大中型无人机维修保障体系建设的思考

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  无人机产业是现代航空航天技术与网络通讯技术、人工智能、大数据领域融合发展形成的战略新兴产业,也是我国为数不多的可在高新技术领域与欧美日俄实现并跑甚至领跑的产业之一。“十三五”以来,无人机从军用到民用、从消费到工业,得到了极为广泛的应用,众多产业通过“无人机+”增值赋能,实现了产业升级换代。工信部在《关于促进和规范民用无人机制造业发展的指导意见》中指出:“到2025年,民用无人机产值达到1800亿元,年均增速25%以上。四川、广东、湖南、海南、陕西、江苏、上海等众多省市均在产业规划中将无人机产业定位为须着力打造的极具发展潜力的优势产业。在百年之未有的大变局下,无人机装备对部队战斗力生成、提升国家安全的作用更加突出。”习近平主席在空军航空大学视察参观时讲话,“要加强无人作战研究,加强无人机专业建设,加强实战化教育训练,加快培养无人机运用。” 随着无人机系统在军民领域的广泛应用,无人机市场规模和应用领域不断扩大,除了消费级无人机的持续火热,工业级无人机在农业植保、航测、警用、电力、能源、环保、应急、人工影响天气等领域成为新的热点。随着行业应用的深入,中小型无人机因续航、载荷、环境适应能力不足而短板凸显,大中型无人机技术、产品创新加速,应用领域快速拓展,市场迎来较大增长。2020年5月中国民用航空局航空器适航审定司在《民用无人机产品适航审定管理程序(试行)》和《民用无人机系统适航审定项目风险评估指南(试行)》(民航适发〔2020〕9号)中规定,为了满足公众对民用无人驾驶航空活动的需求,促进我国民用无人机产品的设计、生产和安全运行,根据其实际使用情况,提出基于风险的适航审定原则,实施分级审定。基于风险管理的无人机适航审定进入实质性运作阶段,系统的维修保障体系是大中型无人机安全适航运行的基础与重要保障,其体系的探索建设也迫在眉睫。
  1 适配产业发展,亟需探索建设大型无人机维护保障体系
  在“十三五”规划的第五部分高端装备,第18条内容中明确指出要推进干支线飞机、直升机、通用飞机和无人机产业化。无人机产业化成为“十三五”规划新风口。在“十三五”期间,无人机行业在各方面都快速发展。在技术方面,随着航空技术、网络通讯技术、人工智能、大数据领域的发展与融合,无人机技术从平台系统到载荷数据处理技术得到快速发展;在需求应用方面,无人机从军用到民用、从消费到工业,应用领域得到广泛的拓展;在社会基础方面,无人机从专业群体到普通大众人群,得到了广泛认知与认同。无人机快速发展也带来很多问题,“黑飞”现象层出不穷,带来极大的安全隐患。在“十三五”期间,无人机从自由“黑飞”到分级分类的风险管控试点,相关法规体系逐渐建构。
  “十四五”规划中指出未来国家战略性科学计划将瞄准人工智能、量子信息、集成电路、空天科技等前沿领域,实施一批具有前瞻性、战略性的国家重大科技项目。无人机行业作为具有重大战略意义的行业,未来将向自主控制、高生存力、高可靠性、互通互联互操作等方向发展。未来,无人机需求将从产品性能需求向以任务作业与服务能力为核心的需求转变;无人机任务与作业领域将向多样化、专业化方向发展;民用无人机将从消费工业应用向无人机运输拓展;无人机平台将向长航时大中型化和微小型使用灵活化两极发展。无人机产业规模化发展已势不可挡,未来我们的生活中将出现越来越多的无人机。
  随着大中型复杂无人机广泛应用,无人机产业生态将系统建构,无人机研制生产运营正逐步分离,专业化无人机运营公司将成为无人机购买及应用的主力军。无人机產业发展初期,由于轻型无人机使用相对简单易学,对使用者入门门槛相对较低等原因,无人机企业多是研制生产运营一体化,产品多由行业使用者购买。随着中大型无人机的广泛应用,无人机操控、作业、维护要求越来越高,空域申请规范化使用等客观条件使得无人机运营专业化。无人机产业将进一步细分,无人机产业服务体系将从10个领域系统建构:围绕无人机系统与任务载荷制造的研发生产、试验试飞服务;基于风险管理的无人机设计/生产函的适航服务;围绕无人机系统运营商的运营服务;基于安全与适航的维护维修保障服务;面向运营与作业的机场、空域、气象、航路服务;特别是面向无人机物流与运输的航线航路服务;基于安全与风险的综合监管服务;面向行业应用作业的飞行作业服务;无人机应用信息与数据处理服务;支撑无人机全产业链的人才培养与培训服务。如图1所示。
  无人机行业全面快速发展,无人机维修保障体系也需要跟上步伐。相对传统飞行器而言,无人机系统自身特性带来新的维修需求,在机型与任务方面将呈现更加多元化;人机系统、维修人员的需求将更加复杂化、多样化;在维修保障方面,飞行器、任务载荷、控制站、数据链路等特殊的构成部分对维修保障提出了更新、更高的要求。然而,无人机系统的包装、运输、组装和拆卸等环节可能会引入人为缺陷。
