（管理科学与工程专业论文）基于维修理论基础上的航材需求预测方法研究.pdf

南京航空航天大学硕士学位论文 摘要 本文将航空公司航空器材作为研究对象，应用以可靠性为中心的维修理论和计算 方法等基础理论，建立了各类航材需求预测的基本模型。 以维修理论知识为基础，根据航材需求的特点将航材作了重新分类，克服了传 统航材分类的不科学性，不合理性，为航材需求的科学预测奠定了基础。 利用维修理论的知识，对航材的需求周期进行了初步的预测。通过对航材需求规 律的分析，建立了泊松需求预测模型。在此基础上，根据各类航材的特点，分别建立 了各自的需求预测模型。 通过具体案例来说明航材需求预测模型在实际当中的应用。 毒苯亭；泊松流。 f 基于维修理论基础上的航材需求预测方法研究 a b s t r a c t t h i sd i s s e r t a t i o nt a k e sa i r c r a f ts p a r ep a r ta si t so b j e c to ft r e a t m e n t b a s i n gi t s e l f o n r e l i a b i l i t y c e n t e r e dm a i n t e n a n c e ( r c m ) a n dc a l c u l a t i o n a lm e t h o d st h e o r y , i t e s t a b l i s h e st h ea i r c r a f ts p a r ep a r td e m a n d p r o g n o s t i c a t i n gm o d e l o fe a c hs o r t i ts o r t st h ea i r c r a f ts p a r ep a r ta g a i nb a s eo ni t sc h a r a c t e r i tg e t sr i do ft h ef a u l t o ft h et r a d i t i o n a lm e t h o dt h a ti sn o ts c i e n t i f i ca n dn or e a s o n a b l e i ti st h eb a s eo ft h e a i r c r a f ts p a r ep a r td e m a n d p r o g n o s t i c a t i o n i t p r o g n o s t i c a t e s t h e p e r i o d i c d e m a n d so ft h ea i r c r a f t s p a r ep a r t t h e e s t a b l i s h m e n to fp o i s s o nd e m a n dp r o g n o s t i c a t i n gm o d e lb a s e so nt h ea n a l y s i so ft h e r e g u l a r i t y o ft h ea i r c r a f t s p a r ep a r t e a c hm o d e l i so nt h ea i r c r a f t s p a r ep a r t r e s p e c t i v e l y t h e u s a g e o fe a c hm o d e li sp r e s e n t e db yi t st y p i c a lc a s e k e yw o r d s ：a i r c r a f ts p a r ep a r t , i n v e n t o r yc o n t r o l , d e m a n dp r o g n o s t i c a t i o n ，f a i l u r e r a t e ，d e m a n dr a t e ，p o i s s o nf l o w 2 南京航空航天大学硕士学位论文 日看 随着社会经济的发展，航空运输在国民经济中的地位日益提高由于其舒适、快 捷的特性，越来越多地成为人们外出选择的交通工具。但是，近几年民航业却出现了 经济效益滑坡的现象，引起了各大航空公司的高度重视。其除了在营销手段上作文章 外，越来越注意到控制飞机的维修成本的重要性，控制维修成本的关键在于航材成本 的控制。而我国的各大航空公司在航材管理方面缺乏主动性，因此造成航材储备资金 居高不下，成本过高而影响经济效益。因此西北航空公司与我院合作，立题研究控制 航材成本的有效对策。 航材储备是一个迫切需要解决的问题这是因为航材作为一种特殊的产品，运用 一般的需求预测理论是无法对其进行需求预测的。所以航空公司普遍存在着航材库存 量偏高的现象，多余的库存量占用着大量的资金，降低了流动资金的周转速度。目前 据统计。全国航材总库存占有资金为一百多亿，占流动资金的3 0 一4 0 左右，严重 影响了航空公司的经济效益。 