軍用飛機開展可靠性工作的工程方法研究

姬長法 李國豐 張海周（洪都航空工業(yè)集團 江西 南昌 330024）

軍用飛機開展可靠性工作的工程方法研究

姬長法 李國豐 張海周（洪都航空工業(yè)集團 江西 南昌 330024）

可靠性工程在軍用飛機研制中已成為飛機性能的重要組成部分，是保證飛機安全、提高戰(zhàn)備完好性和降低全壽命周期費用的有效途徑，本文提出了提高軍用飛機可靠性的有效可靠性工程方法。

可靠性工程；軟件可靠性；全壽命周期費用；保障性；測試性

1 前言

隨著航空科技的發(fā)展，在現(xiàn)代軍用飛機設(shè)計中，可靠性已經(jīng)成為與性能同等重要的設(shè)計要求，它對飛機的可執(zhí)行任務(wù)率、部署機動能力、維修人力和使用保障費用等都有著重要的影響作用?？煽啃砸惨呀?jīng)發(fā)展為包括可靠性、維修性、測試性、保障性和安全性等門類的綜合學(xué)科[1]。

飛機的固有可靠性高意味著在飛機使用壽命當(dāng)中的失效次數(shù)最低；固有的維修性好決定了能更簡便、經(jīng)濟地進行飛機系統(tǒng)修理。兩者都能顯著降低系統(tǒng)的使用費用；任務(wù)可靠性是確定系統(tǒng)效能的關(guān)鍵因素；系統(tǒng)的戰(zhàn)備完好性在很大程度上又是由該系統(tǒng)的可靠性和維修

性特征決定的；可靠性與安全性是緊密相關(guān)的，更可靠的系統(tǒng)通常也是更安全的系統(tǒng)；武器系統(tǒng)更可靠、更有效，則有利于減少采辦量。總之，可靠性是實現(xiàn)裝備更高戰(zhàn)備完好性和經(jīng)濟可承受性總目標(biāo)的一個關(guān)鍵因素[2]。

2 軍用飛機設(shè)計中開展可靠性工作存在的主要問題

2.1 高層和研發(fā)人員的認(rèn)識問題

大家通常認(rèn)為可靠性概念比較虛，產(chǎn)生不了實質(zhì)性作用，覺得可靠性技術(shù)側(cè)重于理論，跟研發(fā)實踐工作相距比較遠(yuǎn)，忽略了可靠性較強的工程應(yīng)用性。這種意識普遍存在于很多研發(fā)人員的認(rèn)識里。可靠性做為工程技術(shù)學(xué)科，存在較強的工程系統(tǒng)性，在推動可靠性工作的過程中，不是單憑某個人及某個部門的力量，而一定要站到公司較高的技術(shù)管理層面進行推動，因此領(lǐng)導(dǎo)的支持以及推動力度非常重要。

2.2 可靠性技術(shù)問題

可靠性設(shè)計、分析工作沒有真正抓實，可靠性設(shè)計與性能設(shè)計不同步，“兩張皮”的現(xiàn)象普遍存在，嚴(yán)重影響可靠性工作效果。

可靠性大綱和可靠性工作流于形式，沒有真正在提高產(chǎn)品的可靠性上狠下功夫?？煽啃栽O(shè)計工作與性能設(shè)計不同步，影響可靠性設(shè)計分析的效果。

設(shè)計人員對產(chǎn)品可能發(fā)生的故障模式分析不全，對故障原因和后果分析不透，也沒有采取相應(yīng)的改進補償措施；用于工藝設(shè)計改進的過程FMEA工作基本沒有進行。

可靠性研制試驗或增長試驗不充分；非電產(chǎn)品的可靠性研制試驗技術(shù)沒有真正給予研究重視。

2.3 管理問題

型號質(zhì)量師系統(tǒng)、可靠性工作系統(tǒng)對可靠性的工作職責(zé)不夠明確，各專業(yè)沒有設(shè)立專職的或兼職的可靠性設(shè)計人員。

型號總體單位沒有明確履行“抓總”的職責(zé)。對總體應(yīng)負(fù)的質(zhì)量責(zé)任認(rèn)識不足，對型號的質(zhì)量與可靠性工作的總體策劃工作做得不夠。對配套產(chǎn)品的可靠性工作監(jiān)督檢查不力，也很難對配套單位進行協(xié)調(diào)與監(jiān)控。

