戚燕杰 ，呂志剛 ，劉馬寶 ，侯立國 ，李立人

（1.西北工業(yè)大學(xué)，西安 710072；2.西安交通大學(xué)，西安 710049；3.北京飛機維修工程有限公司，北京 100621；4.精功集團，浙江紹興 312030）

壽命無極限：飛機壽命管理的技術(shù)革命

戚燕杰1，2，呂志剛1，2，劉馬寶1，侯立國3，李立人4

（1.西北工業(yè)大學(xué)，西安 710072；2.西安交通大學(xué)，西安 710049；3.北京飛機維修工程有限公司，北京 100621；4.精功集團，浙江紹興 312030）

通過對飛機壽命控制疲勞損傷、壽命監(jiān)控技術(shù)與飛機壽命管理思想等發(fā)展歷程的簡要回顧，揭示了安全性與經(jīng)濟性矛盾的尖銳性和復(fù)雜性。通過航空界現(xiàn)行的各種對策之歷史局限性與利弊剖析，闡述了飛機壽命管理技術(shù)革命的歷史必然性、迫切性與廣泛性（群眾性）。對國內(nèi)外飛機結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測（SHM）各類技術(shù)手段的優(yōu)缺點進行了對比分析，提出“簡單、可靠、經(jīng)濟、實用”是各類型技術(shù)能否最終勝出的金標(biāo)準(zhǔn)。對ICMS技術(shù)及其八大優(yōu)勢進行了扼要介紹，闡明ICMS技術(shù)在飛機壽命管理技術(shù)革命中的獨特地位和作用。對飛機壽命管理技術(shù)革命的性質(zhì)、維修產(chǎn)業(yè)革命、技術(shù)革命發(fā)展依靠的力量等問題進行了探討，指明飛機壽命管理技術(shù)革命所面臨的障礙與艱巨性。將ICMS技術(shù)對中國航空產(chǎn)業(yè)發(fā)展的意義、對飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計理念革命性改變的作用、對人類環(huán)境保護事業(yè)的意義、以及對其他工業(yè)領(lǐng)域的啟示與借鑒意義等積極因素進行了提示。

飛機使用壽命；壽命管理；技術(shù)革命；ICMS

本文是《壽命無極限：飛機壽命管理新理念》的姊妹篇[1]。飛機壽命的管理在現(xiàn)代航空企業(yè)管理中日益受到重視。經(jīng)濟性在維修中的地位越來越突出，飛機技術(shù)壽命管理的概念正在轉(zhuǎn)化為不同服役時間修理和換件等費用的新概念。用技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟指標(biāo)綜合評估確定飛機的使用壽命，是當(dāng)代飛機設(shè)計制造與使用維修方面所發(fā)生的重要變化，安全性與經(jīng)濟性矛盾呈現(xiàn)的尖銳性和復(fù)雜性，是對當(dāng)代航空企業(yè)管理（及相關(guān)領(lǐng)域）的新挑戰(zhàn)。新思想和新技術(shù)既可提高飛機的安全性，又可大幅延長飛機使用壽命，這對于增強飛機的客/貨運載能力、戰(zhàn)斗力和降低使用成本具有重大意義，經(jīng)濟效益、軍事效益都十分顯著[1-2]。

1 問題的由來

1954年1月和4月，英國2架“慧星”號民航客機先后因飛機結(jié)構(gòu)產(chǎn)生疲勞斷裂而在空中解體，機上35人和21人全部遇難，舉世震驚。自此，飛機結(jié)構(gòu)的疲勞損傷及嚴重危害引起了世界航空業(yè)的極大關(guān)注。

1955年，瑞典科學(xué)家Bo Lundberg撰文“飛機結(jié)構(gòu)的疲勞壽命”，開辟了用確定飛機壽命控制飛機結(jié)構(gòu)的疲勞損傷保證飛行安全的新領(lǐng)域。此后各國相繼開展了大量試驗研究工作。美國A.M.Freudenthal教授于20世紀(jì)70年代，率先把可靠性理論與飛機結(jié)構(gòu)的壽命研究結(jié)合起來，提出采用分散系數(shù)給出帶可靠度要求的機群安全壽命，從宏觀角度控制機群結(jié)構(gòu)損傷的方法，此方法一直沿用至今。

1975年，美國空軍首先制定了“損傷容限/耐久性”設(shè)計準(zhǔn)則，從結(jié)構(gòu)設(shè)計源頭入手，通過提高飛機結(jié)構(gòu)整體疲勞特性和把握裂紋擴展速率、控制裂紋臨界危險尺寸和采用耐久性修理的方法，保證機群的飛行安全和經(jīng)濟使用。該設(shè)計準(zhǔn)則被波音、麥道等飛機制造商全面采用貫徹，現(xiàn)已推廣到全球航空設(shè)計、制造業(yè)。

