民用飛機(jī)初始主最低設(shè)備清單的制定

摘 要：闡述了初始主最低設(shè)備清單（Preliminary Master Minimum Equipment List，簡(jiǎn)稱PMMEL PMMEL）的目的和意義，通過(guò)對(duì)定性分析和定量分析要求的研究，概括了PMMEL制定的過(guò)程。在此基礎(chǔ)上，給出了最大維修間隔時(shí)間確定的原則，并通過(guò)具體案例，闡述了如何通過(guò)平均故障概率的方法計(jì)算A類維修間隔時(shí)間，為民用飛機(jī)設(shè)計(jì)人員制定PMMEL提供一定的指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：民用飛機(jī) 初始主最低設(shè)備清單 定性分析 定量分析 維修間隔時(shí)間

中圖分類號(hào)：V267 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2013）04（a）-00-04

1 PMMEL的目的和意義

現(xiàn)代民用飛機(jī)設(shè)計(jì)都采用了高可靠性的設(shè)備和冗余的系統(tǒng)架構(gòu)。然而，即使有高可靠性的設(shè)備，飛機(jī)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中仍然可能發(fā)生故障。

由于系統(tǒng)和相關(guān)設(shè)備故障后的維修需要一定的時(shí)間，有些故障難以在定期航班飛行前修復(fù)，有些故障只能在維修設(shè)施更齊全的主基地進(jìn)行維修，如果飛機(jī)發(fā)生任何故障都必須立即進(jìn)行維修，航班延誤或取消將導(dǎo)致很高的運(yùn)行成本。

基于這方面的原因，營(yíng)運(yùn)人可能要求在某些設(shè)備或設(shè)備功能不工作的情況下進(jìn)行飛行。

但是，型號(hào)合格審定所確定的飛機(jī)所能達(dá)到的安全水平是根據(jù)所有設(shè)備都工作而確定的。當(dāng)一個(gè)與安全相關(guān)的系統(tǒng)或設(shè)備不工作時(shí)，該設(shè)計(jì)的安全水平就會(huì)降低。隨之而來(lái)的問(wèn)題就是：我們?nèi)绾伪ＷC在這種情況下，飛機(jī)可以繼續(xù)安全運(yùn)行。

解決方案是由飛機(jī)制造商定義一個(gè)“初始主最低設(shè)備清單”，該清單是民航當(dāng)局批準(zhǔn)的“主最低設(shè)備清單”（Master Minimum Equipment List，簡(jiǎn)稱MMEL）以及營(yíng)運(yùn)人在此基礎(chǔ)上制定的“最低設(shè)備清單”（Minimum Equipment List，簡(jiǎn)稱MEL）的基礎(chǔ)（如何從PMMEL產(chǎn)生MMEL以及如何從MMEL產(chǎn)生MEL在此不作重點(diǎn)討論）。

該清單最主要的目的是在飛機(jī)某些設(shè)備不工作的情況下，將飛機(jī)的安全水平維持在可接受的范圍內(nèi)。在該清單中應(yīng)明確允許不工作的設(shè)備、允許的暴露時(shí)間以及明確適當(dāng)?shù)南拗坪统绦?。[1]

PMMEL作為MMEL和MEL的基礎(chǔ)，可用于防止非計(jì)劃維修、航班延誤或取消，優(yōu)化初始配置，降低備件儲(chǔ)備費(fèi)用[2]，在保證可接受的安全水平的前提下，極大地增強(qiáng)營(yíng)運(yùn)人在實(shí)際服務(wù)過(guò)程中的靈活性，提高航空運(yùn)輸效率。

2 與PMMEL相關(guān)的規(guī)章及指導(dǎo)

根據(jù)CCAR 121.647條，如果要求在飛機(jī)所裝的儀表或者設(shè)備失效時(shí)起飛，該飛機(jī)必須具有經(jīng)批準(zhǔn)的最低設(shè)備清單。

