和OEM 抵制等。此外，还需要考虑军事运行环境和民航的差异性，这需要对PMA 件和DER 修理进行更长时间的评估。

但随着上述问题的逐步解决，PMA件和DER 修理在民航领域的成功经验将被越来越多的应用到商用衍生型发动机上，在保持可靠性和安全性的前提下，可以显著降低维修成本。这对国内军用飞机发动机具有一定的参考。但受制于国内军用飞机发动机应用PMA 件和DER 修理的生态环境尚不健全（如缺乏统一的物资编码体系、维修数据信息无法共享、航空装备不具备很好的军民衍生性等），当前还不具备广泛推广应用的基础，需要审慎考虑PMA 件和DER修理在航空装备维修中的应用，可以借鉴其思想理念而不能简单照搬。前期可考虑在一些具有军民衍生背景的航空装备中尝试开展PMA 件和DER 修理，积累一些技术和管理上的经验，为后续条件成熟时推广应用做好准备。