2002年5月25日，臺灣華航CI-611航班B747-200飛機發(fā)生空中解體事故，機上19名機組成員和206名乘客全部遇難。事故調(diào)查組從殘骸中發(fā)現(xiàn)飛機結(jié)構(gòu)多處疲勞，最終結(jié)論是：機身結(jié)構(gòu)多處疲勞斷裂導(dǎo)致空中解體。飛機壽命之問題再度引起世人的關(guān)注[3]。

近20年來，世界各國多型民用、軍用飛機按給定的設(shè)計壽命DSO、檢查周期進行使用和維修，仍然不斷地發(fā)生著空中解體的災(zāi)難性事故[2]。飛機結(jié)構(gòu)安全使用的可靠度遠未達到強度、剛度規(guī)范要求的99.87%！這究竟是什么原因？難道都是維修不充分造成的嗎？無限地縮短飛機結(jié)構(gòu)檢查的周期可能嗎？安全性與經(jīng)濟性矛盾的解決根本出路在哪里？……

2 壽命監(jiān)控技術(shù)與飛機壽命管理思想的發(fā)展

2.1 壽命監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展

20世紀(jì)40年代末期，西方一些發(fā)達國家就開始了對飛機疲勞載荷的監(jiān)控工作，迄今已有60多年歷史，目前已在軍用飛機上得到廣泛應(yīng)用。壽命監(jiān)控技術(shù)發(fā)展至今可劃分為4個時代：第一代是通過對飛機飛行小時和起落次數(shù)的記錄來實現(xiàn)的；第二代是電子式多參數(shù)記錄系統(tǒng)；第三代是在原有飛參記錄系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加了對疲勞危險部位應(yīng)變變化數(shù)據(jù)的記錄；第四代是飛機結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)（SHM），其在原有載荷監(jiān)控的基礎(chǔ)上增加了對疲勞關(guān)鍵部位損傷情況的直接實時監(jiān)控。

飛機結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)是通過使用涂層、光纖、壓電傳感器、聲發(fā)射、智能材料等先進技術(shù)對局部裂紋、腐蝕、磨損等情況進行直接監(jiān)測。用戶可根據(jù)監(jiān)測結(jié)果對飛機的修理或宣布到壽作出決策。這類技術(shù)自20世紀(jì)末問世以來就是全球航空界的研發(fā)重點，隨著這類技術(shù)的完善和推廣，傳統(tǒng)的飛機壽命管理理念和模式將發(fā)生革命性的轉(zhuǎn)變，由傳統(tǒng)的根據(jù)飛機使用時間確定維修時機轉(zhuǎn)變?yōu)楦鶕?jù)結(jié)構(gòu)損傷狀態(tài)來確定維修時機。這將提高飛機安全性，維修費用、維修工時及停機時間將隨之劇減，飛機使用壽命大幅增加，是今后的發(fā)展方向[4]。

2.2 飛機壽命管理思想的發(fā)展

飛機壽命的管理經(jīng)歷了由“機群壽命管理”向“單機壽命管理”發(fā)展的過程。當(dāng)前，航空技術(shù)發(fā)達國家對飛機壽命的管理均采用了基于載荷（應(yīng)變）的單機壽命管理思想。隨著SHM的出現(xiàn)和發(fā)展，產(chǎn)生了基于結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)監(jiān)控的單機壽命管理的理念和思想。

“機群壽命管理”存在兩方面的不足：一是不能最大限度地保證每架飛機的飛行安全；二是不能充分發(fā)揮每架飛機的壽命潛力。機群安全壽命是用疲勞試驗的總試驗壽命（小時數(shù)）除以疲勞分散系數(shù)獲得的，其高可靠度是以犧牲機群中絕大多數(shù)飛機的可用壽命為代價的，這種方法存在著相當(dāng)大的浪費。“一刀切”式的機群壽命管理思想使得絕大多數(shù)飛機壽命潛力無法發(fā)揮出來。無論從安全性和經(jīng)濟性，機群壽命管理的思想都相對落后，具有歷史局限性。