FAR 121.628也有類似的要求，并且在FAA 的“航空運(yùn)輸營(yíng)運(yùn)檢查員手冊(cè)8400.10”第4卷第4章中，規(guī)定了如何創(chuàng)建MMEL以及MMEL批準(zhǔn)的程序。另外，F(xiàn)AA還頒布了眾多MMEL相關(guān)的政策，如ETOPS和極地運(yùn)行、高度警告系統(tǒng)、電源、空速管加溫指示系統(tǒng)等MMEL政策，這些政策為特定的MMEL項(xiàng)目提出了具體

要求。

EASA在MMEL/MEL方面的規(guī)定最為詳細(xì)，規(guī)章JAR-OPS 1.030規(guī)定了營(yíng)運(yùn)人的責(zé)任，要求營(yíng)運(yùn)人必須為每個(gè)型號(hào)的飛機(jī)在MMEL的基礎(chǔ)上建立MEL。

JAR-MMEL/MEL提供了有關(guān)如何創(chuàng)建、批準(zhǔn)/接受MMEL和MEL的指導(dǎo)。在規(guī)章和指導(dǎo)文件的基礎(chǔ)上，EASA還發(fā)布了JAR-OPS相關(guān)的政策文件TGL 26，其目的是幫助營(yíng)運(yùn)人創(chuàng)建MEL，保證MEL的標(biāo)準(zhǔn)化，以及為局方提供MEL評(píng)估和批準(zhǔn)的程序指導(dǎo)。

PMMEL作為MMEL和MEL的基礎(chǔ)，在制定的時(shí)候，就必須需要考慮符合MMEL/MEL相關(guān)的規(guī)章要求和指導(dǎo)，以滿足民航當(dāng)局的要求。

3 PMMEL項(xiàng)目分析過(guò)程

PMMEL是經(jīng)過(guò)充分研究和分析所產(chǎn)生的結(jié)果，包括對(duì)各種運(yùn)行條件和因素的評(píng)估，其目的是保證對(duì)于每個(gè)PMMEL項(xiàng)目，飛機(jī)都能安全放行并正常運(yùn)行。在提出一項(xiàng)PMMEL項(xiàng)目之前，申請(qǐng)人必須能夠證明，即使該設(shè)備不工作，飛機(jī)仍然能夠維持可接受的安全水平[3]。

為了完成該目標(biāo)，通常需要進(jìn)行定性分析，定性分析不只是需要考慮設(shè)備故障的后果，還需要考慮飛行中再次發(fā)生關(guān)鍵失效的后果。如果有必要還需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行定量分析。典型的PMMEL的分析過(guò)程見(jiàn)圖1。

3.1 定性分析

確定一個(gè)項(xiàng)目能否成為一個(gè)PMMEL項(xiàng)目首先需要對(duì)該項(xiàng)目不工作的影響進(jìn)行定性分析。定性分析是基于工程判斷進(jìn)行的，雖然這種分析可以基于以往批準(zhǔn)的MMEL的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，但是，同樣的部件對(duì)于不同的飛機(jī)，也不是完全可以直接適用的，定性分析必須考慮飛機(jī)系統(tǒng)架構(gòu)以及運(yùn)行使用方面的區(qū)別。

定性分析的目的是確定部件的失效不會(huì)導(dǎo)致超出“微小的”（Minor）結(jié)果，為了達(dá)到這種目標(biāo)，可以考慮增加合適的運(yùn)行限制、飛行機(jī)組程序或維護(hù)程序。對(duì)于復(fù)雜的維護(hù)程序或飛行機(jī)組程序，可以使用飛行試驗(yàn)或者模擬器試驗(yàn)作為工具，以幫助評(píng)估部件不工作對(duì)機(jī)組工作負(fù)荷的影響。

3.2 下一個(gè)關(guān)鍵失效分析

當(dāng)證明系統(tǒng)或部件的失效不會(huì)導(dǎo)致超出“微小的”結(jié)果時(shí)，可以進(jìn)行下一步分析，即考慮在飛行中發(fā)生下一個(gè)關(guān)鍵失效?！跋乱粋€(gè)關(guān)鍵失效”是指與不工作的部件組合后會(huì)對(duì)飛機(jī)的安全運(yùn)行造成最不利影響的失效，包括兩個(gè)及兩個(gè)以上的失效組合。

