民用飛機(jī)簽派可靠度分配方法研究

張凡

【摘 要】簽派可靠度是表征民機(jī)可靠性的頂層參數(shù)，是國際民航運(yùn)輸行業(yè)衡量機(jī)隊/飛機(jī)運(yùn)營效率的最重要的參數(shù)之一，對保證飛機(jī)安全運(yùn)行、經(jīng)濟(jì)運(yùn)營、持續(xù)適航具有重要的意義。根據(jù)基于簽派可靠度的可靠性設(shè)計分析工作流程，研究設(shè)計階段簽派可靠度指標(biāo)的分配準(zhǔn)則和分配方法及詳細(xì)的分配步驟。

【關(guān)鍵詞】可靠性；簽派可靠度；簽派中斷率；分配和預(yù)計

【Abstract】Dispatch reliability is the top-level parameter of civil aircraft reliability and is the most important parameter of evaluating fleet/aircraft operation efficiency for international civil aviation transportation industry. Dispatch reliability is of great significance to guarantee safety operation， economy management and continued airworthiness for civil aircraft. In this paper， dispatch reliability allocation criteria， allocation model and detailed allocation tasks during design phase are researched according to dispatch reliability analysis workflow.

【Key words】Reliability； Dispatch reliability； Dispatch interruption rate； Allocation and Prediction

簽派可靠度的高低，即航班的正點率水平，直接影響到型號運(yùn)營的經(jīng)濟(jì)性，也在很大程度上受飛機(jī)自身設(shè)計的影響，因此在民機(jī)研制階段，須對簽派可靠度進(jìn)行深入的分析、合理的分配、準(zhǔn)確的預(yù)計，并進(jìn)行充分的驗證[1]。目前，我國民用飛機(jī)簽派可靠度往往是航空公司的一個定期運(yùn)營統(tǒng)計值，但在民用飛機(jī)研制階段，對簽派可靠度水平缺乏有效成熟的評估方法。本文提出了民用飛機(jī)設(shè)計階段的簽派可靠度設(shè)計工作流程，并在其基礎(chǔ)上研究指標(biāo)分配方法，為后續(xù)簽派可靠度準(zhǔn)確預(yù)計和驗證提供指標(biāo)基礎(chǔ)，有利于采取設(shè)計改進(jìn)措施，提高可靠性水平，保證民用飛機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和商業(yè)成功。

1 定義

簽派可靠度：沒有延誤（技術(shù)原因）或撤銷航班（技術(shù)原因）而營運(yùn)離站的百分?jǐn)?shù)[1]。

在數(shù)值上，簽派可靠度=1—簽派中斷率。

簽派中斷率是在規(guī)定的日歷時間內(nèi)（或規(guī)定的累計商務(wù)離站次數(shù)內(nèi)），因技術(shù)原因的延誤及航班撤銷總次數(shù)除以商務(wù)離站總次數(shù)。

2 基于簽派可靠度的可靠性設(shè)計工作流程

根據(jù)ARP4754A，民用飛機(jī)研制過程主要由要求捕獲（即指標(biāo)論證和確定）、要求確認(rèn)和要求驗證等三部分工作內(nèi)容。基于簽派可靠度的可靠性設(shè)計過程同樣由這三部分工作內(nèi)容組成[2]。

2.1 指標(biāo)論證及確定

在民用飛機(jī)項目可行性論證階段，根據(jù)相似產(chǎn)品的經(jīng)驗，考慮新研產(chǎn)品的特點，進(jìn)行相似性（含差異性）分析、可靠性與經(jīng)濟(jì)性權(quán)衡分析等，并確定新研飛機(jī)的整機(jī)級簽派可靠度設(shè)計定量要求。相似性（含差異性）分析主要包括技術(shù)相似性分析、運(yùn)行剖面技術(shù)相似性分析、用戶需求、相似機(jī)型運(yùn)營統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析等。

2.2 指標(biāo)確認(rèn)

簽派可靠度的指標(biāo)確認(rèn)主要包括簽派可靠度要求的分配和預(yù)計。簽派可靠度要求分為影響簽派可靠度的失效狀態(tài)概率要求以及按照ATA章節(jié)分配的全機(jī)全系統(tǒng)簽派中斷率要求。

