面向飞机全寿命周期的数字化快速响应保障服务系统.pdf
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1、面向飞机全寿命周期的数字化快速响应保障服务系统宁振波(中国航空工业信息技术中心,北京 100028)摘要:在数字化转型的大潮中,对于复杂产品研制的数字化设计、工艺以及生产制造技术的讨论较多,但要保障复杂产品安全、可靠、长期、稳定地运行,需要建立数字化快速响应保障体系。本文从飞机入手,分析了国内外的维护保障服务技术发展现状,提出了可行的数字化快速保障解决方案,供相关人员参考。关键词:数字化;BOM;飞机维修保障;健康管理中图分类号:TP399 文献标志码:ADigital Rapid Response Support Service Systems for the Whole Life Cycl
2、e of AircraftNing Zhenbo(AVIC Information Technology Co.,Ltd.,Beijing 100028,China)Abstract:In the tide of digital transformation,there are many discussions on digital design,process,and manufacturing technology of complex product development.In order to ensure the safe,reliable,long-term,and stable
3、 operation of complex products,it is necessary to establish a digital rapid response guarantee system.This article starts with airplanes,analyzes the current situation of service guarantee at home and abroad,and proposes feasible digital rapid guarantee solutions for relevant personnel as a referenc
4、e for related work.Keywords:Digitization;BOM;Aircraft Maintenance Support;PHM飞机是我国工业设计、制造水平和能力的重要体现,是我国工业的重要组成部分。新中国成立以来,经过长期的努力,我国已经建立起来了比较完整的飞机设计、制造工业体系,生产出了歼击机、运输机、轰炸机、民用飞机、直升机等系列高性能飞机及其系统,提升了我国航空工业的设计、制造水平1。然而,长期以来我国航空工业主要将解决飞机设计、制造中的关键问题作为发展的重点,在飞机综合保障服务技术研究及系统应用方面重视程度不够,造成了我国飞机保障服务还处于手工或简单的计算机
5、管理阶段,远远落后于发达国家,难以满足我国经济、军事等领域发展的要求。现代化飞机是机械、电气、电子、光学、液压、控制、计算机、软件、通信等技术集成的大型复杂装备,大量采用了新技术、新材料、新工艺,广泛应用了计算机、大规模集成电路及多种软件系统,其复杂化和智能化水平迅速提高,使保障服务的内涵发生了根本性的变化。保障服务不再是单纯以综合保障标准及相关技术文件为指导、以人力执行为主,而是以飞机设计、研发阶段以及生产阶段的 DMU(数字样机)为三维数据源头形成的 IETM(交互式电子作业指导书)为指导的新型综合保障体系,为飞机运行阶段的维护、维修、大修提供指导,其中网络技术和计算机技术是核心支撑,以此
6、形成以行业赋能 Industry Empowerment462023 年第 09 期 第 13 卷飞机保障平台为主的数字化保障体系和服务2-3。发达国家的实践已经证明了数字化保障服务是提高现代化飞机使用效率和战斗力的有效途径。一、国内外发展现状(一)国外发展现状与趋势维护保障服务技术是提高武器装备战斗力的关键,一直受到美国等发达国家的重视。1985年,美国提出了计算机辅助后勤支援(computer aided logistic support,CALS)概念,旨在提升美国军队武器装备后勤支援中的技术资料数字化水平,降低武器装备维护和人员培训费用,提高武器装备的质量及军队的战斗力。在此基础上,美
7、国在 1987 年和 1993 年相继提出了计算机辅助采办与后勤支援(computer-aided acquisition and logistic support)和连续采办与全生命周期支援(continuous acquisition&life-cycle support)思想,用以指导解决武器装备后勤服务中的数据共享和对武器装备提供全生命周期维护等问题。在上述 CALS 计划有效实施后,1997 年美国又推出了通用操作数据环境的框架计划。该计划旨在通过数据化和标准化手段把现有与防务系统相关的数据信息集成在一个数据环境中,为武器装备提供一个兼容性强、具有良好可扩展性、开放性的协同化数据信息
