民用航空维修理论发展历程简介
这一期让我们聚焦从业人员上百万、市场价值超过10万亿的庞大行业——航空维修产业，聊聊这个行业内观念的转变和历史发展的故事~
航空维修对航空器及其上的技术装备进行的维护和修理。保持提高飞机的可行性，确保飞机的安全。是航空器使用的前提和必要条件，也是航空业的重要组成部分。航空维修作为航空实践活动中重要组成部分，同任何事物一样，都是从低级向高级、从简单到复杂一步步发展起来的。飞机发明之初的航空维修鉴于当时的工业水平和对航空装备的认识，还处于小作坊的模式，没有专业的维修人员、没有理论指导，没有体系支撑，什么地方坏了就修理那个部分。修理的目的仅仅是好用就行。从人类在航空维修方面的经验和认识来看，从飞机问世至今的一百多年，航空维修的发展大致经历了三个历史时期：
早期的三翼飞机
第一时期：20世纪30年代以前
飞机出现以后，在20世纪初期的科学技术进步和工业技术革命的推动下，飞机的性能提高很快，飞行速度几乎每3年翻一番，飞行高度和航程也成倍增长。人们根据不同的用途生产出了不同的飞机。一次世界大战前，英、美、法、德、意等国家争相发展航空事业；同时，西方各国还成立了一些航空学校，用来培养飞行员和维修人员。
德国一战时期的信天翁飞机
飞机制造技术的进步带来了飞机结构的复杂化和多样化，飞行架次和里程指数式的增长，航空技术在某些方面的不成熟同时需要更多的维修工作。随着人们对飞行安全和飞机运营特点的认识和飞机数量的增加，维修开始逐渐成为一种独立的专业技术，从工艺和方法上与制造业开始分离。随着航空技术的发展，飞机维修成为航空工程的一个具体技术分支和一门复杂的专业技术。
道尼尔DOX飞跃大西洋航线
此时的维修基本上属于一门操作技艺，缺乏系统的理论。当时的机器大多数采用皮带、齿轮传动。由于设备相对简单，可以凭眼睛看，耳朵听，手摸等直观判断或通过师傅带徒弟传授经验的办法来排除故障。因此认为维修是一门技艺，这是符合当时客观实际的。
随着生产的发展，出现了流水线生产。为了使生产不致中断，本世纪20年代美国首先实行预防性的定时维修，即事先在某固定时刻对设备进行分解检查，清洁、更换翻修，以预防故障的发生。这种定时维修在减少故障和事故，减小停机损失，提高生产效益上，确实明显优于早先的对设备“不坏不修，坏了才修”的事后维修。因此，定时维修的方法被各国普遍采纳，在各种设备维修中占据了统治地位。这种传统的定时维修基于这样一个概念，即设备的每个机件工作时就会出现磨损，磨损就会引起故障，有故障就存在不安全性。因而每个机件的可靠性与使用时间有直接的关系，都有一个可以找到其使用寿命。定时拆修间隔期，即“到寿”必须拆修，以确保安全性和使用的可靠性。并且认为，拆修得越彻底，分解得越细，防止故障的可能性就越大；定时维修工作做得越多，则可靠性越高。航空维修业业普遍接受这种观念，进行定时维修。
第二时期：二次大战至50年代末
第二次世界大战期间，各国为了保证航空器在战争中的出勤率，采用了多种多样的组织管理体系对飞机维修工作加以管理，管理思想和维修方式对于全球战后的民航维修工作有着深远的影响。
C46运输机维修现场
第二次世界大战以后，大量的军用运输机改为民用，各国相继出现了大量的航空公司，市场对航空运输的巨大需求促进了航空技术的提高。1956年，民航客机飞行速度已经达到571公里/小时；1959年，涡轮喷气发动机的使用将飞行速度提高到816公里/小时。民航运输对航空器的安全性和经济性提出了更高要求，但是航空维修在二次大战结束后开始的一段时间里继续沿用战时的维修体制。随着民航运输管理当局对维修工作提出一系列的要求，航空器维修工作出现了重要变化。
DC-3客机至今还在服役
在航空维修的组织上，各个航空公司开始成立本公司的维修工程机构，由专业的技术人员负责飞机维修工作；飞机和附件制造厂商成立了大小不一的独立维修公司，承担民航飞机的维修任务，参与维修市场竞争。
在航空维修技术方面，早在50年代初期，喷气式发动机已大规模在军用飞机中应用。随后几年间喷气式运输机就成了国际航线的主要机种。与此同时，机载设备技术发展迅猛，机载雷达、通信、导航系统引入了大量复杂和精密的仪器。航空技术的发展对航空维修工作提出了一系列的要求。首先要求专业分工更加细致，维修技术更为精密，尤其是对飞机各个系统和机载设备的修理，采用以往的简单工具和目视检查，依靠经验判断的方法已经不能胜任。开发先进的维修技术和维修手段成为这一时期维修工作的课题。此外，随着民用航空器日趋复杂、功能更为强大，分析和研究各个系统、部件的失效机理及相应的维修手段成为航空维修科学研究的核心问题。这一时期，人类在航空维修理论研究，包括维修工艺技术、维修手段、维修组织体系以及故障机理等方面取得了很大进步，为下一个时期维修观念的更新和维修科学研究的发展，进行了必要的尝试和准备。
