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66 航空维修与工程 AVIATION MAINTENANCE & ENGINEERING 2010/2 陈 磊1 冯振宇1 董艇舰1 梁小丽2/1 中国民航大学 2 国航股份工程技术分公司 飞机系统老龄化评估方法初探 近 年来，飞机老龄化及其对安全的 影响引起了各国政府、航空工业 和运输等部门的高度重视。由美国航空 航天学会(AIAA)、美国航空运输协会 (ATA)、美国联邦航空局(FAA)、美国 航空航天局(NASA)、飞机制造商和航 空公司等单位的代表组成的FAA政策咨 询委员会提出了老龄系统应关注的若干 问题，如机队状况评估、维修准则的改 进、导线维修方法的评估与升级、检查 与维修训练大纲的评估等。其中对机队 状况的评估，特别是对系统老龄化情况 严重机队的状态监控和健康评估是研究 的重点。评估的原则是以数据分析为基 础，评估的对象不仅包括机队中大机龄 飞机，还包括大修飞机、停场飞机和机 龄较小的飞机。 本文结合中国民航的实际情况， 分析了国内外本领域的文献资料和研究 成果，建立了一种五步一体的飞机系统 老龄化评估方法，如图 1 所示。 机队选择 确定待评估机队是研究飞机系统 老龄化评估方法的首要任务，是得出 正确、合理的具有广泛适用性结论的 前提。 Exploration of the Assessment Method on System Performance of Aging Aircraft 通过对历史数据的分析，建立了机队选择、系统选择、方案 确定、数据收集、执行评估五步一体的飞机系统老龄化评估方 法，并应用该方法对中国民航老龄机队系统性能状况进行了实例 评估。 . 机队选择标准 (1) 现行民用运输机，特别是 100 座以上的大型民用运输机，其原始设计 可靠性要求一般远大于军用飞机和通用 飞机。因此，优先选择对这类飞机进行 研究更有意义。 (2) 数量众多、应用广泛的机型会 带来不同气候条件、人员条件和地域条 件下丰富多样的数据信息，基于这些数 据信息的研究结论更有说服力。 (3) 对一种机型的长时间使用和维 护，会积累更多的初始数据信息，而且 研究方法会更合理，研究结论会更可 靠，因此在研究系统性能和机龄的变化 关系中非常重要。 . 中国民航老龄机队选择实例 波 音 737-300 飞 机 是 一 种 双 发 喷气式中型客机，主要用于中短程飞 行，可载客 130 人左右，是我国现行 民用运输类飞机中使用最多的机型。截 至 2008 年 7 月，中国民航在役波音 737-300 飞机有 148 架，平均机龄为 13.7 年。其中机龄大于 20 年的飞机 11 架，占机队总数 7.4%；机龄 10 15 年的飞机 73 架，占机队总数 49%，如 图 2 所示。 由此可以看出，波音 737-300 机 队老龄化现状及发展趋势十分严峻。对 我国波音 737-300 飞机进行系统老龄 图 1 飞机系统老龄化评估方法流程图 基于数据分析选择老龄化 情况严重的某典型机队 基于可靠性数据多角 度、多层次的评估方法 结论的工程符合性 验证，措施的提出 机队选择 系统选择 方案确定 数据收集 执行评估 基于SDR数据库 选择高安全风险系统 进行研究 数据真实性、完整 性、逻辑性验证，数 据的挖掘 管 理 MANAGEMENT 万方数据 67 AVIATION MAINTENANCE & ENGINEERING 2010/2 航空维修与工程 图 3 中国民航波音 737-300 飞机 SDR 数量前 8 名章节 400 300 200 100 SDR数量 448 322 290 280 260 138 133 115 起落架-32 导航-34 飞行操纵-27 发动机-72 空调-21 电源-24 门-52 液压-29 化评估非常必要。 系统选择 美国航空运输协会联同国际各大飞 机、发动机和机载设备制造商及航空公 司共同制定了航空产品技术资料编写规 范 ATA100。它按功能对飞机系统进行 了划分，相同机型的不同系统对飞行安 其中 MTBM 是平均维修间隔时间， QMTBM是 MTBM 的权重；MH 是维修 工时，QMH是 MH 的权重。 (3) 工程实际中保证飞机安全运营 是一项全方位的工作，因此要提高工程 洞察力，不能错过每一个降低老龄飞机 系统安全风险的机会。 . 波音 77-00 机队系统选择实 例 选择确定评估系统的第一种方法， 统 计 中 国 民 航 波 音 737-300 型 飞 机 1994 2007 年 SDR 数量前 8 名章节， 如图 3 所示。所以优先选择 ATA32 起 落架、ATA34 导航、ATA27 飞行操纵、 ATA21 空调、ATA24 电源和 ATA29 液 压进行研究。 方案确定 方案确定是飞机系统老龄化评估 方法研究的核心内容，不同的数据信息 反应了飞机的不同状态，对系统的评 估应选择多角度、多层面的分析方法。 本文选择了不确定层次分析方法，以 MSG-3 系统逻辑决断图和航空公司维 修大纲为基础，建立飞机系统老龄化评 价指标体系，如图 4 所示。 该评价指标体系定义目标值系统 故障指数，从对故障数据的分类分析完 成对系统性能的评估。此系统故障指数 综合考虑故障对安全性、故障的可维修 性以及维修对经济性的影响，将飞机系 统老龄化分为两层 11 个子模块进行评 估。 (1) 故障安全性 简称 S 项，代 表影响飞行安全或对飞行安全带来隐 患的一类性能参数，从非正常返回率、 MRB 安全性、MEL 安全性、非例行检 查重大故障四方面进行评估。 (2) 故障维修性 简称 M 项，指从 故障维修结果的角度衡量对故障发生进 行维修的难易程度的一类性能参数，从 延误 / 取消率、故障保留率、机组重复 全和经济性的影响指数不同，不同机型 的相同系统对该型飞机的飞行安全和经 济性的影响指数也不同。 因此，对飞机系统老龄化的评估要 重点突出，选择对飞行安全和维修负 担影响较大的某型飞机系统进行研究， FAA 提出了三种系统选择的方法。 . 系统选择标准 (1) 系统事故数据越多代表该系统 带来的航空安全隐患越大，FAA 提出 基于国家运输安全委员会 (NTSB) 事故 数据库，使用困难报告 (SDR) 数据库 等，选择对航空安全隐患最大的几个系 统，过滤数据系统，去除干扰信息后进 行分析。 (2) 对当前维修影响较大的系统进 行研究，并提出维修负担的评价公式： 维 修 负 担 = MTBMQMTBM+MHQMH， 图 4 飞机系统老龄化评价指标体系 系统故障指数 非 正 常 返 回 率 故障维修性（M）故障经济性（E） (S1) 故障安全性（S） MRB安全性(S2) MEL安全性(S3) 非例行检查重大故障(S4) 延误/取消率(M1) 故障保留率(M2) 机组重复报告率(M3) 非计划停场百日率(M4) 维修方式(E1) 维修工时(E2) 总延误时间(E3) 1520 年 30%510年 12% 20年以上 7.4% 05年 1.3% 1015年 49.3% 图2 中国民航在役波音737-300型 飞机机龄分布 万方数据 6 航空维修与工程 AVIATION MAINTENANCE & ENGINEERING 2010/2 报告率、非计划停场百日率四方面进行 评估。 (3) 维修经济性 简称 E 项，代表 影响航空公司经济利益，增加航空公司 成本支出或降低运营收入的一类性能参 数，从维修方式、维修工时、总延误时 间三方面进行评估。 数据收集与分析 可靠性数据是指在各项可靠性工 作及活动中所产生的描述产品可靠性水 平及状况的各种数据。收集机队的可靠 性数据是为了在飞机的经济寿命期内有 效地利用数据，为改进飞机的设计和生 产提供信息，为管理者提供决策依据， 为保证飞机的可靠性服务。飞机可靠性 数据包括试验数据和现场数据，本文所 指的飞机可靠性数据均为现场数据。可 靠性数据本身的质量对飞机系统老龄化 评估结果具有决定性的影响，对老龄机 队系统性能研究的本质就是对机队可靠 性数据的研究。 某航空公司波音 737-300 机队可 靠性数据包括机组报告、地面报告、飞 行不正常事件、飞机停场数据、飞机营 运数据和机队信息，这些数据都是一线 维护人员对飞机故障发生的初始记录， 在此暂且称为初始可靠性数据。