8、平台。美国在2010 年联合构想一书中明确指出美军正处于信息技术引起的新的军事革命入口处,并重点强调了用数字化技术提升保障服务水平。美国在搭建统一的数据环境平台的同时,聚焦数字化保障服务,重点对以下几个方面进行研究和应用。1.IETM 技术交互式电子技术手册(Interactive Electronic Technical Manual,IETM)出现于20世纪90年代,一直受到美国国防部和国防工业界的重视,已成为美国等许多发达国家所推行的 CALS 战略的重要组成部分,是装备保障信息化技术研究和应用的热点之一。USS Eisenhower 航空母舰由于使用了 IETM,建造进度提前了 18
9、个月,节省8000 万美元;SH-60 直升机使用了 IETM,每年节省 300 万美元;美国海军 AEGIS 作战系统使用了 IETM,每年至少节约 100 万美元;爱国者巡航导弹(Patriot Missile)使用 IETM,每年仅纸张节省费用达 25 万美元;美国海军的蒸汽涡轮机维护手册为美国海军节省了 18%44%的机器维修时间,减少了 50%的训练课程及 43%的训练天数。2.PHM 技术故障预测与健康管理(prognostics and health management,phm)技术由美国军方最早提出,具备故障检测、故障隔离、增强诊断、性能检测、故障预测、健康管理、部件寿命追踪
10、等能力,实现了武器装备从状态监控到健康管理的转变。早期,PHM 技术首先应用在阿帕奇、黑鹰等系列直升机上,形成了健康与使用监测系统。随后,PHM 技术在 F-35 项目中取得了良好的效果,使故障非复现率减少 82%,维修人力减少20%40%,后勤规模减小 50%,出动架次率提高 25%,使用与保障费用减少了 50%,使用寿命达 8000 飞行小时。目前,美国已逐渐将PHM 技术运用到 B2 轰炸机、全球鹰无人机以及P8-A 海上飞机等武器装备的维护保障实践中;英国国防部计划为未来山猫直升机开发 PHM 系统;韩国也委托史密斯宇航公司为其直升机项目提供 PHM 系统。3.维修备件管理技术面对国际
11、军事形势、国防开支的下降,美国陆军提出了备件现代化战略(modernization through spares,MTS),即通过备件的改进实现武器系统现代化的战略,是一种适用于整个器材采办寿命周期,从而降低维持费用的备件采办战略。备件现代化战略的目标是以合理的备件采购策略,合理利用备件采购预算,以较低的维修保障费用,保持武器系统的技术先进性和可靠性。1996 年,陆军助理秘书和陆军器材行业赋能 Industry Empowerment472023 年第 09 期 第 13 卷司令部总指挥官共同建立帕拉丁自动火力控制系统和 M109 FOV 野战炮兵弹药支援车家族车队管理试点项目,用以测试 M
12、TS 对该项目的重要性。此外,长弓阿帕奇直升机也是试行 MTS 的项目之一,达到了节约生产成本、减少维修费用的目的。4.虚拟维修技术虚拟维修技术是虚拟现实技术在装备维修中的应用,针对飞机、战车等安全性要求高的武器,可以帮助维修人员在执行维修任务时进行维修预演和仿真,突破了设备维修在空间和时间上的限制,实现逼真的设备拆装、故障维修等操作,并能够基于提取的武器装备已有资料、状态数据来检验设备性能。如今虚拟维修技术已成为现代武器装备维修关键技术之一4,世界各国均已建立起相关的虚拟维修系统,如英国皇家海军舰载核能推进系统的虚拟维修系统,德国武装部队的 NH90 直升机虚拟维修训练器,以色列的 EHUD
13、 系统,美军坦克、导弹、军用车辆维修保养训练系统等。美军的 F35 工程也明确提出要建立供维修人员进行训练的虚拟环境。(二)国内存在的主要问题长期以来,我国航空科技工业一直存在“重设计制造、轻保障服务”的思想,在新型号飞机的研制及生产中投入了大量的资金和精力,飞机保障服务在科技工业中一直处于从属地位,与发达国家飞机保障服务水平存在一定差距。以“十五”计划为起点,航空工业企业在数字化水平上有了较大提高,购买和装备了大量的计算机,在园区网的基础上搭建了良好的信息化软硬件环境,部署实施了 OA、CAD、CAEC、APP、CAM、PDM、ERP 以及飞机外场信息管理系统等。但是,由于系统之间数据的不可
14、集成性,信息管理系统互相孤立,形成了“信息孤岛”,难以建成可以贯穿飞机全寿命周期的数字化保障服务系统。二、面向飞机全寿命周期的数字化快速响应综合保障系统的作用、方法和技术针对各类飞机对综合保障所提出的技术和管理方面的要求,面向全寿命周期的数字化综合服务保障系统关键技术与应用系统设计开发技术将产品全寿命周期管理的理念贯穿于流程优化、关键技术攻关、应用系统开发、系统集成应用、型号工程验证的全过程,突破了一系列支撑各类飞机数字化综合保障系统的技术,构建了具有自主知识产权的面向飞机全生命周期的数字化快速响应保障服务系统,全面提升了我国各类飞机综合保障的快速响应能力,并逐步实现在航空行业的推广应用,已成
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