無損檢測技術(shù)的發(fā)展導(dǎo)致了SHM理念的產(chǎn)生和對應(yīng)的單機壽命管理思想的提出[5]。基于SHM的單機壽命管理思想，要求對每架飛機各個關(guān)鍵部位的裂紋、腐蝕等損傷的萌生與發(fā)展進行“直接”的實時監(jiān)測，對飛機是否繼續(xù)使用、進行修理、宣布到壽等適時做出決策。這種管理思想使得現(xiàn)有的以載荷（應(yīng)變）監(jiān)控數(shù)據(jù)經(jīng)分析“間接”得到的疲勞損傷作為依據(jù)、按飛機使用時間確定維修時機與飛機壽命的管理模式發(fā)生根本改變——改為“直接”依據(jù)關(guān)鍵部位的真實可見損傷來確定飛機的維修時機與飛機壽命。這樣既可提高飛機的使用安全，又可直接針對每架飛機的制造質(zhì)量和實際使用載荷歷程，極大地降低飛機結(jié)構(gòu)的維修費用與維修工時，充分發(fā)揮出每架飛機的有效壽命，是飛機壽命管理思想的發(fā)展方向[6]。

2.3 安全性與經(jīng)濟性的矛盾

如今，無論是“機群壽命管理”還是“單機壽命管理”，都是在處理隱于深層的安全性與經(jīng)濟性之矛盾。

以安全著稱的新加坡航空公司之對策是“機隊現(xiàn)代化”——加快機型交替，飛機用到11～12年就考慮淘汰售出，機齡使用最長也不超過15年（“老齡飛機”的統(tǒng)計概念），這似乎已成為亞洲地區(qū)航空公司不成文的行業(yè)規(guī)范。中國民航亦在效仿這種思路[7-8]。這種對策將矛盾安全性的風(fēng)險轉(zhuǎn)移給購買二手飛機的“下家”航空公司，又將矛盾經(jīng)濟性的壓力轉(zhuǎn)移給了政府財政，造成采購經(jīng)費的劇增。經(jīng)濟性的壓力由于轉(zhuǎn)移給了財政巨人（納稅人）而被理所當(dāng)然地淡化了。而下家公司收購了許多便宜的二手飛機，例如，俄羅斯可謂二手飛機滿天飛，結(jié)果是連連發(fā)生嚴重飛行事故，背上了飛行安全的沉重包袱[9]。那些收購二手飛機的國家也陸續(xù)嘗到了苦頭。

美國航空市場相對比較成熟，消費者并不在乎飛機的壽命問題，很多飛機飛了30多年也還在用[7]。美洲地區(qū)飛機數(shù)量大，航空業(yè)將矛盾放在了地面，其飛機檢修制度嚴格、維修人員隊伍龐大、設(shè)施較為完備。飛機結(jié)構(gòu)損傷檢測和維修幾乎完全依賴地面人員進行周密安排的定期近距無損檢測，這就是導(dǎo)致航空公司運營成本高居不下的一個主要因素！僅飛機結(jié)構(gòu)的檢測費用就占全壽命成本的25%，而全球商業(yè)航空公司每年的飛機結(jié)構(gòu)檢修費用達100億美元[10]，相當(dāng)于150多架新B737飛機的價格[11]。

現(xiàn)代飛機的高技術(shù)性能使得購機成本日趨昂貴，經(jīng)濟性的壓力使用戶迫切期望延長飛機使用壽命，延壽已成為發(fā)展趨勢[12-13]。隨著“超期”服役的飛機越來越多，飛機老齡化成為全球性的問題，在經(jīng)濟發(fā)展已成為人類歷史發(fā)展的主流和主導(dǎo)力量的當(dāng)代[14]，安全性與經(jīng)濟性矛盾的尖銳性和復(fù)雜性日趨顯露。飛機結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)是隨著老齡飛機的延壽而發(fā)展起來的多學(xué)科交叉的飛機結(jié)構(gòu)完整性保障技術(shù)[10]。

3 飛機結(jié)構(gòu)健康在線監(jiān)測技術(shù)

鑒于現(xiàn)行壽命管理思想與技術(shù)手段的歷史局限性，業(yè)界的專家們從20世紀(jì)80年代起就一直在尋求能準(zhǔn)確把握機群中每架飛機結(jié)構(gòu)損傷狀態(tài)的先進方法——“結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)在線監(jiān)測”之技術(shù)手段。2002年第二十三屆國際航空科學(xué)大會再次把“結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)在線監(jiān)測”列為航空技術(shù)研發(fā)的重點內(nèi)容。從2003年開始，美國、英國、澳大利亞、加拿大等發(fā)達國家均投入大量資源開展該類技術(shù)的研發(fā)活動。