根據(jù)簽派可靠度要求不同，包括簽派可靠度的功能失效分析以及簽派中斷率分析兩部分內(nèi)容。其中功能失效分析與系統(tǒng)安全性評估工作結(jié)合進(jìn)行，均采用ARP4761中建議的功能危險性評估 - 初步系統(tǒng)安全性評估評估方法，對失效狀態(tài)的可靠性要求通過上述評估方法分配到整機(jī)級、系統(tǒng)以及設(shè)備級。簽派中斷率分析包括簽派中斷率分配和預(yù)計過程[3]。

2.3 指標(biāo)驗證

可靠性指標(biāo)驗證方法分為分析驗證和試驗驗證。由于簽派可靠度是可用性指標(biāo)，是統(tǒng)計性指標(biāo)，故在設(shè)計階段無法對簽派可靠度進(jìn)行驗證。簽派可靠度驗證工作只能在民機(jī)的實際運(yùn)營過程中，根據(jù)運(yùn)營數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法進(jìn)行統(tǒng)計驗證。但在民機(jī)設(shè)計階段至飛機(jī)交付之前，可以對與簽派可靠度相關(guān)的設(shè)計參數(shù)進(jìn)行驗證，即基本可靠性（失效率/故障率）——組件（LRU）故障率進(jìn)行驗證，其驗證對象主要是LRU或設(shè)備進(jìn)行驗證，驗證方法包括分析與試驗驗證。

3 簽派可靠度分配方法

根據(jù)上述基于簽派可靠度的可靠性設(shè)計流程，簽派可靠度指標(biāo)確認(rèn)即分配和預(yù)計尤為重要，通過對飛機(jī)的簽派可靠度進(jìn)行分配和預(yù)計，可以定量地得出影響飛機(jī)整體簽派可靠度水平的系統(tǒng)、子系統(tǒng)和LRU設(shè)備，在保證飛機(jī)安全性的基礎(chǔ)上合理調(diào)整飛機(jī)的構(gòu)型，以提高飛機(jī)的簽派可靠度水平。由于簽派可靠度分配是目前國內(nèi)民用飛機(jī)簽派可靠度設(shè)計的薄弱環(huán)節(jié)，因此本文重點關(guān)注簽派可靠度分配工作，提出簽派可靠度分配的流程和詳細(xì)工作。

可靠度分配是將頂層目標(biāo)（即整機(jī)級簽派可靠度指標(biāo)）分配到飛機(jī)系統(tǒng)和功能/設(shè)備。根據(jù)系統(tǒng)和組件失效對飛機(jī)簽派可靠度事件有關(guān)系的可靠性參數(shù)的貢獻(xiàn)比，將可靠性要求分配到飛機(jī)系統(tǒng)和組件。因此簽派可靠度分配是一個自上而下的過程，主要分為3大步驟，分別為飛機(jī)級（步驟1）、系統(tǒng)級（步驟2）和功能級（步驟3）。

3.1 簽派可靠度分配模型和分配標(biāo)準(zhǔn)

簽派可靠度的分配基于包含分配標(biāo)準(zhǔn)的分配模型，針對步驟1、步驟2和步驟3的分配模型可能不同，但都是嚴(yán)格地基于相同的邏輯建立的。在步驟2和3中要對系統(tǒng)和功能/設(shè)備的可靠性影響進(jìn)行權(quán)衡來確定分配準(zhǔn)則和整個分配模型，因此分配標(biāo)準(zhǔn)中需要考慮以下4個因素：運(yùn)營（飛行循環(huán)影響、關(guān)于簽派事件的失效影響等級、ETOPS等）；工程（技術(shù)復(fù)雜性、科技成熟度、環(huán)境條件等）；維修（MEL清單等）；LRU（主要與ETOPS、不利的環(huán)境、成本等相關(guān)的）。