圖1 某型號可靠性工作系統(tǒng)組成示例

3 軍用飛機開展可靠性工作的有效工程方法

3.1 建立健全型號可靠性工作系統(tǒng)是開展可靠性工作的有力保障

針對可靠性工作中存在的問題，首先要建立完善的可靠性工作系統(tǒng)，由型號行政總指揮、總設(shè)計師或副總指揮、副總設(shè)計師中的一人擔(dān)任可靠性工作系統(tǒng)的負(fù)責(zé)人，可靠性工作系統(tǒng)由可靠性專業(yè)人員、產(chǎn)品設(shè)計師、計劃管理部門人員、質(zhì)量保證部門人員等組成，有的型號可靠性工作系統(tǒng)還邀請軍方代表參加，根據(jù)所承擔(dān)研制的產(chǎn)品層次和專業(yè)的分工，可任命若干名可靠性主任設(shè)計師和主管設(shè)計師。其次，總師系統(tǒng)必須深刻認(rèn)識到可靠性工作的重要性，總體協(xié)調(diào)、計劃和監(jiān)督，確?？煽啃怨ぷ飨到y(tǒng)順暢運行，正確處理可靠性工作系統(tǒng)與質(zhì)量師系統(tǒng)之間的關(guān)系、可靠性專職人員與設(shè)計人員之間的關(guān)系。加強專業(yè)設(shè)計人員可靠性技術(shù)培訓(xùn)[3]。

型號可靠性工作系統(tǒng)必需融入到整個型號的研發(fā)系統(tǒng)中去，并與性能設(shè)計有機結(jié)合，才能使型號可靠性工作滿足使用方的要求。

圖1是某型號可靠性工作系統(tǒng)組成的一個示例。

3.2 可靠性預(yù)計與分配是可靠性工作的基礎(chǔ)[4]

可靠性預(yù)計、分配是產(chǎn)品可靠性指標(biāo)得以實現(xiàn)的基本保證，開展可靠性預(yù)計和分配工作，是確保設(shè)計、生產(chǎn)具備規(guī)定可靠性指標(biāo)產(chǎn)品的指導(dǎo)性和基礎(chǔ)性工作。首先將產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)自上而下逐級地分配到產(chǎn)品的各個層次，借此落實相應(yīng)層次的可靠性要求，并使整體與部分之間的可靠性相互協(xié)調(diào)。盡量做到既避免出現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)又避免局部“質(zhì)量過?！倍鴰砝速M。

可靠性預(yù)計是一個由局部到整體、由小到大的綜合過程，自下而上地預(yù)計產(chǎn)品各層次的可靠性參數(shù)，判斷各層次設(shè)計是否滿足分配的可靠性指標(biāo)。只有各層次的可靠性分別達到分配的要求，才能保證產(chǎn)品可靠性指標(biāo)得以實現(xiàn)。對未達到分配指標(biāo)要求的設(shè)計，則能發(fā)現(xiàn)其可靠性薄弱環(huán)節(jié)、設(shè)計上的隱患并提供選擇糾正措施的依據(jù)。

3.3 FMEA工作是可靠性工作的關(guān)鍵

FM EA是可靠性維修性設(shè)計分析中一項非常重要的基礎(chǔ)工作。它要求設(shè)計人員在產(chǎn)品研制的不同階段，選擇適當(dāng)?shù)腇MEA方法，找出所有可能的故障模式、提出設(shè)計、工藝等方面的補償措施，落實到設(shè)計圖紙和技術(shù)文件中，并隨著研制工作的進展不斷深化。對產(chǎn)品進行FMEA的主要目的是提高其可靠性和維修性水平。過去，設(shè)計人員習(xí)慣于依靠自己的經(jīng)驗和知識來判斷故障對系統(tǒng)所產(chǎn)生的影響，這種判斷依賴于人的知識水平和工作經(jīng)驗，F(xiàn)M EA是一種系統(tǒng)的、全面的、標(biāo)準(zhǔn)化的分析方法，力圖將導(dǎo)致嚴(yán)重后果的單點故障模式消滅在設(shè)計階段，同時對不可避免的故障能夠迅速檢測定位，用良好的維修性彌補故障帶來的影響。目前FMEA在許多民用領(lǐng)域被明確規(guī)定為設(shè)計人員必須掌握的技術(shù)，是找出設(shè)計上潛在缺陷的主要手段?，F(xiàn)階段，軍機研制過程中FMEA工作還存在不足，首先各個單位應(yīng)建立自己產(chǎn)品的故障模式庫，積累經(jīng)驗和數(shù)據(jù)，并不斷完善。其次，F(xiàn)MEA工作應(yīng)與其他可靠性工作協(xié)調(diào)起來。最后，F(xiàn)M EA工作要實施動態(tài)管理，反復(fù)迭代，隨設(shè)計不斷完善。