第一种喷气客机彗星号
此时的维修理论仍然以定时维修为主，针对影响安全的故障问题，设计人员采用多裕度技术，因而大大削弱了故障与安全之间的关系。不过仍然认为拆修间隔与可靠性之间的关系没有改变。为此常常靠缩短定时拆修间隔期的办法来预防故障的发生，然而超出人们意料的是故障仍旧发生。于是认为所定的拆修间隔期仍然过长，因此就再缩短拆修间隔期来预防故障的发生。但发现，不管怎样缩短拆修间隔期，或加大拆修范围及拆修的深度，无论维修活动进行得多么充分，很多故障仍然不能防止和有效减少，故障率(单位时间内故障发生的次数)反而增加。频繁的维修，不仅限制了设备的使用，降低了可用率，而且消耗大量的人力和物力，增加了维修费用，同时也增加了人为差错发生的概率。50年代末，美国航空公司的维修费用约占使用总费用的30％，美国空军有30％的人力和将近三分之一的经费用于维修，维修费用超过了购置费用，形成了“买得起，用不起”的现象。由此人们对多做维修工作能预防故障的效果产生了怀疑。
第三时期：从20世纪60年代至今
从本世纪60年代初开始，随着新技术革命的到来，电子技术、计算机技术、材料工程技术和信息技术等在航空科学领域的开发应用，民用航空器从设计思想到制造技术都发生了革命性的变化。
以波音737飞机电子设备为例，由70年代初期的200系列发展到90年代初期的NG系列以及现在的MAX系列，改进和增加了很多系统，例如中央航电、电子仪表系统、风切变探测系统、全球定位系统等。这些设备新的技术性能使得“维修”已经不是一种简单的工艺技术，维修必然成为一门综合性技术学科。
今天的航空维修不仅包括对飞机和各个系统的排故、修理等恢复性工作，还包括对系统和部件的失效模式和机理的分析和研究，以便改进飞机的设计和制造方法。在可靠性理论和维修性理论方面的研究使得人类对航空器维修的本质和规律的理解进一步深化，与之相应的维修体制也进行了全球性的改革，维修观念和思想有了较大改变，建立了航空维修工程学科。
1960年，美国联合航空公司首先提出“我们懂得飞机维修的基本理论吗?”和“我们懂得为什么要做所做的事吗?”两个问题。如何以最小的成本取得最佳的维修效果，就成为当时摆在人们面前的一个紧迫问题。
1960年，美国联邦航空局（FAA）与联合航空公司（UA）双方的代表组成一个维修指导小组(MaintenanceSteeringGroup，MSG)，对可靠性与拆修间隔期之间的关系进行研究。由于可靠性工程、维修性工程、故障物理学和故障诊断技术等新兴学科的相继出现，以及概率统计、数学和管理科学的新发展，为研究维修问题提供了理论基础。经过多年的实践，不仅积累了维修经验，还取得了进行科学研究的实践数据和资料。在此基础上，l961年11月7日颁布了《联邦航空局/航空工业可靠性大纲》(FAA/IndustryReliabilityProgram)，大纲中指出：“过去人们过分强调控制拆修间隔期以达到满意的可靠性水平，然而经过深入研究后深信，可靠性和拆修间隔期的控制并无必然的直接联系。因此，这两个问题需要分别考虑”。人们发现浴盆曲线规律只适用于构造比较简单的产品以及现代复杂设备中的一些简单机件。研究人员发现航空机件的故障曲线有六种基本形式（如图），复杂产品没有耗损期的这一重要规律的发现，推翻了浴盆曲线适用于一切情况的假设
这个研究成果对于传统维修观念——机件两次拆修间隔期的长短是影响可靠性的重要因素——是一个直接的挑战。于是，1961年11月开始对航空发动机进行维修改革试验，1963年2月又在DC-8飞机和波音720飞机上进行试验。试验结果证明，尽管其拆修间隔期不断延长，但可靠性却未见下降。所以FAA于1964年12月发出AC120～17通报，“允许使用单位在制订自己的维修控制上有最大的灵活性。”1965年1月联合航空公司按此通报进一步进行“涡轮喷气发动机可靠性大纲”试验。接着，人们尝试将各种可靠性大纲中所学到的东西综合起来，以研究出一种通用的制订预防性维修大纲的方法，1965年首次出现了一种初始的“决断图”方法。1968年7月出现“MSG-l手册：维修的鉴定与大纲的制订”，用于制定波音747飞机预防性维修大纲，这是以可靠性为中心的维修理论在民航飞机上实际应用的第一次尝试，并获得了成功。例如对该型飞机每飞行两万小时所做的结构检查只需6.6万工时，而按照传统方法，对于一架小得多的且复杂程度相对低的DC-8飞机，进行相同的结构检查需要400万工时，相差60倍。