3.1 各類型技術(shù)介紹

飛機結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)在線監(jiān)測是一種“過程技術(shù)行為”，與傳統(tǒng)的“無損檢測”技術(shù)相比，“過程監(jiān)測”技術(shù)能更加及時、準(zhǔn)確地捕捉到結(jié)構(gòu)的各類損傷（裂紋）。從無損“檢測”到在線“監(jiān)測”是技術(shù)進步質(zhì)的飛躍和歷史發(fā)展的必然趨勢。西方國家為實現(xiàn)“結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)在線監(jiān)測”之應(yīng)用，所采用的技術(shù)手段可謂“八仙過海，各顯神通”。這些技術(shù)手段總體上可分為3大類：①應(yīng)力-應(yīng)變法；②直接監(jiān)測法；③間接監(jiān)測法[4]。

應(yīng)力-應(yīng)變法包括：疲勞壽命計技術(shù)，光纖傳感器技術(shù)。直接監(jiān)測法包括：聲發(fā)射技術(shù)，柔性電渦流技術(shù)，相對真空度技術(shù)CVM，信息智能涂層技術(shù)。間接監(jiān)測法包括：振動分析技術(shù)，機電阻抗分析技術(shù)，蘭姆波監(jiān)測技術(shù)。

國際上目前仍一直在沿用著“應(yīng)力-應(yīng)變”法。大量試驗證明，由于飛機結(jié)構(gòu)疲勞裂紋受多種分散因素的綜合影響，這類技術(shù)只能粗略地預(yù)測飛機結(jié)構(gòu)產(chǎn)生與飛行歷程“線性相關(guān)”的疲勞裂紋發(fā)生的時域，無法準(zhǔn)確監(jiān)測到機群中每架飛機結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的裂紋，更無法監(jiān)測到與飛行歷程“非線性相關(guān)”的隨機性、突發(fā)性裂紋[2]。而且，這類傳感器組成的監(jiān)測系統(tǒng)難以解決“虛警率”和滿足高可靠性、耐久性、低成本的實用要求。

澳大利亞投入了上億美元，研發(fā)了硅膠薄膜真空度比較傳感器監(jiān)測系統(tǒng)（CVM），該技術(shù)在歐美發(fā)達國家屬于前列，并被美國空軍和波音公司在F-22戰(zhàn)斗機和波音客機上試用。由于傳感器是硅膠制成的抽氣薄膜，環(huán)境適應(yīng)能力和復(fù)雜結(jié)構(gòu)信號集取受限，同時，傳感器需配置真空泵和真空度鑒別設(shè)備，系統(tǒng)就很難做到長壽命和高可靠性。特別是傳感器要按結(jié)構(gòu)設(shè)計形狀、尺寸制造專用模具，因此成本很高。每個監(jiān)測點平均價格為2萬美元，典型的民航飛機（B737）一架約需200～300萬美元，約為飛機價格的4%～5%。這樣的價格對用戶來說是很難承受的。

光纖傳感器監(jiān)測系統(tǒng)也是一種被許多研究機構(gòu)認為是可用于飛機結(jié)構(gòu)損傷監(jiān)測的好技術(shù)。其優(yōu)點是傳感器信息量大，能同時采集應(yīng)力、溫度、形變等多種信號，但只適用于區(qū)域性監(jiān)測，無法對各種孔結(jié)構(gòu)的裂紋進行監(jiān)測，而飛機結(jié)構(gòu)的嚴重損傷90%以上是孔的裂紋。國內(nèi)外某些研究單位的飛機全尺寸疲勞試驗曾應(yīng)用此類技術(shù)，但實際效果甚差。

其他技術(shù)，例如：聲發(fā)射技術(shù)、柔性電渦流、壓電傳感器（應(yīng)力-應(yīng)變，空客公司的研發(fā)思路）等，原理和系統(tǒng)構(gòu)成都較復(fù)雜，成本價格昂貴，實用性差，貫徹與推廣相當(dāng)困難。

飛機結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)推廣應(yīng)用之成敗，在很大程度上取決于被測故障參數(shù)及其所用傳感器的恰當(dāng)選取?！昂唵?、可靠、經(jīng)濟、實用”是各類型技術(shù)能否最終脫穎而出的金標(biāo)準(zhǔn)。

3.2ICMS技術(shù)

