民用飞机航线可更换单元的设计与定义方法

韩万弘，黎 洪

（中航西飞民用飞机有限责任公司客户服务中心，陕西西安 710089）

0 引言

航线可更换单元（Line Replaceable Unit，LRU）又称外场可更换单元、现场可更换单元，最初是在军用飞机上提出的。在GJB/Z91—1997《维修性设计技术手册》中给出定义：在使用环境即处于外场或战斗环境中可更换的产品及其组成部分。LRU 作为在航线维修级所对应的产品层次，在飞机的实际维修中具有重要的意义。良好的LRU 规划和设计，能够提高航线上部件更换的便利性，大大节省维修时间，减少由于故障引起的非计划停场，提高飞机签派可靠度。LRU 规划是产品设计的基本环节，不仅与产品功能相关，而且与可靠性、维修性等因素密切相关。但目前对这方面工作重视不够，所作研究不多，还没见到明确的方法和分析流程来实现LRU 的划分和确定，实际工作中LRU 划分更多是凭着以往的经验进行，甚至有的飞机产品在设计时都没有明确划分LRU，以至于增加了产品维修中的难度。面对LRU 设计的现状，急需提出解决LRU 规划设计的方法和流程。基于LRU 的特点深入分析LRU 设计与定义的影响因素，提出了一种基于产品功能因素和可靠性、维修性定性和定量因素的LRU 设计与定义的分析评价方法，依据该方法所定义的LRU 更加规范、合理，能够满足飞机维修的实际需求。

1 LRU 的特点

LRU 是飞机产品的重要组成单元，一般指飞机产品结构中具备独立特定功能的物理单元。LRU 首先应是可更换单元（Replaceable Unit，RU），大多数情况下LRU 是在飞机上原位更换，其设计目的就是为方便现场故障时更换。对于民机而言，其使用现场指在停机坪的航线维修和排故。若飞机使用中或航线维修时发现故障或缺陷，一般在航前、航后和过站进行排故换件工作。因维修时间有限，须较多地考虑LRU 的现场故障可诊断性、更换方便性、更换后的调校简单性等。

2 LRU 设计的影响因素和基本流程

LRU 是设计出来的，LRU 设计是飞机产品设计的基本环节。在飞机产品设计之初，就应着手规划设计LRU。LRU 设计在整个飞机设计过程中与飞机产品的功能规划设计及可靠性、维修性设计等方面相互融合，相互之间的数据交流和综合权衡贯穿整个飞机产品设计过程。LRU 设计是一个反复迭代、逐步优化的过程，在飞机投入运营后，应根据服役数据对研制阶段定义的LRU 清单持续进行验证和优化。根据LRU 的飞机产品组成部分的特性和可更换特性，提炼出LRU 的产品功能因素；根据LRU 在使用环境、使用现场方便更换的特性，可提炼出对现场保障条件、现场更换时间两个要素的限制要求。而现场保障条件与保障性因素相关，现场更换时间与可靠性、维修性的定量指标和定性指标相关。

3 LRU 设计的产品功能因素分析

3.1 产品分解结构

LRU 是飞机产品的组成部分，因此LRU 初始分析时应从飞机产品结构树中选择产生。LRU 对应着飞机产品结构树的物理划分，即具体的设备、组件、部件。

3.2 独立的特定功能

在飞机产品结构树中，具有特定独立功能的项目可作为LRU候选项。对于不满足该条件的项目，不作为LRU 候选项。独立的特定功能一般包括作动、监控、指示、保护、控制、计算、测量、过滤等。这些功能一般针对飞机的系统/动力装置部分，也包括结构章中的具有系统功能的项目。此外，具有以下特征的项目也作为特定独立功能项来考虑：①关键件、重要件；②新研项目、新技术应用项目；③单独控制项目，如单独的安装、测试、构型控制、采购、维护等。飞机产品结构中并非所有项目都具有特定的独立功能，如标准件、连接件等消耗件，标准管路、标准的电气线缆及电子电气元器件，主要作为接近通道的项目等，这些不作为LRU 候选项。