我在宁宣熙、吴桐水两位导师的指导下，参与了课题中的一部分：“基于维修理 论基础上的航材需求预测方法研究”，旨在对航材的需求预测方法进行初步的探索， 进而建立一种较为实用的预测模型。本论文是在对西北航空公司以及国内其它一些航 空公司大量调研的基础上，通过对目前我国航材管理现状的分析，运用以可靠性为中 心的维修理论对航材的需求进行科学的预测，是在预测领域的新尝试，是对航材实行 高效管理的有效方式。 航材管理是物资管理中最为复杂的一个领域，而航材需求预测是航材管理中非常 重要的环节。对航材实行有效的库存控制首要的前提就是对航材的需求进行科学的预 测。长期以来，我国民航内部只是根据传统的航材分类和经验来对航材的需求进行估 计，没有一个科学的预测方法。随着越来越激烈的市场竞争和w t o 的加入，民航业 会越来越注重对航材需求预测方法的研究。本论文就是关于怎样对航材进行重新分 类进而对各类航材建立相应的需求预测模型。 论文的第一章就课题的背景进行了阐述，分析了国内外航空公司航材管理的现状 及发展趋势；第二章介绍了航材需求预测所用到的维修理论知识、基本概念及公式； 第三章介绍了航材的基本知识及传统航材的分类，并指出了传统分类的缺陷，进而利 用故障率曲线对航材进行重新分类，并且给出各类航材的故障率函数算法：第四章确 定了航材的需求周期及需求周期时刻的需求量，并针对非需求周期时刻的特点建立了 泊松需求模型；最后，根据各类航材需求特点的不同，分别建立了相应的需求预测模 型：第五章是具体的应用案例分析，以实例来说明以可靠性为中心的维修理论在航材 需求预测中的应用。 通过以可靠性为中心的维修理论在航材需求预测中的应用使得航材的需求预测 由被动变为主动，真正做到了的按需供应，从而对航材进行有效的库存控制。 基于维修理论基础上的航材需求预测方法研究 第一章课题背景分析 1 1 航空运输在我国国民经济中的地位及作用 随着我国综合国力的增强及人民生活水平的日益提高，飞机越来越多的成为人们 外出选择的交通工具。我国的民航事业是1 9 4 9 年创建的，经过5 0 多年的不懈努力， 中国民航发展迅速，取得了举世瞩目的成就在国民经济中的作用也日益加强。其辉 煌的业绩主要表现在以下几方面： 一、航空运输发展迅速 初创时期的中国民航规模很小，基础薄弱，仅有1 2 架小型飞机。直到8 0 年代初 期邓小平同志提出中国要改革开放，航空运输才进入持续快速发展时期。2 0 0 0 年航 空运输总周转量达到1 2 l 亿吨公里，旅客运输量6 7 2 7 万人，货邮运输量1 9 5 万吨。 在1 9 7 8 年改革开放后的2 2 年里总周转量、旅客运输量和货物运输量年均增长速度 分别达到1 8 5 、1 6 8 和1 6 9 。我国航空运输平均增长速度高出世界平均水平两 倍多。我国运输总周转量在国际民航组织缔约国中的排列位次，由1 9 7 8 年的第3 7 位上升至1 9 9 9 年的第9 位旅客运输周转量由第3 3 位上升至第6 位( 以上均未包括 港澳民用航空运输量) 。 二、运输网络不断扩大 截至2 0 0 0 年底，定期航班航线达到11 2 0 条，通航里程2 1 8 万公里。其中国内航 线( 包括香港、澳门航线) 9 9 0 条，通航1 3 7 个城市，现已基本形成咀北京、上海、 广州、成都、西安、沈阳等大城市为中心枢纽，连接全国各地的航线网络：国际航线 1 3 0 条通航3 4 个国家的6 3 个城市，有4 3 个国家的5 7 家航空公司通航我国的1 3 个 城市。港澳航空运输的开辟大大方便了港澳地区和台湾与大陆的往来，特别是在1 9 9 5 年开通的澳门航线，实现了经澳门连通海峡两岸的“一机到底的间接直航”，促进了 祖国和平统一的进程。 三、运输能力显著增强 进入8 0 年代，为满足航空运输市场对运力的需求从1 9 8 0 年起利用国外融资租 赁和经营租赁等方式，大量添置了大中型干线飞机，使机队规模不断扩大，机队结构 趋于合理。新引进的飞机主要有波音飞机系列和空客飞机系列的各种机型。2 0 0 0 年 底，中国民航共有各型运输飞机5 2 7 架。中国民航机队现提供的座位数达9 2 万个， 提供的商载吨位达1 1 万吨，分别比1 9 7 8 年增加9 倍和1 5 倍。目前中国民航的主力 机队均为世界上最先进的机型，技术新、机龄短经济性能好，在很大程度上提高了 飞行的安全性、舒适性和经济性，其中部分飞机的利用率达到或接近国际先进水平。 四、对外开放迈出重大步伐 坚持对外开放政策始终是发展我国民航事业的一个重要方针。1 9 9 4 年，中国民 2 南京航空航天大学硕士学位论文 航总局和国家有关部门就进一步扩大民航对外开放、放松外商投资我国民用航空业的 限制颁布了政策规定。根据这个规定，我国民航允许外商以合资或合作经营方式在我 国境内投资建设民用机场。除优先考虑投资建设机场飞行区外，可投资建设侯机楼、 货运仓库、飞机维修、地面服务、航空油料等项目。我国政府公布的o t - 商投资产业 指导目录，把民用机场的建设和经营列入鼓励外商投资产业目录，为外商投资我国 民航业提供了政策依据。截止到1 9 9 9 年底，共融资租赁飞机3 4 8 架，利用外资约1 7 0 亿元使用外国政府贷款约1 4 7 亿美元进行基础设施建设。