基于工程法的通用飞机维修成本预测研究_陈晓楠.pdf

73AVIATION MAINTENANCE&ENGINEERING航空维修与工程2023/1 二乘回归、GM（1，1）模型、机器学习等方法对商用飞机的维修成本进行 预测。与军机和民机相比，通用飞机在系统构成、性能参数、维修方式等方面有很大区别，现有的成本预测方法只能提供部分参考，通用飞机维修成本的预测工作应体现其特殊性。例如，如果利用参数模型对通用飞机维修成本进行预测，需要考虑成本影响变量（可靠度、维修度、飞行时间、平均故障间隔时间等）与维修成本或成本变量之间的相关关系。一方面，对成本数据的质量和数量要求较高；另一方面，不能考虑到通用飞机突发故障对维修成本的影响。本文采用对通用飞机维修成本自上而下、精细划分的分析思路，提出利用工程估算的方法对通用飞机维修成本进行预测研究，以获取相对精确的维修成本估算值。0 引言 与商用飞机相比，通用飞机以市场化程度高、飞行方式灵活、价格低廉、使用维修方便等优点越来越受到关注1。特别是，自 2010 年以来我国相继颁布了多项低空空域开放政策，极大地促进了通用航空在国内的发展。伴随通用飞机的广泛应用，其经济性问题越来越受到飞机运营商和制造商的重视2。对通用飞机运营商而言，选择一款入手价格合理、后期故障少的机型对后期运营管理大有裨益。对通用飞机制造商而言，一款高性价比的机型对提高市场竞争力、开拓销售市场十分重要。维修成本是寿命周期成本（LCC）的重要组成部分，对其成本预测方法开展研究，对于通用飞机改型设计阶段的优化设计、缩减 LCC 等至关重要。国外对飞机维修成本的预测工作起步较早。早在 1944 年美国运输协会（ATA）就创建了 ATA 估算方法3，对飞机的维修成本开展评估工作。此后，波音和空客分别于 1971 年4和 1988 年5 提出本公司的维修成本估算方法，欧洲航空协会（AEA）于 1989 年建立了AEA 的飞机维修成本预测模型，美国国家航空航天局（NASA）于 1995 年提出NASA 系列维修成本预测方法6。此外，国外研究人员在研究中发现，影响飞机维修成本的关键因素是飞机的可靠性和飞行时间，并建立了相关参数模型对飞机的维修成本进行预测。国内对飞机维修成本的预测工作起步于 20 世纪 80 年代。中国民航大学于 1995 年7尝试利用欧洲航空协会建立的 AEA 算法对国内商用飞机的维修成本进行预测，在证实 AEA 方法的通用性后，对我国多家航空公司飞机选型工作提供了帮助。中国商飞和南航于 2003 年联合创建了商用飞机的维修成本工程估算模型8。还有一些相关研究人员尝试利用作业工作法、偏最小基于工程法的通用飞机维修成本预测研究Prediction of Maintenance Cost of General Aviation Aircraft Based on Engineering Method 陈晓楠1张广林1褚世永1陈宣友1黄俊2仪明旭2/1 航空工业发展研究中心2 北京航空航天大学航空科学与工程学院摘要：通用飞机应用范围较广，开展有效的成本管理工作，获取高性价比机型是各国通航厂商研究的热点之一。维修成本作为寿命周期成本的重要组成部分，对其进行精确的成本预测可为优化通用飞机设计、降低寿命周期成本提供支撑。针对我国开展通用飞机维修成本预测工作面临的困难，提出利用工程法对通用飞机维修成本进行预测。该方法基于自上而下、精细划分的分析理念，建立了一种层次分明的通用飞机维修成本预测模型，可为通用飞机维修成本核算提供参考。关键词：通用飞机；性价比；维修成本；工程法；寿命周期成本Keywords：general aviation aircraft；cost-effective；maintenance cost；engineering method；life cycle costDOI:10.19302/ki.1672-0989.2023.01.00774航空维修与工程 AVIATION MAINTENANCE&ENGINEERING2023/1 1 通用飞机维修成本预测的技术难点通用飞机用户在选购机型时首先考虑的是购买能力，即机型的研制采购成本，后期使用中会顾及通用飞机的维修和保养使用等成本。