3.3 划分层级的考虑

在飞机产品结构的物理划分中，很可能存在一级划分和其下级零组件均为LRU 的情况，如液压油滤组件和其子组件滤芯，座椅和其子组件座椅安全带等。因此在选择特定独立功能项目时，需对各层级（尤其是较低层级）满足特定独立功能的项目予以考虑。

4 LRU 的现场可更换保障条件分析

对于经过功能因素分析选择的LRU 初始项目，首先分析评估其拆换是否可在航线（停机坪）实施。主要评估航线维修的保障资源是否具备，采取定性的分析方法，保障资源主要包括保障设备、设施、备件、消耗品、人员（技能水平）及包装储运条件等。判断LRU 更换是否可在航线实施，比较简便直观的判断方法是：拆换工作需要使用停机坪上一般不配备的维修设施、设备或人员技能，而这些一般只在机库才具备的话，可以认为航线不具备实施条件，如需要液压千斤顶顶升飞机、需要专门的吊装设备或托举支撑设施、需要专门的无损检测设备、需要专门技能的人员等，这些一般在航线不具备。在具体评估时应重点考虑以下问题：①维修设施是否航线不具备；②工具设备是否在航线不具备；③相关备件、设备等是否需要专门的包装储运条件，而不方便运送到停机坪；④因维修工艺复杂，航线维修人员是否不具备相关的维修能力或资质。如果评估结果为不可在航线实施，则不作为LRU，或者对其下一级组件（如有）进行分析；如果评估结果可以航线实施，则继续进行下一步分析。

5 LRU 的航线更换时间要求的分析

根据航线更换的时间要求筛选LRU 项目，主要涉及到可靠性、维修性的定量和定性因素。

5.1 根据签派可靠度分类

签派可靠度（Dispatch Reliability，DR）是民机可靠性设计中的重要指标，能够直接反映飞机的市场运营情况，影响飞机的经济性水平，是航空公司十分关注的可靠性指标之一。在飞机初步设计阶段已分配了整机级DR 指标，并将该指标分解至了每个系统，根据签派可靠度要求对影响签派的设备、部件分类（可靠性定量指标）。

（1）对影响飞机签派可靠度的项目（设备或部件）分类。从保证飞行安全、能否签派飞机的角度来看，飞机系统设备（或部件）可以分成以下三种类型：①Ⅰ类（“NO GO”项），该类设备（或部件）故障或损伤，直接影响飞行安全，不允许签派，如主供油泵、燃油测量计算机；②Ⅱ类（“GO IF”项），该类设备（或部件）故障或损伤，在满足一定的放行所需数量和放飞条件限制的条件下，可以确保短时间飞行安全，允许带故障签派，如辅助供油泵；③Ⅲ类（“GO”项），该类设备（或部件）故障或损伤，不影响飞行安全，可以带故障签派，如重力加油接头、重力加油接头盖。由此，可以确定影响飞机签派的设备或部件为Ⅰ类和Ⅱ类。

（2）影响签派的项目应规划为LRU。①对于I 类项目，因其发生故障不允许放行，过站期间就必须快速排故更换，因此I 类项目必须作为LRU，否则可能会造成航班延误或取消，从而影响签派可靠度；②对于II 类项目，若发现故障虽可以保留，但需在限定的时间内排故，一般可考虑在航后排故，为保障航后工作效率，也应作为LRU；③对于III 类项目，仍作为LRU 候选项，继续进行下一步分析。综上，影响飞机签派的I 类和II 类项目均应当作为LRU。

5.2 验证更换时间要求

根据平均修复时间（Mean Time To Repair，MTTR）指标验证LRU 是否满足航线更换的时间要求（维修性定量指标）。

（1）MTTR 概述。平均修复时间是维修性的一个基本的度量，本文只讨论航线级MTTR。MTTR 由LRU 的故障检测隔离、接近和更换三部分时间组成，其中更换时间应包含LRU 更换后的调校时间（如适用）。在飞机设计阶段，针对每个初步预计的LRU 项分配了MTTR 预计值及分项值。