中国东方、南方、中航 等公司在境外上市，加速了民航业投资多元化，筹集了发展资金。到1 9 9 9 年底，同 我国签定航空运输协定的国家增至9 0 个，还有2 0 多个国家与我国草签了协定或备忘 录。由此可见我国政府对民航业发展的重视程度。 五、中国民航的未来展望 改革开放以来，中国经济经历了2 1 年的增长，国内生产总值( g d p ) 年均增长 接近1 0 ，增长速度居世界前列。从发展经济学的角度看，2 0 0 0 中国人均g d p 为8 5 0 美元，经济发展正处在以高速增长为特征的起飞阶段。从人均8 5 0 美元增至1 0 0 0 0 美元要增长1 1 7 倍以年均增长6 3 计算，至少需要4 0 年左右。考虑到人口增长因 素，中国的g d p 总量在4 0 年内年均增长速度要保持7 左右，经济的长期高速增长 必然要求航空运输长期保持较快的发展势头，这就是中国民航的发展机遇。 中国政府把交通运输摆在国民经济发展的重要位置，并作为重点基础设施进行建 设，必将使包括航空运输在内的我国交通运输取得更快的发展，航空运输一定会显示 出巨大的发展潜力，发展前景十分广阔。 在经济高速发展的2 1 世纪，加入w t o 之后，中国民航业将不可避免的与国际民 航业接轨，融入国际民航体系，将为我国经济发挥着越来越重要的作用。 1 2 国内航空公司航材管理的现状 目前随着现代航空市场竞争日趋激烈，各太航空公司除了在营销手段上作文章 外，更重要的是控制飞机的维修成本，控制维修成本的关键在于航材成本的控制。而 我国的各大航空公司在航材管理方面缺乏主动性，因此造成航材储备资金居高不下， 成本过高而影响经济效益。此外，航材管理松散的现象也严重制约了经济效益的提高。 据对1 9 9 9 年我国骨干航空公司航材库存的统计，航材储备构成了航空公司8 0 左右 的存货资产，占用2 5 左右的流动资金，库存资金的周转天数在6 0 0 天以上。就对目 前我国航空公司的航材库存占用资金的统计，总库存资金高达一百多亿，其中大型的 航空公司约为十几亿元至几十亿元人民币。可以看到航材库存是航空公司生产经营 中资金投入和资金占用的主要项目，是优化成本结构，减少成本开支的主要方面。 飞行安全是民航的生命线因而保证航材的质量、及时供应历来是各航空公司实 施安全管理的前提条件，也是航材管理部门的最高目标。为了保证航材的及时供应 避免飞机延误或航班取消的现象发生，很长一段时间以来，我国民航界的航材保障一 直沿用“实物供应、无限供给”的供应模式对保证飞机的发付率起到了一定的积极 作用。但随着计划经济向市场经济的过渡，随着市场竞争的加剧，这种供应方式已经 基于维修理论基础上的航材需求预测方法研究 变得越来越不适应了采取绝对保证供应的方式导致库存的航材占据了大量的流动资 金。因而各航空公司不仅要保证航材供应的及时，注重航材的质量，同时也要注重经 济效益，做到最低限度地降低库存，减少流动资金占用。 航空公司在航材管理上存在的问题主要表现在： 1 航材在送修环节上控制不严，会发生航材差错和丢失的现象。 2 航材成本基础管理薄弱，成本升降无人过问，管理重心只是放在安全性、及 时性，而忽略了经济性。 3 航材成本管理人员素质不高，缺乏成本管理知识，对成本管理只是抓事后的 核算分析，忽略了成本预算、成本控制在航村的订购上偏重于供应的充足 性，而将航材成本的核算至于末端。 4 外部监控力度不够，航材成本监察流于形式。 5 管理被动、求保险意识严重，为防止缺件造成飞机停场的事故发生，宁可加 大保险库存量，而不是运用新的管理手段。 6 对航材的需求不能进行科学的、准确的预测，只是凭经验进行估算，或者根 据推荐的定货数量来决定航材的存储量。 以上种种原因造成了各航空公司的航材库存增加，成本失控，导致资金周转困难， 也是民航业经济效益滑坡的一个重要原因。因而航空公司必须牢固树立“管理出效益” 的思想，加强航材管理，降低航材成本，注重经济效益，做到最大限度地减少库存占 用，提高航空公司经济效益。 1 _ 3 国外航材管理新趋势 与我国航空公司相比，国外一些发达国家的大的航空公司，在航材管理的方式上 要先进许多，并且占有一定的优势。据统计，我国已注册航空器5 2 7 架，其中6 0 座 以上的航空器近3 0 0 多架，且全为进口的航空器。民航直属航空公司在飞机引进后， 只是应付e t 常航班飞行外场维修工作，而进口飞机的航材绝大部分需要送国外进行修 理。这样除了维修航材的时间外，还要加上国内、国外的运输时间、报关时间等，增 加了维修周期，导致了航材库存量的进一步加大。而对于国外发达国家来说，例如美 国本身就是大型客机的出口国之一国内就有许多先进的维修基地，因而航材的送修 时间短，可以减少周转件的库存量。另外，其管理方法也较先进，库存控制水平较我 国高出许多。 最近几年在欧洲开始盛行一种新的航材管理模式：包机公司即航空公司将航 材库存卖给从事第三方航材供应业务的公司，由其来实现航材的供给。这种方式特别 适用于那些中小型的航空公司，因为对它们而言，维持一个全面的航材库存费用十分 昂贵，但为了确保飞机的正常运行还是不得不存放在库里，这样做不仅购置、维护和 保养航材花销巨大，而且将重要的航材从基地运到其它航站所需费用也很大。