3.4 加強元器件質(zhì)量與可靠性控制

飛機的每個系統(tǒng)是由各種元器件、零部件組成的。由于它們的數(shù)量、品種眾多，所以他們的性能、可靠性、費用等參數(shù)對整個系統(tǒng)及飛機的性能、可靠性、壽命周期費用等影響非常大。因此必須在研制的初期就開始對元器件、零部件的應(yīng)用、選擇、控制予以重視。必須嚴(yán)格控制元器件、零部件種類，保持元器件的品種最少，并最大限度地使用標(biāo)準(zhǔn)件，從而從根本上降低飛機的保障費用和壽命周期費用。

目前在工程上比較切實可行的措施有：

a.制訂型號元器件優(yōu)選目錄，超目錄選用要嚴(yán)格按技術(shù)責(zé)任制進行審批，不能失控；b.控制進口元器件的品種數(shù)量，進口元器件要有可靠的進口渠道；

c.元器件必須百分之百的進行復(fù)驗和二次篩選，未經(jīng)復(fù)驗和二次篩選不得裝機；

d.對關(guān)鍵元器件要進行破壞性物理分析（DPA）；

e.產(chǎn)品必須進行合理的降額設(shè)計和熱設(shè)計。

3.5 實施軟件可靠性工程

軟件是型號配套產(chǎn)品，應(yīng)納入型號研制計劃和產(chǎn)品配套表進行監(jiān)督與管理。軟件開發(fā)單位應(yīng)制訂并貫徹型號軟件可靠性、安全性設(shè)計準(zhǔn)則，開展軟件可靠性、安全性設(shè)計。關(guān)鍵軟件要進行防錯、糾錯、容錯、檢錯及故障恢復(fù)設(shè)計。實施軟件可靠性測評和管理。

實施軟件的工程化管理，確保軟件的安全、可靠，在設(shè)計過程中需注意：

a.確保軟件開發(fā)階段劃分合理，并且軟件實現(xiàn)階段與其前、后階段的工作不是由同一個人員負(fù)責(zé)完成；

b.明確各階段的產(chǎn)品要求，并且一定要及時加以驗證，確保文檔的及時性、一致性和追溯性；

c.加強內(nèi)部評審和評審檢查單的制定，確保評審的有效性；

d.對經(jīng)評審?fù)ㄟ^的階段產(chǎn)品加以控制，使之不可能被隨意更改；

e.要十分重視軟件測試，不僅軟件開發(fā)者自己必須測試，而且還需要進行獨立的第三方測試。

3.6 注重開展可靠性和環(huán)境試驗及可靠性試驗的評價工作

環(huán)境應(yīng)力篩選試驗是排除早期故障，使產(chǎn)品恢復(fù)到固有可靠性水平的手段。它通過將適度的環(huán)境應(yīng)力作用于元器件、插板、組合和整機，把元器件工藝缺陷激發(fā)出來，并給予更換或改進。從而使產(chǎn)品的可靠性得到保持或提高。

試驗本身是不能提高產(chǎn)品可靠性，只有采取能防止在使用期間重復(fù)發(fā)生故障的改進措施之后，才能提高可靠性。因此環(huán)境應(yīng)力篩選和環(huán)境試驗項目的確定、試驗大綱的編制必須到位，防止試驗進行的不充分，或是試驗完成后才發(fā)現(xiàn)試驗項目不夠合理的情況發(fā)生，真正使試驗起到作用。除此之外，還要有針對性的開展可靠性增長試驗，暴露產(chǎn)品的薄弱環(huán)節(jié)，并證明改進措施能防止薄弱環(huán)節(jié)再現(xiàn)，即證明改進的有效性。