（2）LRU 的MTTR 指标要求。对于I 类项目，要求其MTTR一般应小于过站时间，一般为30 min，否则可能会影响飞机签派可靠度；对于II 类和III 类项目，要求其MTTR 一般应小于航后维修时间，否则可能会影响飞机签派可靠度指标。

（3）评估结果。如果其MTTR 满足航线维修时间要求，则该项满足LRU 的条件，最终确认为是LRU。否则进行下一步。

5.3 MTTR 对DR 的影响

确认MTTR 值不满足航线维修时间要求的项目是否影响系统的DR 指标。每个系统的DR 指标并未要求所包含的所有LRU拆换不能引起延误，即允许一定的航班取消或延误率，这些引起取消或延误的拆换项目的故障率一般较低或故障间隔时间较长。因此对于该系统中所有不满足MTTR 指标的I、II 类项目，应通过DR 相关的分析报告、技术文件等，再次确认系统的DR 预计值满足系统的DR 指标。如果未超出所分配的系统DR 指标，则认为这些MTTR 超出航线维修时间要求的项目仍是可接受的，最终确认为LRU；若超出所分配的系统DR 指标，则进行下一步。

6 LRU 设计改进的定性分析

对于MTTR 不满足DR 指标的I、II 类项目，本身仍应当作为LRU 的，只是其MTTR 指标不满足要求。对于这类项目，建议考虑设计改进，列入LRU 设计改进清单。在飞机设计尚未定型时，应尽早开展定性分析，便于及早进行设计改进。定性分析的目的是分析MTTR 时间过长的原因，针对原因评估作为设计改进的依据。定性分析应从组成MTTR 时间的构成要素上入手，主要涉及维修性（含测试性）的因素，重点考虑以下因素。

6.1 故障检测和隔离时间涉及到的测试性因素

由于I 类项目发生故障时不能签派，必须快速准确地定位故障，以免引起航班延误或取消，因此对于I 类项目建议优先采用机内自检测（Built In Test，BIT）检测手段，而且尽量隔离到LRU，即隔离率为1。对于其他类项目，若故障检测和隔离时间较长，首先考虑是否因故障不易检测和隔离而造成，在技术可实现的前提下，也尽量采取BIT 检测方法。

6.2 故障件接近、更换和更换后调校涉及到的维修性因素

（1）LRU 接近数据。检查通道是否能够快捷打开，口盖尺寸是否便于维修人员进入或接近，是否有妨碍接近LRU 的管路、线缆，管路或线路是否可以移动安装位置。

（2）LRU 更换数据。LRU 安装和连接方式方面是否标准、简洁，拆换操作工艺是否复杂，更换后的调校、测试（如有）是否简便易行。

7 形成最终的LRU 清单汇总

经过上述一系列分析，形成了最终的LRU 清单。LRU 清单可用于客服产品的输入，如技术出版物、维修工程分析、备件推荐清单、培训方案等。LRU 清单包含LRU 设计的必要属性，如SNS 编号、名称、功能、影响签派的类别、MTBF、MTTR、接近信息、更换信息和保障资源等。

8 结论

本文所讨论确立的LRU 设计与定义方法，主要基于LRU的特点展开，充分考虑了产品功能因素、现场更换的保障条件因素、可靠性定量指标DR、维修性定量指标MTTR 以及维修性和测试性的定性指标等因素对LRU 设计的影响，同时将这些影响因素有机融合，形成LRU 定义的逻辑分析流程。相较于传统的基于经验的定义方法，更多地采用了定量分析方法并结合定性分析，有效提高了LRU 设计的合理性，便于度量LRU 设计的优劣程度，更具有先进性和实际指导意义。本文所确立的方法已经过某型机的工程实践验证，取得了良好的效果。