而包机 公司可使航空公司解决这些耗资巨大的航材支援保障方面的问题，可以使航空公司腾 出大量的资金用于核心业的经营，正是因为这些原因，目前欧洲愈来愈多的小型航空 公司开始将航材供应保障业务外包出去。 据f l s 公司( 美国的一家包机公司) 估计它的航空公司客户在航村保障方面的 4 南京航空肮天大学硕士学位论文 费用可以节省3 0 。对航空公司来说，由于将航材业务外包出去可降低航线维护成 本，从而使得公司能够将更多的资金用于购买和运营新飞机。美利坚航空公司集团的 埃伦国际集团总裁特里认为，在今后2 3 年，些大型航空公司会把更大比重的航材 供应业务外包出去。由此可见，航材管理将逐渐趋向于专业化，成为一个独立的经营 机构。 国外的航材管理虽然较我国先进许多，但在对航材的需求预测方面也比较欠缺， 没有个较为科学的、实用的需求预测理论和方法。 1 4 立题的必要性 为了保证航空运输的正常进行，航空公司必须储备一定数量的航空器材，航材是 运输生产中不可缺少的生产要素，一旦发生零部件缺乏将会影响到航空公司的正常 运营。 在物资管理领域，航材存贮是一个摄为复杂的问题。航材储备之所以是一个难题， 是由于对航材的需求有其特殊性：第一，航空公司不同于一般的大中型生产企业，大 中型生产企业制造产品所需的原材料、零部件等的种类与航材种类相比要少很多( 航 材所囊括的零部件的种类是以万计的) ；第二，大中型企业对那些原材料，零部件的 需求是比较稳定的，需求量也可以根据其年生产计划或月生产计划来确定，一般情况 下很少有变动。而航材发生故障的时间也是随机的因而对其需求也是不确定的；第 三，对大中型企业来说，一旦发生缺货，只是其生产进度受到影响，会带来一定的经 济损失，航空公司一旦发生零部件缺货，就会造成飞机的延误、航班的取消，不但会 造成巨大的经济损失，而且对其声誉也有一定的影响，间接的经济损失也是不小的( 据 美国家航空公司统计取消一次航班，经济损失可达5 万美元) 。航空公司为避免 由于缺货带来的损失，就只有通过加大库存的方法来确保航材的发付率。 同时航材储备也是一个迫切需要解决的问题，这是因为航材作为一种特殊的产 品，运用一般的需求预测理论是无法对其进行需求预测的。所以航空公司普遍存在着 航材库存量偏高的现象多余的库存量占用着大量的资金，降低了流动资金的周转速 度。因此运用数理统计的知识和以可靠性为中心的维修理论对航材进行需求预测，这 对航材实行有效的库存控制显得尤为重要。 需求预测技术在我国近年来发展比较快，尤其在经济领域里需求预测方法逐渐趋 于成熟但在我国对于航材这一特殊的物资储备，还没有一种合适的预测方法对其进 行较准确的预测。发达国家的航空公司在航材需求预测方面，也没有一个合理、科学 的预测方法。如能掌握航材的需求信息，那么航材计划部门在航材库存控制方面就掌 握了一定的主动性，就能制定出合理的航材计划，航材的储备资金就能够大大降低， 从而提高了经济效益。本文就在航材的需求预测方面进行尝试，以可靠性为中心的维 修理论为基础结台数理统计的知识，对航材的需求预测方法进行初步的探索，进而 建立一种较为实用的航材需求预测模型。 基于维修理论基础上的航村需求预测方法研究 第二章航材需求预测的维修理论基础 2 1 以可靠性为中心的维修理论 2 1 1 维修思想的形成与发展 维修思想的确立，是建立在当时维修的技术装备、维修人员的技术水平、维修手 段和维修条件客观实际的基础上的。因此，研究确定一种维修思想必须根据实际情况， 立足现在，着眼发展，既要保持相对的稳定性又必须随着科学技术的发展和人们认 识的提高而有所发展。 ( 一) “预防为主”维修思想的形成 大约在本世纪四十年代以前，地面设备的维修，一般采用“事后维修”的思想。 它是在设备发生故障以后才维修保养，而在故障发生之前，把设备停下来换掉磨损机 件进行预防的思想是没有的。直到五十年代初才逐渐采用“预防为主”的维修思想。 这个思想要求设备上的零部件在即将磨损之前就进行更换、修理，将维修工作做在故 障发生之前因之，这是一种积极主动的维修思想。 航空维修与一般地面设备维修不同，维修对象具有空中使用的特点，航空事业发 展的最初年代，就采用了“预防为主”的维修思想。这是因为早期飞机的设计、制造 比较简单发动机剩余功率有限，由于重量的限制，飞机不可能采用过多的余度技术。 所以，任何一个机件出了故障都有可能直接危及飞行安全。基于这种可靠性与安全性 的紧密联系，人们对维修的认识是：机件要工作工作必磨损磨损出故障 故障危及安全。为了尽可能保证每个机件可靠安全，要求维修工作应走在故障的前面。 因此广泛地采取预防维修措施，形成了“预防为主”的维修思想。由于认为机件磨 损是时间的函数因此定时维修就成为预防维修的唯一方法。这种维修思想及其方式、 方法，在航空界延续了数十年之久，在航空维修发展史上占有重要的地位。工业不发 达的国家如此，工业先进的国家也是如此。 ( 二) “以可靠性为中心”维修思想的形成 所谓“以可靠性为中心”维修思想，是以充分利用航空技术装备的固有可靠性来 确定维修的思想。