為了對(duì)相互影響的系統(tǒng)進(jìn)行充分的分析，保證多重失效不會(huì)導(dǎo)致不可接受的安全水平，下一個(gè)關(guān)鍵失效的分析任務(wù)應(yīng)當(dāng)在飛機(jī)級(jí)展開(kāi)，而不僅僅是逐個(gè)系統(tǒng)單獨(dú)展開(kāi)[4]。

如果下一個(gè)關(guān)鍵失效分析表明，部件不工作后再出現(xiàn)一個(gè)失效即會(huì)產(chǎn)生災(zāi)難性的后果，并且無(wú)法通過(guò)增加合適的運(yùn)行限制、飛行機(jī)組程序或維護(hù)程序來(lái)減輕其失效影響，則該部件失效后不能放行；如果下一個(gè)關(guān)鍵失效分析表明，部件不工作后再出現(xiàn)一個(gè)失效即會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)的失效狀態(tài)，或者再出現(xiàn)兩個(gè)失效即會(huì)發(fā)生災(zāi)難性的失效狀態(tài)，并且無(wú)法通過(guò)適當(dāng)?shù)木S護(hù)程序和/或運(yùn)行程序減輕其失效影響，則需要按照3.3節(jié)進(jìn)行定量分析；如果下一個(gè)關(guān)鍵失效分析表明，部件不工作后再出現(xiàn)兩個(gè)或以上的失效才會(huì)出現(xiàn)危險(xiǎn)的失效狀態(tài)，或者再發(fā)生三個(gè)或以上的失效才會(huì)出現(xiàn)災(zāi)難性的失效狀態(tài)，則不需要進(jìn)行進(jìn)一步的定量分析，只需要進(jìn)行定性分析潛在的運(yùn)行和維護(hù)影響是否可接受即可[5]。

但是，如果其中一個(gè)故障為隱蔽故障，則必須對(duì)此進(jìn)行特別關(guān)注。在可能的情況下，應(yīng)當(dāng)通過(guò)每次飛行前的檢查消除該隱蔽故障。

如果下一個(gè)關(guān)鍵失效分析表明，部件不工作后的組合故障與危險(xiǎn)的和災(zāi)難性的失效狀態(tài)無(wú)關(guān)，則不需要進(jìn)行進(jìn)一步的定量分析，只需要進(jìn)行定性分析潛在的運(yùn)行和維護(hù)影響是否可接受

即可。

3.3 定量分析

在定量分析表明候選的PMMEL項(xiàng)目失效的情況下，與其相關(guān)的危險(xiǎn)的失效狀態(tài)的故障概率≤1E-6/FH，或者與其相關(guān)的災(zāi)難性的失效狀態(tài)的故障概率≤1E-8/FH，并且潛在的運(yùn)行和維護(hù)影響可接受，則該項(xiàng)目失效時(shí)可以放行，申請(qǐng)人可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)給出最大允許的維修間隔時(shí)間。

如果定量分析結(jié)果表明，與其相關(guān)的危險(xiǎn)的失效狀態(tài)的故障概率≤1E-5/FH，或者與其相關(guān)的災(zāi)難性的失效狀態(tài)的故障概率≤1E-7/FH，并且潛在的運(yùn)行和維護(hù)影響可接受，則該項(xiàng)目失效時(shí)也可以放行，但是必須根據(jù)概率分析計(jì)算出最大允許的維修間隔時(shí)間。

如果定量分析結(jié)果表明，與其相關(guān)的危險(xiǎn)的失效狀態(tài)的故障概率﹥1E-5/FH，或者與其相關(guān)的災(zāi)難性的失效狀態(tài)的故障概率﹥1E-7/FH，則該項(xiàng)目失效時(shí)不允許放行。