实际上通用飞机的研制采购成本仅占寿命周期成本的一小部分，绝大部分的使用维修成本因不能直观体现而被用户忽略。近年来，国内在军用、商用飞机的维修成本预测方面开展了许多研究，但在通用飞机维修成本预测方面的研究较少，国内通航产业发展晚、机型少、商业保密等，导致我国通用飞机维修成本预测研究与国外存在差距。与国外在相关问题研究上的差距主要表现在成本数据的有效性和充分性两方面。国内通用飞机机型少，国产机型大多处于待售状态，进口机型占据绝对比例。目前国内在役的近三千架通用飞机大多来自国外，如钻石公司生产的DA42 和 DA40 系列、美国塞斯纳公司生产的 172 系列、泰克南公司生产的 P系列、索卡达公司生产的 TB 系列、西锐公司生产的 SR20 系列等。我国虽相继推出由石飞公司生产的小鹰系列和沈阳通航研究院生产的锐翔系列等机型，但与国外知名通航产商生产的机型相比存在全寿命体系缺乏、维修不便、零件通用性差、安全性差、销售价格昂贵等问题，导致国内机型在国际市场上的竞争力较差，使得通用飞机维修成本预测研究没有引起足够的重视。国内通用飞机维修成本相关数据收集和留存的意识薄弱，各运营商未建立起通用完备的数据整理程序。民航局前瞻产业研究院相关数据显示，国内通航市场由工农业、社会服务和私人飞行几方面组成，前两者占通航活动的近 80%，私人飞行仅占 20%左右。由于国内通用飞机社会公益性应用较频繁，较少考虑飞行的经济性，导致通用飞机维修成本相关数据未能第一时间得到记录留存。2 基于工程法的通用飞机维修成本预测研究通用飞机维修成本分析具有成本数据离散、成本影响要素多（包括使用因素、维修因素、机体本身因素，见图1）、时间跨度大等特点，常规的参数化模型难以获得精准的成本预测值。本文采用对维修成本自上而下、精细划分的分析方法，运用工程法对通用飞机的维修成本开展预测。2.1 工程法的原理对于通用飞机维修成本的预测工作来说，工程法的原理是对维修成本全部组成单元求和，求和项包括材料零件耗费、维修人员和管理人员开支等所有成本。应注意的是，在利用工程法进行成本预测前，需要完成对维修成本的全面描述，清晰准确地划分维修成本的层级，保证各项成本之间的独立性，不能包含交叉重叠的成本项。由于通用飞机后期维修的耗时费、零件材料费、人工费等数据相对容易获取，工程法在预测通用飞机维修成本方面具有明显优势，预测精准性达到 90%以上，不足之处是与常规的参数法相比在收集整理预测数据方面所需的时间更长。2.2 通用飞机维修成本预测模型建立利用工程法，首先对维修成本的各项层级（成本组成单元）进行划分，以Cmaintenance表示通用飞机的维修成本，进一步将其分解为间接维修成本 Cindirect和直接维修成本 Cdirect。其中，Cindirect表示在通用飞机维修过程中产生的行政、管理等成本，Cdirect表示在通用飞机维修过程中形成的材料、零件、人工等成本。通常，间接维修成本 Cindirect受通用航空企业的管理水平影响，不同的通航企业该部分的成本值有所不同。直接维修成本 Cdirect主要受通用飞机的使用情况、性能等因素影响，可对该部分成本值进一步细分。Cindirect与 Cdirect在某种程度上存在一定的比例关系，可令 Cdirect乘以相应的系数值 以获得 Cindirect数值，受通用航空企业的管理水平影响，取值区间为 0.5 2。与军用和民用飞机相似，通用飞机的维修工作包含两类：因突发故障进行的非计划维修和按定期检修计划开展的计划维修。因此，直接维修成本 Cdirect可进一步分解为非计划维修成本Cunplanned和计划维修成本 Cplanned。通用飞机的计划维修工作由发动机大修、定期检查和航线检查三部分组成。