多年来，维修只是一种从经验中学到的技艺而很少从理论上进行研 究。但是随着航空技术装备的复杂化维修费用也随之增长，到五十年代后期美 国空军全部费用的三分之一用于维修全部人员的三分之一从事维修。维修费用的增 长，对民航企业的压力更大与此同时实际使用的数据资料也证实，有些类型的故 障，不论做多少维修工作，仍然是不能够防范的。这些因素迫使人们不得不对预防为 主的维修思想重新考虑。 预防为主的维修思想的基本观念是认为预防维修与使用可靠性之间存在着因果 关系。这种观念是根据一种直观的认识，即认为机体会磨损，因而每个机件的可靠性 都与使用时间有直接的关系。都有一个可阻找到的并且在使用中不得超越的翻修时 限，到时必须翻修，而且翻修得越彻底，分解得越细，防止故障得可能性就越大；预 防维修工作做得越多，可靠性越高。 南京航空航天大学硕士学位论文 对于飞机来说，人们原来也都认为所有得可靠性问题都是与使用安全性有直接关 系。后来发现有些类型的故障，不论做多少工作，仍然是不能够防止的。因此不能仅 依靠多做工作这一办法来预防故障为了解决这个问题，航空技术装备的设计师们采 用多余度技术、使用多台发动机和结构损伤容限设计这种做法，改变故障的后果，从 而使可靠性和安全性的联系不那么紧密了。 不过预防维修与可靠性之间的关系仍然存在。尽管传统的观念是认为可靠陛与翻 修时限有直接关系，但是实际统计资料表明，不管怎样缩短翻修时限或加大翻修范围 以及翻修的深度，企图控制某些机件的故障率是不可能的。于是人们对传统的预防维 修的作用产生怀疑。为此，1 9 6 0 年美国联邦航空局与航空公司共同组成委员会来研 究可靠性与翻修时限之间的关系。经过研究，1 9 6 1 年1 1 月7 日颁布的联邦航空局 民航可靠性大纲中指出：“，过去，人们非常强调控制翻修时限以达到满意的 可靠性水平。然而，经过深入研究之后，本委员会认为，可靠性与翻修时限没有直接 联系，所以这两个问题要分开来加以考虑。”。这种认识对于传统的观念两 次翻修时限的长短是控制可靠性的重要因素是一种直接的挑战。这种认识又经过 若干年的实践检验，到六十年代中、后期逐渐形成了“以可靠性为中心”维修思想。 以可靠性为中心的维修思想的提出不到二十年就已广泛地为世界各国民航和空 军部队所采用，在提高战斗力，航运能力和工作效率，保证维修质量，降低维修费用 等方面收到明显的效果。例如，目前先进战斗机的每飞行l 小时的维修工时已降到 1 0 小时以下，只有五十年代同类飞机的2 5 3 0 ；七十年代初，一架波音7 4 7 飞机每 飞行两万小时的结构大检查只需要6 6 万工时，而五十年代一架小得多的，而且不那 么复杂得d c 一8 飞机，每两万小时的结构大检查则需4 0 0 万工时，相差6 0 倍。 上述预防为主的维修思想和以可靠性为中心的维修思想，二者都体现了积极主动 的思想都要求积极预防，掌握由量变到质变的规律，把故障消灭在萌芽状态，防患于 未然。但是阻可靠性为中心的维修思想，是在预防为主的维修思想的基础上发展起来 的，它充分考虑到技术装备的可靠性、维修性与经济性，采用科学统计分析的方法来 认识维修规律，因而能更好地反映维修的客观规律，指导维修实践。 2 1 2 以可靠性为中心维修思想的要点 以可靠性为中心维修思想，是以可靠性理论为基础通过对影响可靠性因素的具 体分析和试验应用逻辑分析决断法，科学地制定维修内容，优选维修方式，确定合 理的使用期限，以控制飞机的使用可靠性。 以可靠性为中心的维修思想，包含以下几个要点： ( 一) 使用部门维修的目的与作用 使用部门维修的目的是以最小的经济代价来保证与恢复航空技术装备的固有可 靠性与安全性。 航空技术装备的固有可靠性是由设计、制造所确立的，它是航空技术装备所能达 到可靠性的最高水平，要达到更高水平只有重新设计。通过维修可以提高使用可靠 性，或者防止固有可靠性水平的降低，优良的维护工作可以使航空技术装备接近或达 到已经具有的固有可靠性水平，但是不能够超过它。如果维护措簏对航空技术装备的 可靠性难以产生效用，也就是说，经过维护工作，仍然不能保证必要的可靠性水平， 那么，这种装备属于有设计缺陷的装备应当向设计、生产部门提出建议和要求，以 便重新设计与改装，以提高其固有可靠性。 ( 二) 预防维修工作的确定 7 基于维修理论基础上的航材需求预测方法研究 是否进行预防维修工作，要根据故障的后果来确定。故障有四种后果： 1 安全性后果：指可能的机毁人亡； 2 使用性后果：它包括直接的维修费用和间接的经济损失，或影响作战、训练 任务的完成： 3 非使用性后果：它只包括直接维修费用； 4 隐患性后果：它是指由于隐蔽功能故障( 飞行中空勤人员不易发现的故障) 未被发现和排除可能造成继发性多重故障而出现危险性后果。 安全性后果和隐患性后果都要进行预防维修，使用性后果和非使用性后果，根据 经济性原则来判断是否进行预防维修。定时翻修对复杂设备的可靠性几乎不起作 用。早期和偶然故障是不可避免的，进行预防维修是没有效果的。应用逻辑分析 决断发，扩大视情方式，采用监控方式。 ( 三) 故障后果的改变 1 预防维修能够预防和减少功能故障的次数，但是不能改变故障的后果； 2 故障的后果，包括经济性后果，都是由装备的设计特性所决定的，只有更改 设计，才能改变故障的后果。差不多在所有的情况下，安全性后果可以通过 余度技术、破损安全设计、损伤容限设计等措施而降低为经济后果。通常 隐蔽功能可以通过设计转变为明显功能。 ( 四) 不断的收集、分析使用中的数据资料 航空技术装备一旦投入使用后就有个在实际使用中关于每个机件的状况和性能 的数据资料的收集和分析问题。这不仅是进行维修工作的基础，修改和修订维修大纲 的依据，而且也是改进或设计新型航空技术装备的关键。预防维修大纲( 维护规程) 不应当是一成不变的任何一个使用前的维修大纲都只是根据有限的数据资料，因而 使用维修部门必须在装备的整个使用过程中收集实际数据，并及时予以补充和修订。 另外，使用维修部门是航空技术装备可靠性的检验者与控制者，不断向设计制造部门 反馈实际数据资料和要求，是使用维修部门的应有责任。设计制造部门与使用维修部 门需要密切配合，才能把维护工作搞得更好，才能设计出固有可靠性更高的航空技术 装备。 2 1 3 维修的组织管理 ( 一) 维修制度 维修制度，是指从航空维修的整体出发，按照不同的维修深广度划分为不同的维 修等级并制定相应的工作制度。显然，不同的维修等级反映不同的维修任务范围配 置不同的组织编制，配备相应的工具设备等。等级的划分、编制和制度的确定，应当 以飞机装备的数量、质量( 主要指固有可靠性) 为依据以保证使用可靠性、安全性、 经济性和高效率为目标考虑平时与使用时的转换等因素而研究制定。 维修等级的划分，目前各国有所不同，就其工作内容来说一般分为飞行的机务准 备，定期检修，部队修理和工厂翻修等四级。维修等级不是一成不变的，应根据技术 装备、维修内容和维修技术条件的变化而相应地改变。 ( 二) 维修类型 维修类型，是指从不同的角度按照维修的特点对飞机维修工作进行的分类。 a 按照维修性质区分有预防维修和修复维修 1 预防维修依据事先规定的维修内容、时机，按照预定计划进行的维修。 预防维修是航空维修的主要类型。其目的主要是预防故障，防患于未然。预防 r 南京航空航天大学硕士学位论文 维修又分为两类：一是例行维修，其维修时机与使用对象的使用时间( 次数) 没有直接联系，如飞行前、后检查，再次准备、停放保管、防潮去锈、改地换 季工作等。二是定时维修，其维修时机与使用对象的使用时机有直接联系，如 定检、翻修等。 2 修复维修事先不知道何时出现何种问题无法预先安排计划，而是根据 飞机使用过程中发现的问题进行的维修。通常包含故障探测、诊断，机件的 修复以及恢复后的验证试飞等内容。 b 按维修方法区分有离位维修和原位维修 1 离位维修需要拆卸或分解后进行的维修。 2 原位维修不需要拆卸或分解而直接在飞机上进行维修。 离位或原位维修，其自身并无先进与落后之分。一般说来，外场的飞行保障和日 常维护主要采用原位维修，而定检和修理工作主要采用离位维修。拆卸维修确实存在 些不利因素，如浪费人力物力和时间，有时甚至造成人为故障但它是维修工作中 的必不可少的方法。原位维修虽无上述缺点，但要实现原位维修必须采用先进的维修 手段和改进飞机的维修性。例如对飞机结构的裂纹、腐蚀和损伤的检查，过去通常 采用拆卸、分解、去漆、检查、调试、组装等繁杂工序，采用无损探伤后基本上可 以在飞机上进行原位检查。 c 按维修深度区分有全面翻修、部份检修、特定检查、功能测试和日常维修保 养等。 d 按维修场所区分有外场维修、野战维修和后方维修。 通过对维修类型的分类，可以针对不同维修工作的特点、性质和相互关系进行分 析研究，发现问题，提出办法，改进维修工作。特别是在制订维护规程、确定维修方 式、分析预防维修和修复维修是必不可少的。修复维修工作量的大小，是衡量预防维 修效果的重要标志，同时又是确定预防维修的基本依据：预防维修的总工作量，是衡 量飞机及其技术装备的可靠性和维修性的重要标志，同时也反映飞机有效度的状况。 ( 三) 维修方式 维修方式是在对机件可靠性特性认识的基础上，控制和掌握维修工进行的时机和 类型。 维修方式主要有定时方式、视情方式和监控方式三种。 a 定时方式：以工作时间确定维修周期按照统一规定的时间，不管技术状况 如何而进行的拆卸维修的控制方式。 它适用的条件： 1 机件发生故障的可能性在一定使用时问后迅速增加，并危及飞行安全； 2 必须有很大一部分机件可以工作到上述时间； 3 通过维修可靠性能够恢复到原始水平。 定时维修以时间为标准，维修时机的掌握比较明确，便于组织计划和掌握，但针 对性差，维修工作量大，不经济。 b 视情方式：根据机件实际技术状况，控制机件可靠性的方式。它要求机件在 发生功能故障前就采取措施因此这是一种有效的预防性的维修方式。 它适用的条件： 1 属于耗损故障的机件而且具有较缓慢发展的特点，能估计出量变到质变所 需的时间能定出状况恶化参数标准。 2 机械故障对飞行安全有直接危害，并有恶化参数可供监控。 基于维修理论基础上的航材需求预测方法研究 3 属隐蔽功能又能作原位检测的机件。 视情方式是随着技术装备和监控手段而发展起来的一种维修方式。