西安交通大學(xué)呂志剛教授在對現(xiàn)代飛機結(jié)構(gòu)損傷復(fù)雜性深刻認識的基礎(chǔ)上，應(yīng)用非線性科學(xué)的思想于2004年提出了由“隨附損傷特性和疲勞響應(yīng)特性”、“電參量可測試性”、“信息智能涂層”等概念組合而成的飛機結(jié)構(gòu)損傷在線監(jiān)測新理念[1]。呂教授領(lǐng)導(dǎo)研發(fā)團隊全面主持了飛機結(jié)構(gòu)裂紋在線監(jiān)測技術(shù)——“信息智能涂層監(jiān)測系統(tǒng)”（intelligent coating crack monitoring system，ICMS）的研發(fā)、試驗和考核工作。該技術(shù)將結(jié)構(gòu)各類損傷、納米材料、涂層技術(shù)、電子信息等多領(lǐng)域的知識和技術(shù)進行有機整合，使其成為具有損傷探測、信息采集與傳輸和分析判斷功能的經(jīng)濟實用系統(tǒng)[2]。ICMS技術(shù)已申報中國和國際發(fā)明專利（PCT），具有自主知識產(chǎn)權(quán)[15]。

通過基礎(chǔ)理論研究、計算機仿真和各種材料300多組典型構(gòu)件的疲勞監(jiān)測試驗證明，ICMS對各種裂紋的檢出率高達100%。ICMS技術(shù)于2005年底通過了由空軍裝備部組織的、由多名院士和結(jié)構(gòu)疲勞領(lǐng)域權(quán)威人士組成的專家組所進行的部級鑒定[16]，達到了在飛機批生產(chǎn)和大修中貫徹的基本技術(shù)條件，在數(shù)種型號飛機上的試驗應(yīng)用表明其具有突出的“實用”優(yōu)勢[2]。

波音公司、空客公司無損檢測中心、中國商飛、中航集團西飛公司、沈飛公司、成飛公司，中航集團601所、603所、623所等國內(nèi)外著名航空企業(yè)、科研院所的有關(guān)負責(zé)人、總師、技術(shù)人員均考察或聽取過ICMS技術(shù)講座并與研發(fā)團隊建立了業(yè)務(wù)聯(lián)系；北京飛機維修工程有限公司、中國國際航空股份有限公司、中國民用航空局航空安全技術(shù)中心、中國民航大學(xué)等單位代表參加過ICMS研發(fā)團隊主講的《飛機結(jié)構(gòu)損傷與健康狀況監(jiān)控新技術(shù)講座》。業(yè)內(nèi)人士對ICMS技術(shù)的研發(fā)成就與應(yīng)用前景一致給予了積極的評介。

3.3 ICMS技術(shù)的八大優(yōu)勢

“簡單、可靠、經(jīng)濟、實用”是ICMS的最顯著特點。具體表現(xiàn)在以下8個方面：①系統(tǒng)構(gòu)成簡單，體積?。ㄖ飨到y(tǒng)相當(dāng)于2個煙盒）、重量輕（＜1 kg）；采用電阻值作為監(jiān)測參量，信號處理簡單、元器件少，計算機軟件語句簡練；②可靠性很高（MTBF＞5 000 h），檢出率可達100%；耐久性甚佳（系統(tǒng)自身的使用壽命在全封閉結(jié)構(gòu)內(nèi)＞30年、半封閉＞25年），維修性優(yōu)良（可做到免維護）；③系統(tǒng)自身安全性高；采用3.5 V直流驅(qū)動，檢測電壓小于1 V，功耗極低；④準(zhǔn)確性強，監(jiān)測類全；不受裂紋發(fā)生的方向性制約，全方位提高了結(jié)構(gòu)損傷監(jiān)測的準(zhǔn)確性和精度；能夠?qū)︼w機結(jié)構(gòu)已知的所有類型之損傷（裂紋）進行監(jiān)測，實用性好；⑤采用航空工業(yè)現(xiàn)在廣泛使用的防腐涂料經(jīng)過物理改性作為智能涂層的驅(qū)動層，保證了與飛機基體防腐涂層的相容性，易于在飛機制造與大修時貫徹，增強了實用性；⑥新老兼顧，適用性好。對于新飛機——設(shè)計制造進去；對于老飛機——大修時安裝上去（安裝簡便）；⑦軍民通用化，成本價格低（每個監(jiān)測點位平均價格約為0.8萬元人民幣，典型民航飛機一架約需150～200萬元人民幣，約為飛機價格的0.3%～0.5%）；⑧產(chǎn)品系列化，性價比優(yōu)異（以最小的投入最大地為用戶節(jié)約飛機檢修成本，停機時間隨之劇減，經(jīng)濟效益有新增長點。對于典型的第三代軍用飛機以其價格之0.5%的投入提高機群平均使用壽命的50%以上[17]）。