通用飞机的计划维修成本 Cplanned可由这三部分工作的成本值累加得到。航线检查的频率较高，维修人员需在飞机每次飞行出动之前和完成飞行任务后对飞机执行检查维修任务。单次的航线维修成本的主要影响因素通用飞机维修因素通用飞机本身因素通用飞机使用因素可靠性维修性机龄设计技术维修管理维修技术维修方案利用率平均航程使用水平图1通用飞机维修成本影响因素工 程 ENGINEERING 75AVIATION MAINTENANCE&ENGINEERING航空维修与工程2023/1 检查费用主要指维修人员的工资开支，所产生的成本相对较低。定期检查是指依据通航厂商在飞机售卖时配套的维修手册，按照飞行小时的时间间隔对飞机在预防性维修、零部件更换和补给相关消耗品等方面进行检查。通用飞机各定检项目的维修时间间隔各不相同。表 1 所示为 DA40 通用飞机维修手册中包含的定检项目类型及各定检项目维修时间间隔。在通用飞机使用过程中应特别注重对发动机的保养和维修，以避免因发动机故障而带来的事故。通用飞机的维修手册中还包含发动机大修内容，即在指定的时间间隔内应将发动机从机体中拆出，由维修人员对发动机开展大修工作，以提高发动机的可靠性。发动机大修时间间隔与发动机型号有关。表 2所示为部分通用飞机发动机大修的时间间隔。对计划维修成本 Cplanned的预测可通过对发动机大修成本、定期检查成本、航线检查成本求和得出。为计算通用飞机使用i 年时的 Ci-planned，设各维修类型的单次维修成本 Cj相同，通用飞机 Ci-planned可用各维修类型的维修次数 Lj与单次维修成本 Cj的乘积和表示。表 3 所示为包含发动机大修、定期检查和航线检查的计划维修成本 Cplanned的预测统计表。表1 DA40定检项目和维修时间间隔定期检查项目类型维修时间间隔（FH）定检一50定检二100定检三200定检四1000第一次结构定检6000第二次结构定检10000表2 通用飞机发动机大修时间间隔通用飞机发动机型号大修时间间隔（FH）赛斯纳 172RIO-360-L2A2000DA42TAE Centurion2.0s1200小鹰 500IO-540-MV51400DA40NGAE3001800DA40TDITAE Centurion2.01500表3 计划维修成本统计表维修类型单次维修成本（元）到第 i 年总的维修次数维修时间间隔（FH）航线检查C1L1T1定检一C2L2T2定检二C3L3T3定检三C4L4T4定检四C5L5T5第一次结构定检C6L6T6第二次结构定检C7L7T7发动机大修C8L8T8通用飞机到第 i 年使用阶段时的总飞行时间用 ti表示，则各类型计划维修方式到第 i 年的维修次数 Lj可表示为（1）综上，通用飞机某机型到第 i 年使用阶段的 Ci-planned可表示为（2）其中，Cj由单次维修人工成本和单次维修材料零件成本两部分组成。按照工程法的细分准则，单次维修人工成本可用人工时费、单人用时和维修工数量的乘积表示（3）其中，Cj_labor表示各计划维修方式单次维修成本，cj_labor表示单次维修工时成本/人，tj_labor表示单次维修时的工时数/人，pj是指单次维修参与的维修工总数。按照工程法的细分准则，单次维修的材料零件成本可由各材料零件的单价与消耗总量的乘积表示（4）其中，Cj_material表示单次维修的材料零件成本，cjk_material是第 k 个材料零件的单价，cjk_material表示第 k 个材料零件所消耗总量。通用飞机各类型计划维修单次维修成本 Cj可由 Cj_labor和Cj_material表示（5）因此，某型通用飞机 Ci-planned可表示为（6）由工程法对通用飞机维修成本进一步细分，超手册维修成本和故障维修成本是通用飞机非计划维修成本 Cunplanned的组成单元，但通用飞机每一次故障持续的时长、故障程度、维修时间、所需材料总量、维修工人总数等存在很大的未知性。从精确计算非计划维修成本 Cunplanned