3.4 其他考慮

除了上述分析外，在制定PMMEL時(shí)還需要考慮其他重要因素。例如PMMEL不能和局方批準(zhǔn)的其他文件如AFM的限制，應(yīng)急程序或適航指令相沖突。另外，PMMEL中不能包含由應(yīng)急匯流條供電或應(yīng)急程序所需的系統(tǒng)或部件。

4 維修間隔時(shí)間的確定

PMMEL中必須定義一個(gè)修復(fù)不工作部件的最大時(shí)間，分為A類、B類、C類和D類，A類的最大維修間隔時(shí)間需要指定，其余類別的最大維修間隔時(shí)間分別為3 d、10 d和120 d。

如果某設(shè)備的缺失不會(huì)影響機(jī)組工作負(fù)荷，飛行員不依賴于該設(shè)備的功能，并且飛行員的培訓(xùn)、隨之的習(xí)慣方式和程序也不依賴于該設(shè)備的使用，則可以為該設(shè)備分配D類的維修間隔。通常對(duì)于選裝設(shè)備或超出規(guī)章要求而安裝的設(shè)備可以分配D類的維修間隔。

對(duì)于無(wú)安全影響的設(shè)備，包括用于旅客方便、舒適或娛樂(lè)的設(shè)備，比如廚房設(shè)備、電影設(shè)備、煙灰缸、閱讀燈等，可以不列在PMMEL中。如果列在PMMEL中，則可以分配D類的維修間隔。但是如果該設(shè)備與其他功能有關(guān)，比如娛樂(lè)設(shè)備可能同時(shí)用于客艙安全介紹，則該設(shè)備需要列入PMMEL中，并且需要建立相關(guān)的運(yùn)行程序，如需要客艙乘務(wù)員進(jìn)行客艙安全演示等。在這種情況下，最大允許的維修間隔時(shí)間應(yīng)當(dāng)根據(jù)受影響的其他與安全有關(guān)的功能來(lái)確定。

對(duì)于與安全相關(guān)的設(shè)備或部件，如果允許列入PMMEL中，其最大維修間隔時(shí)間至少應(yīng)當(dāng)為C類。如果通過(guò)定性分析認(rèn)為設(shè)備不工作對(duì)運(yùn)行方面的影響較大，其最大維修間隔時(shí)間至少應(yīng)當(dāng)為B類。對(duì)于需要按照概率分析計(jì)算確定最大允許的放行時(shí)間的設(shè)備，必須指定A類的維修間隔時(shí)間。

A類維修間隔的計(jì)算方法為可參考SAE ARP5107[6]中的時(shí)間平均概率分析的原理，具體可參見(jiàn)第5節(jié)中的案例。對(duì)于A類維修間隔，計(jì)算得出的時(shí)間可能會(huì)小于其他類別的維修間隔，也可能會(huì)大于其他類別的維修間隔。但是，即使計(jì)算得出的放行時(shí)間大于B類或C類，也不能將其定義為B類或C類。

5 PMMEL分析案例

為了詳細(xì)闡述確定A類維修間隔的方法，在此通過(guò)一個(gè)定量分析的例子進(jìn)行說(shuō)明。

假設(shè)某系統(tǒng)功能由部件1和部件2組合完成，部件1失效影響是微小的，部件1和部件2同時(shí)失效是危險(xiǎn)的，并且無(wú)法通過(guò)運(yùn)行程序或維護(hù)程序減輕。部件1的失效概率為λ1=1.5×10-4，部件2的失效概率為λ2=1×10-5，飛機(jī)的平均航段飛行時(shí)間為T0=3 h。要求分析部件1失效后能不能放行？如果能放行，最大維修間隔時(shí)間是多少？

分析：根據(jù)第3節(jié)所述的PMMEL分析流程，由于部件1失效后發(fā)生危險(xiǎn)事件的概率不超過(guò)1×10-5，因此該部件失效后飛機(jī)可以放行，但是由于部件1失效后發(fā)生危險(xiǎn)事件的概率超過(guò)了1×10-6，需要定義A類的維修間隔。