4 飛機壽命管理的技術(shù)革命

4.1 飛機壽命管理的技術(shù)革命

ICMS技術(shù)是人類信息革命大潮在飛機壽命管理領(lǐng)域的一個具體體現(xiàn)。工業(yè)革命時代，人們設(shè)計制造了飛機，極大地提高了生產(chǎn)力。進入信息革命時代，人們運用飛機使用壽命的信息（如ICMS技術(shù)）更加合理地使用、管理飛機，使生產(chǎn)力再次得到極大地提高。提高生產(chǎn)力是貫穿于工業(yè)革命、信息革命始終不變的宗旨。這類技術(shù)的推廣應(yīng)用，是航空業(yè)歷史上一項重大技術(shù)變革，是生產(chǎn)力技術(shù)方式在機械化、電氣化、自動化基礎(chǔ)上的進一步信息化與智能化；實現(xiàn)以此類技術(shù)為核心的技術(shù)群的更迭過程，成為在新的歷史時期起主導(dǎo)作用的技術(shù)，因而其具備技術(shù)革命的性質(zhì)。由于這類技術(shù)的推廣應(yīng)用與飛機維修產(chǎn)業(yè)密切關(guān)聯(lián)，勢必帶動相關(guān)領(lǐng)域維修產(chǎn)業(yè)革命，對航空企業(yè)經(jīng)營結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。這類技術(shù)的完善與推廣應(yīng)用將導(dǎo)致元器件制造商、飛機制造商以及維修商之間爭奪由誰來控制運營及維修信息，對航空業(yè)相關(guān)領(lǐng)域人員的生產(chǎn)活動、社會活動、經(jīng)濟活動、科學(xué)試驗都有歷史性影響，是技術(shù)革命性質(zhì)的表現(xiàn)。

這類技術(shù)既然能導(dǎo)致維修產(chǎn)業(yè)革命，那就必然會引發(fā)從事相關(guān)領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)人群利益的動蕩。原有的產(chǎn)業(yè)人群利益狀態(tài)已相對穩(wěn)定，并形成既得利益鏈。既得利益者與穩(wěn)定的利益鏈將對這類技術(shù)可能引起的動蕩自覺不自覺地產(chǎn)生抵觸情緒。中華文化中“求穩(wěn)”的心態(tài)無形中構(gòu)成的保守勢力也將對此類技術(shù)的起步產(chǎn)生負面影響。

人們對此類問題的認識與覺悟程度、既得利益者與穩(wěn)定的利益鏈等，這些因素構(gòu)成了對ICMS技術(shù)推廣應(yīng)用起步及成功與否的巨大挑戰(zhàn)。

ICMS技術(shù)與維修產(chǎn)業(yè)革命所面臨的巨大挑戰(zhàn)決定了其發(fā)展也必須擁有巨大的力量。這些挑戰(zhàn)不僅僅是技術(shù)層面上的，在思想認識與傳播、商業(yè)化運作、國際合作等方面皆需克服許多困難。這就決定了其發(fā)展的力量必須來源于廣大的群眾，技術(shù)革命的行動是群眾的行動。作為群眾行動引導(dǎo)者的政府機構(gòu)應(yīng)是技術(shù)革命發(fā)展的主導(dǎo)力量（這里的群眾是指所有與技術(shù)的研發(fā)、生產(chǎn)、經(jīng)營、組織管理、決策、宣傳等直接/間接相關(guān)的人員，及其所構(gòu)成的一切能夠支持技術(shù)發(fā)展的力量——政府的、民間的、個人的、國內(nèi)的、國際的等）。

產(chǎn)業(yè)革命發(fā)展與所依靠的力量來自社會發(fā)展的年輕力量或新生力量，如新興商業(yè)集團或民營企業(yè)。民企是社會經(jīng)濟活力的源泉，也是中國經(jīng)濟發(fā)展的基礎(chǔ)。航空產(chǎn)業(yè)技術(shù)門檻高、投資風(fēng)險大，研發(fā)周期長、效益回收慢，是典型的技術(shù)密集高端產(chǎn)業(yè)。美國和歐盟的經(jīng)驗都表明，成功的航空制造體系，既需要國家的規(guī)劃與推動，也需要市場導(dǎo)向和民間資本的積極參與。對于每個有思想的企業(yè)家來說，未來的投資取向都將是重大選擇、時代課題。曾經(jīng)頗具聲勢的歐洲“尤里卡計劃”就很值得借鑒。該計劃的決策者主要是科學(xué)家，沒有企業(yè)家，歐洲很快就嘗到了苦果：大量研究投入沒有換來有價值的商業(yè)創(chuàng)新。后來歐盟投入2.9億歐元收拾殘局，促進研究成果轉(zhuǎn)化為有價值的商業(yè)創(chuàng)新[18]。政府投入和市場運作并舉是ICMS技術(shù)推廣應(yīng)用發(fā)展的總體模式。