优点是能够有 效预防故障较充分利用机件的工作寿命，减少维修工作量，提高飞机可用率和减少 人为差错和早期故障。 c 监控方式：依靠收集和分析机件总体的使用维修资料和对机件在使用中的状 况进行连续监控而决定维修措施的方式。由于分析和监控的内容都是已经发生的情况 的事后数据资料，而且有了这种监控，机件可以使用到不能继续使用时为止，因而也 称事后维修方式。事后维修方式是把机件状况的视情检查提高到连续监控也可以说 是视情方式发展到更高一级了。实现这种方式，能使机件寿命得到充分利用，维修工 作量很少，极大限度地避免了人为差错，使维修工作由被动变为主动，可以说是一种 理想的维修方式。 但是，监控方式是以飞机机件可靠性高和监控手段先进为前提。机件本身的固有 可靠性高，不易发生故障，在功能方面采用余度技术，在飞机结构方面采用破损安全 设计，做到故障自动防护，有机载和地面的监控和自动记录设备，形成了以电子计算 机为主要设施的收集、储存、传递和分析的信息情报系统。 它适用的条件： 1 无隐蔽功能而且故障对安全无直接危害的非耗损性的机件： 2 具有对安全性无直接危害的耗损故障的机件，虽可用定时或视情方式维修， 但故障后果的影响小于预防维修费用的影响； 3 对无法预知故障情况的机件，只要对安全无直接危害，可先采用此方式，待 取得经验后再选用更合适的方式。 定时、视情、监控三种维修方式，其产生的历史是有一个前后次序的，但是其本 身并没有先进落后之分。近代先进飞机上，有些枫件还是需要定时维修的，而一些旧 飞机中，也有一些机件，可以采用视情或监控方式。在一架飞机的维修中，三种维修 方式是互相配合使用的。目前我们所进行的定时检修，其中有许多内容在性质上属于 视情方式，不能认为定时检修都是定时方式。因此，究竟采用何种方式维修，是对具 体维修对象而言的，要对具体对象进行具体分析后分别确定。 2 2 基本概念及基本公式 2 2 1 可靠度 ( 一) 可靠度的定义 可靠度是产品在规定的条件下，在规定的时间内，完成规定功能的概率。用r ( t ) 或r 表示。 ( 二) 可靠度与故障分布函数的关系 如果用随机变量t 来表示产品从开始工作到发生故障的连续正常工作时间，用t 表示某一指定时间，则产品在该时刻的可靠度r ( t ) 为随机变量t 大于时间t 的概率， 即 南京航空航天大学硕士学位论文 r ( t ) 2p ( t t )f 2 1 ) 对立事件的概率，即积累故障概率或故障分布函数f ( t ) ，为随机变量t 小于或 等于t 的概率， f ( t ) = p ( t t )( 2 2 ) 可靠度r ( t ) 和故障分布函数f ( t ) 是两个对立事件的概率，因此，有 r ( t ) + f ( t ) = 1 设有同一种类的产品n 个，在t = - 0 时开始使用或试验，该产品工作到一定的时间 t ，有n f 个产品出了故障，余下n 。个( 残存数) 产品还继续工作。n r 和n 。都是时间 的函数，因此，可以写成n f ( t ) 和n ：( t ) 。假定在使用或试验的时间内，没有更换 任何产品，则 n f ( t ) + n s ( t ) 州 便是一个常数。 由于某个事件的概率可用大量试验中该事件发生的频率来估计。因此，经验可靠 度r ( t ) 与经验故障分布函数f ( t ) 可表示为： r ( t ) ：n a t )( 2 3 ) f ( t ) ：n i c t )( 2 4 ) n 即某一时刻的经验可靠度可用到该时刻正常工作的产品数量与投入使用或试验 的产品数量之比来表示。某一时刻的经验故障分布函数可用到该时刻出了故障的产品 数量与投入使用或试验的产品数量之比来表示。 r ( t ) ，f ( t ) 具有以下性质： 1 0 r ( t ) 1 r ( t ) = l ，r ( t ) = 0 2 o f ( t ) 1 f ( t ) = o ，f ( t ) = l ( 三) 任务可靠度 从t 时刻工作到t + a t 时刻的条件可靠度为任务可靠度。记作r ( t + a ti t ) 。由 条件概率公式有 r ( t + ti t ) = p ( t t + a t i t t ) = 堕；苦 堕 ( 2 5 ) 故任务可靠度 r ( t + t = 等 ( 2 6 ) 而经验任务可靠度 基于维修理论基础上的航材需求预测方法研究 叭t 。等2 瓮半 ， 2 2 。2 故障分布密度 ( ) 故障分布密度定义及计算公式 假设故障分布函数f ( t ) 连续可微，定义故障分布函数的导数为故障分布密度， 记作f ( t ) 即 f ( t ) ：d f - ( t ) ( 2 8 ) d t 因r ( t ) + f ( t ) = l 故有 f ( t ) 一d r ( t ) 出 ( 2 9 ) 当利用统计数据确定经验故障分布密度时，假设在a t 时间间隔内产品发生故障 的次数为a n f ( t ) ，即a n f ( t ) = n t ( t ) 一n f ( t a t ) ，根据( 2 5 ) 式得 由( 2 8 ) 得到 f ( t ) 一f ( t 一t ) ：! ! ! 