  目前,无人机产业发展快速,维修保障体系并没有跟上步伐。维修保障体系与产业发展并不适应,主要体现在以下几个方面:一是缺乏顶层设计,维修理念与理论研究滞后于技术与产业的发展。二是缺乏标准引领,维修保障资源特别是维修保障基础设施缺乏、系统故障模式和故障数据等软硬件技术资源规范缺失,维修人员资质与职业体系尚未建立。三是维修技术研究不足,核心维修保障能力形成滞后。四是政策法规制度尚未覆盖,通用的维修管理系统尚未形成。技术与产业的快速发展、广泛的军民应用,迫切需要转换传统的维修保障思维加快探索,建构适配产业发展的大中型无人机维修保障体系。
  2 基于安全与适航的大型无人机维护保障体系建设的几点思考
  2.1 指导思想
  我国有人机的体系大多数都是“拿来主义”,在早期大都是直接引进欧美或前苏制标准。大中型无人机维修保障体系的建构正在回归正向制定过程,基于工业实践形成企业规范,从企业规范总结而形成行业规范,从行业规范提炼建构体系。
  大中型无人机维修保障体系的建构要与行业的发展需求相适应,要学习借鉴,更要创新实践。新的领域,新的机会,新的思路:一是要具有彻底的开放性,各责任主体能够自由、自主参与,能够适应发展;二是要具有统一的约束性,清晰的边界条件,各责任主体能够自我创新、能够平等沟通。三是要具有分布与互联性,简单适用,才能高效畅通;层级合理,才能有效控制。四是要具有统一的适航性,贯彻基于风险的适航评估审定;打通军民体系壁垒,既有传统民航的规范性,又有装备体系的技术性;既能满足国内需要,又要与国际接轨,便于走出去。五是要具有适度的安全性,基于实际需要,注重风险管控,又不过度宽泛。六是要具有军民一体性,既重性能,又重状态;既保军,又便于民。


  2.2 模型建构
  建构大中型无人机的维修保障体系其目的是保持、恢复无人机系统达到规定的技术与适航状态。维修保障是一个宽泛的概念,既包括技术活动、又包括管理活动,更是一个体系运行过程。在大中型无人机维修保障体系的建构过程中可以引入霍尔的系统工程理论,建立如图2所示的体系模型。系统模型包括管理体系、内容体系、要素体系三个维度。管理维是维修保障职能分配与约束,要素维是维修管理的对象,内容维是维修保障实现的过程,三者相互作用形成三维立体结构,是组织、方法、过程与资源有机结合整体。管理体系通过要素的管理和作业内容的实现过程的管理、资源的分配、体系的管控、考核评价等。要素体系是管理体系实现的操作对象,也是内容体系实现价值的资源体条件。内容体系通过要素实现维修保障作业过程并相应管理体系的监督和考核。


  大中型无人机维修保障体系建构需要从管理体系、内容体系、要素体系三个维度进行建构。在维修保障管理体系建设方面,需要基于基于性能、基于状态建构管理思想;基于军民统一,高效融合建构管理体制机制;基于务实、科学、发展,建构政策法规。在维修保障要素体系方面,需要在维修人员管理、维修产品管理、维修方法、实施评估等方面进行建构;在维修保障内容体系方面,需要在维修设计、维修作业技术文件、维修作业机构、维修保障科研、维修保障训练等方面建构。模型搭建后,各系统的设计建设将是较为长期的渐进过程,要素体系中的维修人员资质体系设计建构是需要优先考虑的重要体系之一。
  3 基于适航理念的大中型无人机机型维修人员资质体系设计
  以下介绍的大中型无人机机型维修人员资质体系是根据某系列中高空长航时、侦察/打击一体化多用途无人机军民用需求设计建构。该无人机系统具有全自主水平轮式起降和巡航飞行能力、空地协同能力、地面接力控制能力,平台飞行性能、载荷装载能力、数据传输与控制能力优秀,可适应复杂使用环境下的多种任务需求。在国际上已为用户提供了基于任务需求的多种解决方案,已成功装备多个用户,实现大强度常态化使用和实战应用,战果显著;在国内已在人工影响天气、应急通讯中继等领域深入应用,发挥着重要作用。该体系的搭建既要考虑对标国际标准体系,满足国外用户需求,又要满足国内大中型无人机系统适航取证与安全运行的需要。
  3.1 总体思路
  首先是学习借鉴、系统建构。基于客户需求,学习民航在有人机适航管理方面的成功经验和好的做法,借鉴国外军民无人机相关规章条例要求,融入无人机机务维修专业体系的相关内容。二是基于维修人员工作类别,立足其岗位任职能力与职业成长。三是专业融通与专业精通,维护保障通用化,故障修理专业化。四是基于军民融合与国际接轨。
  3.2 维修工作类别