可靠性試驗的評價工作是利用研制各階段的試驗數(shù)據(jù)進行產(chǎn)品可靠性評定與數(shù)據(jù)分析，以驗證試驗的有效性，掌握產(chǎn)品可靠性增長的情況，并作為研制轉(zhuǎn)階段的重要依據(jù)。

3.7 積極推進測試性設(shè)計

現(xiàn)代軍用飛機系統(tǒng)變得日益復(fù)雜，高代價、高效能、信息戰(zhàn)、C3I/C4I作戰(zhàn)指揮控制系統(tǒng)等的使用效果的提高和保障，必須依靠測試性設(shè)計技術(shù)確保正常、有效的發(fā)揮其作戰(zhàn)效能，確保其較高的戰(zhàn)備完好性及任務(wù)成功概率?？煽啃愿叩能娪蔑w機能減少對維修人員和備件的需求, 但裝備存在著發(fā)生故障的可能, 高水平的維修性意味著裝備即使出現(xiàn)故障, 也能夠迅速、容易地就地得到維修, 并迅速恢復(fù)作戰(zhàn)狀態(tài)。在FMEA的基礎(chǔ)上開展測試性設(shè)計，針對故障研究測試對策和維修方案，提高武器系統(tǒng)檢測的自動化程度，以縮短故障定位時間，確保測試性指標(biāo)的實現(xiàn)，最終達到提高軍用飛機維修性水平。以測試性設(shè)計技術(shù)為基礎(chǔ)的故障預(yù)測與健康管理（PHM）技術(shù)可在傳感器的基礎(chǔ)上，對全機進行狀態(tài)監(jiān)控并預(yù)測部件出現(xiàn)故障的時間。這樣既可充分利用有壽件的使用壽命、避免過度維修，又能針對具體情況有效地預(yù)防故障，從而降低維修頻率、節(jié)省大量人力物力，在避免替換件浪費的同時還提高了飛機的可用性。

3.8 大力開展保障性工作

保障性是軍用飛機重要的質(zhì)量特性，包含三個方面的內(nèi)容，一是與保障有關(guān)的設(shè)計特性（如可靠性、維修性、測試性等）；二是保障資源；三是上述二者匹配協(xié)調(diào)滿足戰(zhàn)備完好性要求的能力。因此，產(chǎn)品研制初期就必須全面開展保障性設(shè)計，在產(chǎn)品的全壽命期內(nèi)實現(xiàn)產(chǎn)品的好用、好保障、全壽命周期費用最經(jīng)濟。保證研制出的裝備具有能持續(xù)完成作戰(zhàn)與訓(xùn)練任務(wù)的能力是裝備研制的目的[5]。

目前，還有許多現(xiàn)役軍用飛機發(fā)生故障后，由于維修作業(yè)不夠規(guī)范，綜合保障不到位，用戶不具備維修能力，研制單位在用戶報故障后，派出具有維修經(jīng)驗的設(shè)計人員趕到現(xiàn)場，但是在終于將故障定位后，又發(fā)現(xiàn)沒有現(xiàn)成的備件，有時甚至需要到批生產(chǎn)調(diào)試現(xiàn)場拆設(shè)備去維修用戶的飛機。這種情況的發(fā)生說明沒有把維修保障工作做好，首先是設(shè)計時就缺乏維修性和保障性的考慮，因此在型號研制過程中要特別加以重視。用戶迫切需要有完備的綜合保障能力，在以用戶為主導(dǎo)的飛機綜合保障工作中，研制單位要利用現(xiàn)有條件，結(jié)合實際情況，積極開展綜合保障工作，全面考慮保障問題，使保障影響設(shè)計，并在軍用飛機部署使用的同時，以最低費用提供與飛機相互匹配的保障資源，開展飛機的保障性設(shè)計，確定使用保障和維修保障方案，規(guī)劃保障資源，確保軍用飛機在壽命期內(nèi)具有最低的使用費用。