盟一n ：( t - a t )( 2 1 0 ) nn a f ( t ) ：竺堂 f ( t ) ：一1 竺趔 n ( 2 1 1 ) ( 2 1 2 ) 所以，经验故障分布密度，( t ) 就是在t 时刻给定的一段时间t 内，同一种类产品 在单位时间内发生故障的数量与投入使用或试验的产品的数量之比。 ( - - ) 故障分布密度与可靠度的关系 由( 2 8 ) 式，有d f ( t ) = f ( t ) d t f ( t ) = f ，( ，) a t ( 2 1 3 ) r ( t ) = if ( t ) d t( 2 1 4 ) 2 2 3 故障率 ( 一) 故障率的定义 在时刻t 工作着的产品到l + d l 的单位时间内发生故障的条件概率，称为故障率， 记作 ( t ) 根据定义推导能够得出： x ( t ) ：巡 r ( f ) ( 2 1 5 ) l2 南京航空航天大学硕士学位论文 ( 二) 故障率与可靠度的关系 ( 三) 经验故障率 1 经验故障率的计算公式 2 可修复产品的经验故障率 r ( t ) = e x p 一f a ( t ) a t ( 2 1 6 ) f ( r ) ：f 1 坐盟( 2 1 7 ) n ，0 ) a t 勋) = 业半 ( 2 1 8 ) 枷，= 瘸耥燃 “”此段时间内的总工作时间 2 2 4 平均寿命及可靠寿命 寿命一般是指产品工作到技术文件规定的极限状态的工作期限。极限状态是指产 品不论是由于效率降低还是由于安全方面的原因，已经到不能继续使用的状态。它实 际上就是产品的使用期限。然而研究可靠性问题是从故障入手的，所以又把寿命规定 为产品工作到出现固障的工作时间。故障是随机的，所以寿命也是一个随机变量。这 个随机变量的平均值即为平均寿命，而在一定可靠度下的工作时间即为可靠寿命。 ( - - ) 平均寿命 1 平均寿命的定义 平均寿命这个术语，对不可修复产品和可修复产品在概念上是不相同的。对不可 修复产品是指平均无故障工作时间，对可修复产品是指平均故障间隔时间中的平均工 作时间。 ( 1 )平均无故障工作时间( m t t f ) 平均无故障工作时间( m t t f ) 是指不可修复产品故障前工作时间的平均值或数 学期望。设随机变量t 为不可修复产品故障前的工作时间，则 m t t f = e t ( 2 )平均故障间隔时间( m t b f ) 平均故障间隔时间( m t b f ) 是可修复产品在相邻两次故障之间的时间的平均值 或数学期望。 设可修复产品第一次工作时间为t i ，随后出现故障，需要停止工作，修复一段时 间t 。，然后又工作一段时间t 2 ，又修复一段时间t 2 + ，这样交替地进行下去如下 图2 1 所示平均故障间隔时间为工作时间的平均值和修复时间的平均值之和。 图2 1 工作与修复交替过程 13 基于维修理论基础上的航材需求预测方法研究 2 平均寿命的计算公式 平均无故障工作时间和瞬间修复条件下的平均故障间隔时间，都是工作时间的平 均值。所以，不管是不可修复产品，还是可修复产品，其平均寿命在数学上的表达式 是一致的今虬f 表示之。 ( 1 )由故障分布密度求平均寿命 当故障分布密度f ( t ) 为连续函数，由数学期望的定义，有 i = 【t f ( o a t ( 2 2 0 ) ( 2 )由可靠度函数求平均寿命 f = lr ( o a t ( 2 2 1 ) ( 3 )由观察值求经验平均寿命 对于不可修复产品。当投入使用或试验的n 个产品都观察到故障，其故障前工 作时间为t ( i 1 ，2 ，n ) ，则经验平均寿命是其算术平均值，即 f = y f ( 2 2 2 ) 智 对于可修复产品，经验平均寿命是指一个或多个产品在它的使用寿命期中的某段 时间内的总工作时间与故障数之比。即 了某段时间内的总工作时间。，。 此段时问的故障数 ”7 ( 二) 可靠寿命 在t = 0 时产品可靠度r ( t ) = l ，随着工作时间t 的增加，可靠度r ( t ) 逐渐下降。 不同的时刻，具有不同的可靠度。若给定一个可靠度，将对应一个工作时间，此时 工作时间记作l ，称为产品的可靠寿命。因此，定义可靠寿命为在规定可靠度下产品 的工作时间。 2 2 5 飞机的维修性与有效性 ( 一) 维修度 维修度是可修复产品在规定的维修条件下，规定的时间内，由故障状态恢复到能 完成规定功能的概率。维修度通常用m ( t ) 或m 表示。 如果维修的是n 件产品，设在t = o 时均为故障状态，经时间t 的维修以后，在t 时刻积累修复数为，( ，) ，则在t 时刻的经验维修度 肘( f ) = 掣 ( 二) 维修密度 南京航空航天大学硕士学位论文 设维修度函数m p ) 连续可微，我们定义维修度函数的导数为维修密度，记作m ( t ) ，即 聊( f ) ：掣 ( 2 2 4 ) ( 三) 修复率 产品在时刻t = 0 时为故障状态经过( 0 ，t 】时间的修理以后，尚未修复的产品再 在t 到t + d t 的单位时间内完成修复的条件概率，叫做瞬时修复率，简称修复率，记作 u ( t ) 或u 。 呻) = 羔 ( 2 2 5 ) ( 四) 平均修复时间( m 1 1 r