在允許部件1不工作情況下放行時(shí)，系統(tǒng)的失效由兩種情況組成，一種是完整構(gòu)型下放行，兩個(gè)部件在一次飛行中同時(shí)失效；另一種是在部件1失效的情況下放行，部件2在飛行中失效。整個(gè)系統(tǒng)的平均失效概率與這兩種情況所占的時(shí)間比例有關(guān)，因此，時(shí)間平均失效概率計(jì)算公式為[7]：

λ（時(shí)間平均）=λ（兩個(gè)部件在一次飛行中同時(shí)失效）* （1）

完整構(gòu)型下放行所占的時(shí)間比例

+λ（部件1失效放行，部件2在飛行中失效）*

部件1失效情況下放行所占的時(shí)間比例

兩個(gè)部件在一次飛行中同時(shí)失效的概率為：

λ（兩個(gè)部件在一次飛行中同時(shí)失效）=λ1*λ2*T0（2）

部件1失效放行，部件2在飛行中失效的概率為：

λ（部件1失效放行，部件2在飛行中失效）=λ2（3）

假設(shè)部件1失效后放行T小時(shí)后再進(jìn)行維修，則

部件1失效情況下放行所占的時(shí)間比例為：λ1*T（4）

完整構(gòu)型下放行所占的時(shí)間比例為：1-λ1*T（5）

將（2）至（5）式代入（1），（1）式轉(zhuǎn)換為：

λ（時(shí)間平均）=λ1*λ2*T0*（1-λ1*T）+λ2*（λ1*T）（6）

為了保證允許部件1失效后放行的情況下，系統(tǒng)的安全性水平仍滿足型號(hào)合格審定確定的最低可接受水平，系統(tǒng)的平均失效概率必須≤1×10-7，則：

λ1*λ2*T0*（1-λ1*T）+λ2*（λ1*T）≤1×10-7

在λ1* T<< 1的情況下，

λ1*λ2*T0*（1-λ1*T）+λ2*（λ1*T）≈λ1*λ2*（T+ T0）

因此：

T≤-T0 （7）

將已知條件代入式（7）中，可得：

T≤64 FH（飛行小時(shí)）

因此，部件1失效后的最大維修間隔時(shí)間為64 FH。

通過(guò)這種推導(dǎo)，可以得出危險(xiǎn)性和災(zāi)難性失效狀態(tài)相關(guān)的PMMEL項(xiàng)目的最大維修間隔時(shí)間計(jì)算公式，在平均航段飛行小時(shí)較小的情況下，可以使用以下（8）和（9）來(lái)近似計(jì)算：

對(duì)于災(zāi)難性失效狀態(tài)，最大維修間隔時(shí)間

[FH]= （8）

對(duì)于危險(xiǎn)的失效狀態(tài)，最大維修間隔時(shí)間

[FH]= （9）

其中：PF為在派遣狀態(tài)下失效狀態(tài)的每飛行小時(shí)概率；

FR為PMMEL項(xiàng)目每飛行小時(shí)的故障率；

實(shí)際型號(hào)的PMMEL中，最大放行時(shí)間主要需要基于運(yùn)行方面的考慮來(lái)確定，但是永遠(yuǎn)不能超過(guò)該計(jì)算得出的間隔時(shí)間，保守起見(jiàn)，通常會(huì)定義一個(gè)更短的時(shí)間間隔。

6 結(jié)語(yǔ)

盡管通過(guò)系統(tǒng)的分析過(guò)程后產(chǎn)生的PMMEL能夠使飛機(jī)保持在必須的安全水平上，但是必須指出，PMMEL以及在此基礎(chǔ)上產(chǎn)生的MMEL/MEL是一種偏離文件，其目的不是鼓勵(lì)帶故障的飛行，在任何可能的情況下，必須盡快進(jìn)行維修。

參考文獻(xiàn)

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