3.9 認(rèn)真開展可靠性評審工作

可靠性評審屬于設(shè)計評審的一部分，分為可靠性設(shè)計評審和工作計劃評審。可靠性評審的目的是及時組織非直接參與型號設(shè)計的專家，幫助總設(shè)計師系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)設(shè)計缺陷，加速設(shè)計成熟，降低決策風(fēng)險，以保證在研型號達到規(guī)定的可靠性、維修性要求和完成綜合保障工作項目。

對每次評審提出的技術(shù)問題進行歸零，并貫徹“定位準(zhǔn)確、機理清楚、問題復(fù)現(xiàn)、措施有效、舉一反三”的原則，使型號研制中出現(xiàn)的問題真正做到“舉一反三”，提高型號的設(shè)計質(zhì)量和可靠性水平。

3.10 有效運行故障報告、分析與糾正措施系統(tǒng)（FRACAS）

建立故障報告、分析和糾正措施系統(tǒng)（FRACAS）,確立并有效執(zhí)行故障記錄、分析和糾正程序，及時發(fā)現(xiàn)并報告產(chǎn)品故障，分析故障原因，制定和實施有效的糾正措施，對故障進行閉環(huán)控制，以防止故障重復(fù)出現(xiàn)，從而實現(xiàn)產(chǎn)品的可靠性增長，以保證達到并保持產(chǎn)品的可靠性和維修性水平。可靠性工作的主要任務(wù)就是與故障作“斗爭”，控制故障發(fā)生的概率，糾正已經(jīng)發(fā)生的故障。FRACAS是一個有效的可靠性管理工具，既具有改進現(xiàn)實的功能，又能對未來起預(yù)防作用。FRACAS的有效運行，能積累對“現(xiàn)實故障”分析、處理的經(jīng)驗，為類似產(chǎn)品的FM EA提供更準(zhǔn)確、完整的信息。通過一套規(guī)范化的嚴(yán)格的管理程序，保證產(chǎn)品及其組成部分在各個階段發(fā)生的極其分散的故障信息能及時、準(zhǔn)確、完整的收集，為分析、評價和改進產(chǎn)品可靠性提供科學(xué)依據(jù)。

4 結(jié)束語

可靠性是一項總體的系統(tǒng)工程，它是通過有效管理和專業(yè)設(shè)計人員設(shè)計來實現(xiàn)的。只有通過建立可靠性工作系統(tǒng)，加強技術(shù)與管理的有機結(jié)合，由專業(yè)設(shè)計師與產(chǎn)品設(shè)計師密切配合，全面落實可靠性工作責(zé)任制，認(rèn)真貫徹執(zhí)行國防科技工業(yè)質(zhì)量與可靠性法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，實施行之有效的可靠性工程技術(shù)手段，才能不斷促進軍用飛機的可靠性增長，最終達到提高飛機的戰(zhàn)備完好性和降低全壽命周期費用的目的。

[1] 王振西，張寶田.科索沃戰(zhàn)爭(上中下)［M］.北京：軍事科學(xué)院出版社，2000

[2] 楊為民，阮鐮，俞沼，屠慶慈.可靠性?維修性?保障性總論（可靠性?維修性?保障性叢書）.國防工業(yè)出版社，1997

[3] 龔慶祥主編.型號可靠性工程手冊. 國防工業(yè)出版社，2007

[4] 曾聲奎,趙廷弟,張建國等.系統(tǒng)可靠性設(shè)計分析教程.北京航空航天大學(xué)出版社.2001, 01

[5] 俞沼，淺論裝備的保障性和保障性要求的確定，裝備質(zhì)量，2001，10

Study of the Military Airplane Reliability Engineering Methods

Ji Changfa Li Guofeng Zhang Haizhou
（Hongdu Aviation Industry Group, Nanchang, Jiangxi 330024）

Reliabi l ity engineering is the impor tant component of the airplane capabi lity in the development of the mi l itary airplane, and is the ef fective approach to ensure airplane safety,to improve the operational readiness, and to reduce the l i fe cycle cost. Avai lable rel iabi l ity engineering methods to improve rel iabi lity of airplane is put forward in this paper.

Rel iabil ity engineering；Sof tware reliabi l ity；LCC Supporting；Testabi l ity

2010-09-17）

姬長法 男，1976年3月出生，工程師，研究方向為飛機可靠性維修性工程