簽派可靠度分配模型包括等分配模型和分級模型。其中，等分配模型：根據(jù)飛機(jī)架構(gòu)，在給定的N-層級的每個系統(tǒng)/子系統(tǒng)/功能將會得到上一層級（N+1層）的部分可靠性目標(biāo)。數(shù)學(xué)分配僅僅基于N-層級系統(tǒng)/子系統(tǒng)/功能的數(shù)量。分配給所有N-層級的部件的可靠性目標(biāo)都是相同的。而分級模型與等分配模型相反，分級分配模型中會引入運(yùn)營、技術(shù)、科技、環(huán)境等詳細(xì)因素，能更好地權(quán)衡飛機(jī)系統(tǒng)和功能之間的可靠性指標(biāo)分配，因此，得到的簽派可靠度指標(biāo)也更準(zhǔn)確和可行。分配模型中的每個分配標(biāo)準(zhǔn)都將影響可靠性要求的分配，分配標(biāo)準(zhǔn)主要考慮兩大因素：一是，運(yùn)營關(guān)鍵度（也就是系統(tǒng)/功能的功能失效對簽派事件的影響）；二是，系統(tǒng)/功能的技術(shù)、科技、維修性等方面的關(guān)鍵度，分配標(biāo)準(zhǔn)在指標(biāo)分配中以權(quán)重和百分比的形式表示，其和為100%。

3.2 簽派可靠度分配詳細(xì)工作

在飛機(jī)級，也就是步驟1，這部分工作的目的是將整機(jī)級目標(biāo)分解到可執(zhí)行層級以便讓設(shè)計團(tuán)隊進(jìn)行后續(xù)工作，因此要為分配標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定相關(guān)的并具有代表性的值。步驟1包含兩種互相補(bǔ)充的方法，它們分別在初期階段和后期階段進(jìn)行。在初期階段，采用相似飛機(jī)/設(shè)備的運(yùn)營經(jīng)驗，也就是機(jī)隊數(shù)據(jù)評估；在后期階段，通過FMEA/FMES分析得到可執(zhí)行層級的失效率。

在系統(tǒng)級，也就是步驟2，使用設(shè)計相似性因素進(jìn)行指標(biāo)分配。對于任何衍生型飛機(jī)，假如系統(tǒng)的構(gòu)架和技術(shù)沒有很大的改變的話，可以使用相似機(jī)型的運(yùn)營數(shù)據(jù)確定新研飛機(jī)的可靠性目標(biāo)（如設(shè)備MTBUR 等）以及使用轉(zhuǎn)化因子。

在功能級，也就是步驟3，對于衍生型飛機(jī)，如果系統(tǒng)的架構(gòu)和技術(shù)沒有很多改變，這樣就可以通過使用運(yùn)營數(shù)據(jù)中的系統(tǒng)相似性分析的方法來完成功能/設(shè)備級簽派可靠度目標(biāo)的分解。對于新設(shè)計飛機(jī)或使用新技術(shù)的系統(tǒng)，在概念/初步設(shè)計階段應(yīng)完成構(gòu)架分析（如故障樹或馬爾可夫模型），分配失效率到那些能夠?qū)е逻\(yùn)營中斷、非計劃拆換或讓機(jī)組有所行動的組件的失效模式，并確定與故障探測和可達(dá)性相關(guān)的要求。

4 結(jié)束語

本文提出了民用飛機(jī)設(shè)計階段的簽派可靠度可靠性設(shè)計工作流程，介紹了各部分的簽派可靠度設(shè)計工作，重點關(guān)注簽派可靠度指標(biāo)分配這一國內(nèi)民用飛機(jī)簽派可靠度設(shè)計的薄弱環(huán)節(jié)，提出了分配模型和分配標(biāo)準(zhǔn)以及詳細(xì)的分配步驟，為后續(xù)簽派可靠度指標(biāo)預(yù)計和驗證提供基礎(chǔ)，有利于調(diào)整飛機(jī)實際構(gòu)型和方案，提高飛機(jī)整體的簽派可靠度水平和經(jīng)濟(jì)性。

【參考文獻(xiàn)】

[1]蔡蔚榮.民用飛機(jī)可靠性指標(biāo)預(yù)計方法研究[J].科技視界，2015（13）：96.

[2]SAE ARP 4754A Guidelines for Development of Civil Aircraft and Systems[S].

[3]SAE ARP 4761 Guidelines and Methods for Conducting the Safety Assessment Process on Civil Airborne Systems and Equipment[S].

[責(zé)任編輯：楊玉潔]