  分析某型无人机在国内外的使用情况,提出了大中型无人机的维修工作的类别,主要包括例行工作与非例行工作。例行工作是指一般勤务工作,主要包括:(1)进出场指挥、停放、推、拖、挡轮档、拿取和堵放各种堵盖;(2)为飞机提供电源、气源、加(放)油料、充气;(3)必要的清洁和除冰、雪、霜;(4)控制站的布站与收置;(5)机体的分解与恢复;(6)其他必要的勤务工作。非例行工作主要是检查、排故、翻修等,包括:(1)飞行前、后例行检查(包含但不限于机库内、机库外项目、起飞点检查)等航线维修工作;(2)无人机系统功能性测试;(3)无人机系统周期性定检;(4)排故与修理;(5)改装与翻修。
  3.3 大中型无人机机型维修人员资质体系框架
  在满足当前军民用航空器用户需求的前提下,以现有某型大中型无人机系统维修的规范为基础,参照中国民用航空局、中央军委装备发展部相关规定和标准,借鉴国外大型无人机系统维修人员先进管理经验,按照“分类”与“分级”结合的原则构建大中型无人机系统机型维修人员资质体系。体系框架如图3所示,体系核心内容如下:
  3.3.1机型维修人员分级
  基于维修人员工作类别,结合其岗位任职能力与职业成长,将大中型无人机系统维修人员分为3、5、7、9级,如图3所示。其中,3级机型维修人员(Apprentice Level 3)是指能够完成无人机系统一般勤务,飞行前、后例行检查等航线维护工作;具备一般成部件拆卸/安装能力,常规飞行保障能力;具备人为差错防控能力和质量、安全意识。5级机型维修人员(Journeyman Level 5)是指能够完成无人机系统功能性测试、周期性定检等工作;具备无人机系统检查、保养、典型故障排除、复杂成部件拆卸/安装能力;具备工作分配、组织实施、检(抽)查和总结改进的能力;具备质量隐患、安全风险的识别和处置能力。7级机型维修人员(Craftsman Level 7)是指能够完成系统排故与修理;具备更高的修理、检查、故障定位和诊断技术;能分析本机型或相似机型的历史质量、安全问题和事故;能制定计划、控制进度,组织管理维修项目。9级机型维修人员(Superintendent Level 9)是指能够组织完成改装与翻修;能解释和解决技术问题;了解国家、省(直辖市、自治区)、行业的航空法规和标准;具有预估、预算和管理维修项目资金的能力。
  3.3.2机型维修人员专业设置
  3级维修人员不分专业。5级及以上维修人员设置五个专业:机电维修(ME)、航电维修(AV)、发动机维修(PP)、控制站维修(CS)、任务载荷维修(MP)。其中,控制站维修专业包含链路地面终端、差分引导站维修,航电维修专业包含链路机上终端维修。
  3.3.3 专业签署限制
  证书持有人员按5级、7级、9级专业培训大纲完成升级培训,可申请在该证书上增加相应等级的专业签署。证书持有人员的专业签署须按5级、7级、9级对应专业逐级晋升。证书持有人员可以跨专业参加培训,考核合格后增加相应专业签署。
  4 结束语
  无人机的本质是网络环境下数据驱动并受到航空航天相关法规监管的空中移动智能体,作为一种基于未来的智能载体,引导驱动现代航空航天、通信导航、人工智能、大数据等技术融合发展,对科学、技术、产业发展驱动效应显著。“十四五”期间,在现有的航空航天产业基础上,我国独特的经济和政治环境正在推动无人机、个人空中移动和数字基础设施层的发展,使其得以运行,随着相关法律法规的逐步建构完善,无人机规模化的产业生态将系统建构。大中型无人机系统军民应用领域将快速拓展,为确保适航、提升安全运行能力,其维修保障体系也需要加快建设步伐。本文是根据2021年北京“第三届中国智慧通航发展高峰论坛暨‘十四五’中大型无人机发展研讨会”上的论坛报告整理而成,仅按基于适航理念和军民融合的思路,对大中型无人机维修保障体系的建设提出了一些构想与探索,要建立系统的体系还任重道远,需要各方协同努力,共同促进,深入探索实施。


  参考文献
  [1] 何先定, 劉明鑫,等. 无人机操控技术及任务设备[M]. 北京:航空工业出版社,2020-9.
  [2] 于占海, 冯建国,等. 航空维修保障体系军民融合建设[J]. 测控技术, 2019,38.
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  [4] 周晓卫,金戈. 无人机系统综合保障技术分析[J].工程技术研究,2020,5(02).
  作者简介
  何先定,教授、高级工程师,主要研究方向为无人机应用技术、航空维修技术。
  *基金项目:适应新兴产业发展,产教科融合建设高水平无人机应用技术专业的探索
  项目编号:2021067K(四川省职业教育教学改革研究重大项目)
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