采用MSG-1理论的波音747
以可靠性为中心的维修理论在使用中进一步得到完善，1970年3月形成的“航空公司／制造公司的维修大纲制订书——MSG-2”，用于制订洛克希德L-1011和道格拉斯DC-10飞机的初始维修大纲，取得了成功。经济上得益于这种方法的例子是，按传统的维修大纲，需要对DC-8飞机的339个机件进行定时拆修，而基于MSG-2的DC-10飞机维修大纲中只有7个这样的机件，甚至涡轮喷气发动机也不属于定时拆修的机件。这样不仅大大节省了劳动力和降低了器材备件的费用，而且使送厂拆修所需的备份发动机库存量减少了50％以上。这种费用的降低是在不降低可靠性的前提下达到的。1972年欧洲编写了一个类似的文件(EMSG-2，EuropeanMSG-2)作为空中客车A-300及协和式飞机的初始维修大纲的依据。
采用MSG-2理论的洛克希德三星飞机
70年代初，美军装备的维修费用以相当惊人的幅度增长，而与此同时采用MSG-2的民航维修费用却下降了30％，因而引起了美国军方的注意。为了提高维修的经济性和有效性，美国国防部下决心推广民航的经验，首先在已装备的军用飞机上采用以可靠性为中心的维修理论制订的飞机预防性维修大纲，并获得了明显的效益。
纵观民航飞机维修发展历程，从1960年起，许多国家，尤其是美国的民航界运用现代科学技术，对飞机维修的基本规律进行了探索，到60年代后期形成了以可靠性为中心的维修理论，产生了MSG-l和MSG-2方法，并据此改革了传统的定时维修，经实践检验获得成功。这就是维修从技艺发展为科学的重要标志，维修理论学科从此产生了。
1978年美国联合航空公司诺兰等受国防部的委托发表了《以可靠性为中心的维修》专著，使以可靠性为中心的维修理论又向前迈进了一大步。从此人们把制订预防性维修大纲的逻辑决断分析方法统称为RCM(Rehability - Centered Maintenance)。
进入80年代后，以可靠性为中心的维修理论又有了进一步的发展。1980年西方民航界吸收了RCM方法的优点，将“MSG-2”修改为“MSG-3”-1修要求》等。
飞机维修现场
1990年9月英国阿兰德公司奠布雷在RCM和“MSG-3修改1”的基础上，结合民用设备的实际情况，提出了“RCM2”，到1997年底已在许多国家的钢铁、电力、铁路、汽车、地铁、海洋石油、核工业、建筑、供水、食品、造纸、卷烟及药品等行业广泛应用。
1979年，我国民航和空军首先引进了以可靠性为中心的维修理论，取得了较好的效果。随后，海、陆军和各工业部门也逐步开展研究和应用。例如某型护卫舰发动机应用以可靠性为中心的维修理论，使寿命延长了38％，1987年在国产民用运输机上全面开展RCM研究，取得了成功。
1989年5月，原航空航天工业部发布了航空工业标准HB6211-89《飞机、发动机及设备以可靠性为中心的维修大纲的制订》，并运用于轰炸机和教练机维修大纲的制订。1992年总后勤部、国防科工委发布了国家军用标准GJBl378《装备预防性维修大纲的制订要求与方法》，并于1994年3月颁布了该标准的《实施指南》，用标准的形式对RCM加以规范化，并用于指导各类武器装备维修大纲的制订。2000年起，国产民用飞机开始采用MSG-3进行维修大纲的制定，民航相关部门也依据该标准进行维修大纲审定。例如：MA60、ARJ21、AG100、C919等机型。
自从60年代美国民航界首先创立以可靠性为中心的维修理论以来，经历了怀疑、试验、肯定、推广和制订标准的过程，近40年来在指导维修实践的过程中，该理论不断地得到发展和完善。今天，这一理论已成为指导机械、机电、电器和电子等各类设备维修的共性基础理论。
进入21世纪以来，大规模集成电路技术广泛采用，故障诊断技术、传感器技术、人工智能、大数据、5G等新型技术迅猛发展。航空维修技术和维修理论也实现了跨时代的变革。航空维修已经从以可靠性为中心结合维修经济性的预防维修转变成基于新技术广发运用的实时监控、健康管理。2018年国际航空运输协会（IATA）发布了MSG-3文件的IP180意见，建议各国民航结合实时监控和健康管理对MSG-3分析工作增加了预测性维修任务的分析。民机维修进入了以健康管理为基础，采用大量人工智能技术的预测性维修时代。
（作者：苏茂根 中国商飞客服公司）