對于監(jiān)控技術(shù)發(fā)展所經(jīng)歷的4個時代，在該領(lǐng)域中國航空業(yè)一直處于跟隨發(fā)達國家技術(shù)步調(diào)的境遇。而ICMS技術(shù)的推廣應(yīng)用在相關(guān)領(lǐng)域為中國實現(xiàn)“跨越式”發(fā)展帶來了難得的歷史機遇。ICMS技術(shù)可幫助中國跨過某些階段。中國要縮小與世界的差距，不可能靠循序漸進、照搬國外，必須走跨越發(fā)展的道路。要跨越就必須要有創(chuàng)新，其中理論創(chuàng)新是重要內(nèi)容[18]。ICMS創(chuàng)新技術(shù)與理論的推廣應(yīng)用，對于發(fā)展中國家來說，贏得發(fā)展時間和謀求戰(zhàn)略主動都有重大意義。

4.2 ICMS與飛機翻修延壽

通過翻修確保老飛機結(jié)構(gòu)完整性（安全性）實現(xiàn)飛機使用的壽命延長是航空業(yè)現(xiàn)在沿用的一種方法。其作法是飛機停飛進廠，大拆大卸，通過無損檢測檢查發(fā)現(xiàn)飛機結(jié)構(gòu)的疲勞、腐蝕等損傷并進行加強修理。這種方法實質(zhì)是在吃飛機的安全余量。對于F16和F15飛機，購買新機的花費是翻修老飛機的5～10倍[19-20]（例如，F(xiàn)15飛機機年齡大部分已超過20年，翻修可使它們的使用壽命從8 000 h延長到12 000 h）。

ICMS技術(shù)使飛機疲勞危險得到實時監(jiān)測，飛機不停飛，疲勞危險被有效地掌握了，風(fēng)險顯著減小，實質(zhì)上增加安全余量，在確保安全的基礎(chǔ)上，可最大限度地發(fā)揮出機群的使用壽命。這比購置新機所需費用要低數(shù)十倍至百余倍（如某型飛機購置費用2.5億元/架，所給壽命為2 000 h；花費150萬元應(yīng)用ICMS技術(shù)可延壽至4 000 h；比購置新機節(jié)省費用166倍[17，21]）。

4.3 ICMS與飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計理念變革

SHM與ICMS技術(shù)的完善與推廣應(yīng)用能夠帶動飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計理念的革命性轉(zhuǎn)變[10，22]。帶有SHM的結(jié)構(gòu)改進設(shè)計是其他設(shè)計準(zhǔn)則（靜強度）不可能達到的，它可使維護成本和可靠性處于固定水平（而沒有應(yīng)用該類技術(shù)的飛機結(jié)構(gòu)會隨著使用壽命年限的增加維護成本增加，而可靠性降低）。這樣在同樣保證結(jié)構(gòu)完整性的條件下，許用應(yīng)力的增加則可降低由裂紋擴展確定的飛機結(jié)構(gòu)重量，從而實現(xiàn)機體重量減小、而結(jié)構(gòu)效率提高。ICMS能更深入地了解機體結(jié)構(gòu)在各飛行階段（起飛、巡航、加力、著陸等）所受的應(yīng)力，這些信息將使現(xiàn)行的保守設(shè)計方法得到優(yōu)化而改變，從而降低結(jié)構(gòu)的重量[22]。飛機總體重量減小了，燃油消耗隨之減少，航材消耗、制造成本……，由此產(chǎn)生的一系列改變所能帶來的巨大經(jīng)濟效益對于航空產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有著深遠的意義。

4.4 ICMS對人類環(huán)境保護

ICMS技術(shù)的優(yōu)勢可使其能夠較快地推廣應(yīng)用，可使民用/軍用飛機的退役時間相對延后，從而大量地減少工業(yè)垃圾，這對于人類的環(huán)境保護事業(yè)將會產(chǎn)生積極的作用?？纯醋湓诿绹鴣喞＜{州圖森市全球最大的“飛機墓場”，面對這里停放的數(shù)千架飛機人們就不難認識和理解這個意義[23-24]。