由于该 数据具有真实性、连续性、随机性、不 完整性和表面性的特点，直接使用并做 出的统计决断是不全面的，因此评估前 需要对初始可靠性数据进行验证和挖 掘。 本文选择 SQL Server 2000 作为平 台，对验证和挖掘后的数据建立飞机系 统老龄化评估数据库，该数据库包括机 组报告表、地面报告表、飞行不正常事 件表、航空器信息表、航空器运行信息 表和航空器停场信息表。 执行评估 执行对老龄飞机系统性能的评估 10 8 6 4 2 0 故障指数 15 12 9 6 3 0 故障指数机组报告率 CA37 CA36 CA06 CA04 CA26 CA21 CA29 CA09 CA11 CA16 CA34 CA30 CA23 CA24 CA28 CA38 CA32 CA15 CA07 CA12 CA25 CA05 CA08 CA27 CA10 CA35 CA20 CA31 CA01 CA19 CA22 CA03 CA33 CA18 CA13 CA14 CA02 CA17 机组报告率 ATA21 空调 图 5 空调系统故障指数和机组报告率分析图 从实现方式、结果验证、决策研究三方 面实现。 . 实现方式 图形具有直观清晰的特点，本文 前台使用 Visual Basic 编程语言，后台 使用 SQL Server 2000 数据库编制是基 于客户端 / 服务器（简称 C/S）构架的 飞机系统老龄化评价系统。 . 结果验证 机组报告率是飞机系统性能状况 的晴雨表，用机组报告率对评估结果 进行验证，结论将更有说服力。如图 5 所示，某航空公司波音 737-300 机队 空调系统故障指数从大到小排序后，空 调系统故障指数总体变化趋势与机组 报告率总体变化趋势基本一致，因此， 应用该模型对该机队空调系统的分析 符合工程实际。 . 决策研究 决策的提出还要综合维修、运行 和管理等诸多因素，是一个多部门协调 统一的过程。 从图 5 可知，CA37、CA36 和 CA06 三架飞机空调系统的故障指数最大，分 别 为 8.3、6.6 和 6.0； 其 中，CA37 飞 机在这段时间内发生更换、报废空调 系统部件 58 次，并且在 2006 年 7 月 31 日和 2007 年 3 月 24 日两次发生由 于空调系统故障造成飞机返航的事件， 严重影响了航空公司的经济利益和飞 行安全。因此，对空调系统简单的统 计机组报告率的做法是片面的，对空 调系统故障指数的分析更能揭示问题 的本质。 图 6 是空调系统故障指数随日历时 间变化关系。从中可以看出，空调系统 的故障指数集中在 4 8 月之间，其故 障指数按季节变化显著，夏季是空调系 统故障高发季节， 冬季则故障相对较少。 另选研究对象，可以建立系统故 障指数随飞行小时变化趋势图以及系统 故障指数随飞行循环变化关系趋势图。 根据待评估系统的特点，选择适当的比 较图和趋势图，结合当前维修、运行、 管理等诸多因素，为管理层提供科学的 决策依据。 10 8 6 4 2 0 故障指数 ATA21 空调 05.12 06.01 06.02 06.03 06.04 06.05 0.606 06.07 06.08 06.09 06.10 06.11 06.12 07.01 07.02 07.03 07.04 07.05 07.06 图 6 空调系统故障指数趋势图（按日历时间变化） 管 理 MANAGEMENT 万方数据 69 AVIATION MAINTENANCE & ENGINEERING 2010/2 航空维修与工程 结束语 本文提出了机队选择、系统选择、 方案确定、数据收集、执行评估五步 一体的飞机系统老龄化评估方法，其每 一个评估步骤的执行都以对客观数据分 析为基础，而且步步相扣，因此，该评 估方法具有客观性和动态性相结合的 特点。应用该方法对某航空公司波音 737-300 机队空调系统的研究结果表 明，该评估方法合理有效，可为我国今 后飞机系统老龄化评估理论和评估方法 的研究提供参考。 参考文献 1 Federal Aviation Administra -tion. 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