4.5 ICMS與航空產(chǎn)業(yè)及其他產(chǎn)業(yè)的啟示

在當(dāng)代史上，飛機維修產(chǎn)業(yè)RCM思想的推廣應(yīng)用，證明了民航飛機維修管理思想的革命性進步對其他工業(yè)領(lǐng)域的啟示作用與借鑒意義是偉大的[25]。ICMS技術(shù)還適用于艦艇、橋梁、建筑、造船、石油、天然氣、海洋平臺等以金屬作為主要結(jié)構(gòu)部件的行業(yè)，有著廣闊的應(yīng)用前景和巨大的經(jīng)濟效益。ICMS技術(shù)已在中國2010年上海世界博覽會的世博軸上得到應(yīng)用。

SHM的時代已經(jīng)到來[26]！效用決定價值，ICMS的價值由未來的收益而定，而不是由過去的成本決定[27]。

航空航天業(yè)是全球化的產(chǎn)業(yè)，綜合體現(xiàn)著全人類的智慧。行業(yè)的性質(zhì)決定了ICMS技術(shù)的推廣應(yīng)用在地域上的廣泛性（空間）和時間的持久性。ICMS技術(shù)革命的組織者、經(jīng)營者、參與者及社會各界，如果對這一技術(shù)革命的性質(zhì)認識不足，在保守勢力等負面影響下很有可能使其巨大的潛力不能發(fā)揮出來而留下歷史遺憾。

5 結(jié)語

真正的創(chuàng)新都具有其獨特的價值主張，其強大之處在于淘汰陳舊技術(shù)或其它競爭技術(shù)而促成市場的轉(zhuǎn)型。以“壽命無極限”為價值取向的ICMS創(chuàng)新強烈地挑戰(zhàn)著現(xiàn)有秩序!最大的挑戰(zhàn)還是來自于人們的陳舊理念。世界上的任何一種轉(zhuǎn)變或革命，首先是源于理念的轉(zhuǎn)變或者是新理念的誕生。理念的轉(zhuǎn)變和新理念的誕生恰恰需要一個交流平臺，以便人們能夠在這個平臺上，專業(yè)、認真、熱情和開放地去進行全方位的溝通和討論，在百家爭鳴聲中產(chǎn)生出思想理念碰撞所迸發(fā)的火花?！秹勖鼰o極限：飛機壽命管理新理念》和《壽命無極限：飛機壽命管理的技術(shù)革命》就是期望能建立起這樣的平臺，在這個平臺上完善ICMS發(fā)展的頂層設(shè)計，這個頂層設(shè)計是解放思想理念的制導(dǎo)力量。

[1] 戚燕杰，呂志剛，劉馬寶，等．壽命無極限：飛機壽命管理新理念[J]．中國民航大學(xué)學(xué)報，2010，28（2）：22-28.

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[27]陳志武．金融的邏輯[M]．北京：國際文化出版公司，2009.

Ultimate Service Life：Technological Revolution For Aircraft Life Management

QI Yan-jie1，2， LV Zhi-gang1，2，LIU Ma-bao1，HOU Li-guo3，LI Li-ren4
（1.Northwestern Polytechnical University， Xi′an 710072， China； 2.Xi′an Jiaotong University， Xi′an 710049， China；3.AMECO， Beijing 100621， China； 4.JingGong Group， Shaoxin 312030， China）

Through the brief review of the developmental process of the control of the aircraft life fatigue damage，life monitoring technique and life management thought，it elaborates the keenness and complexity of the contradiction between flight safety and economic operation.Through the analysis of limitation，advantages and disadvantages of the various currently adopted measures in aviation field，it reveals the inevitability，urgency and extensiveness of the technological revolution of the aircraft life management.It comparatively analyzes the strength and weakness of the different types of techniques of structural health monitoring （SHM）at home and abroad，and proposes “simplicity，reliability，economy and practicability” as the gold standard that determines whether the various types of technique will eventually win.It introduces ICMS technique and its eight advantages，and clarifies the unique status and role of ICMS technique in the technological revolution of aircraft life management.It discusses the nature of the technological revolution of aircraft life management，and the power on which the development of maintenance industry revolution and technological revolution are based，meanwhile，it points out two obstacles and the difficulty faced by the technological revolution of the aircraft life management.It prompts the significance of the ICMS technique toward the revolutionary change in aircraft structural design，the development of aviation industry of China，the environmental protection of human beings，and the inspiration toward other industrial fields.

aircraft′s service life； aircraft life management； technological revolution； ICMS

V221

A

1674－5590（2011）01－0029－06

2010-10-25； 基金項目：西北工業(yè)大學(xué)優(yōu)秀博士論文創(chuàng)新基金項目（5211102-0500-G14104）

戚燕杰（1964—），男，陜西西安人，博士，副教授，研究方向為可靠性維修性工程與管理.

（責(zé)任編輯：黃 月）