基于FMECA的飛參采集器維修性信息分析

吳傳貴，陳明新，周勇軍，趙桂芳，張小輝，闞 艷

(1.中國人民解放軍 第5720工廠，安徽 蕪湖 241007；2. 安徽省航空設備測控與逆向工程實驗室，安徽 蕪湖 241007)

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基于FMECA的飛參采集器維修性信息分析

吳傳貴1,2，陳明新1，周勇軍1,2，趙桂芳1,2，張小輝1,2，闞 艷1,2

(1.中國人民解放軍 第5720工廠，安徽 蕪湖 241007；2. 安徽省航空設備測控與逆向工程實驗室，安徽 蕪湖 241007)

維修性作為決定產品維修品質與壽命、周期和費用的關鍵因素之一，它是一種設計屬性且日益受到各方的重視，特別是航空維修系統；某型飛機進入修理階段需要開展機載設備維修設計，針對該機裝備的新型飛參采集器的維修準備中保障資源確定無輸入依據信息的問題，提出了一種基于FMECA的信息分析方法；首先介紹了FMECA，其次分析了采集器的任務功能、功能組成結構及可靠性框圖，再次根據各模塊的故障模式及其影響、危害性和基本維修措施等內容編制FMECA維修性信息分析表；最后進行危害性分析并繪制出危害性矩陣圖，找到了對采集器危害性最大和影響較大的故障模式，避免了傳統維修性分析方法的盲目性和主觀性，表明FMECA的信息分析方法在航空產品維修性分析中有較好的應用和推廣價值。

FMECA；飛參；采集器；故障模式；維修性分析

0 引言

隨著新型飛機進入大修階段，航空維修系統需要對機載設備進行維修性保障研究，投入保障資源配置等開展工作，為此，針對新型飛參采集器的維修保障迫切需要進行維修性分析。傳統的維修性分析方法主觀性強、實施困難，很難適應新的要求[1]。采用FMECA(failure mode, effects, and criticality analysis)維修性信息分析方法，把采集器的故障數據信息和產品可靠性分析結合起來進行維修性分析，以快速找到維修保障的重點，提高維修效率。

FMECA是由故障模式及影響分析(FMEA)、危害性分析(CA)兩部分組成，只有進行FMEA分析基礎上，才能進行CA分析。FMECA是一種歸納分析方法，不僅是產品可靠性分析的重要工作項目，也是開展維修性、安全性、測試性分析和保障性分析的基礎[2-4]。具體的分析方法可參照GJB/Z1391—2006《故障模式、影響及危害性分析指南》[5]。

1 采集器定義

1.1 分析任務功能

某型飛參記錄系統由飛參采集器、飛參記錄器和快取記錄器組成。飛參采集器通過飛機上的傳感器及設備總線，采集來自航電系統和非航電系統的各個子系統的重要數據信息并通過HDLC系統總線送記錄器和快取記錄器進行記錄。

定義初始約定層次為飛參記錄系統，約定層次為采集器，最低約定層次為UART總線信號接口模塊(10)、ARINC429總線信號接口模塊(20)，交流和同步信號接口模塊(30)、開關和頻率信號接口模塊(40)、直流模擬信號接口模塊(50)和頻率信號接口模塊(60)、電源模塊(70)、母板(80)和采集通訊控制模塊(90)。

1.2 繪制功能框圖

如圖1所示。電源模塊為整個采集器提供各種電源；功能信號接口模塊包括UART總線、ARINC429總線、交流和同步信號、開關和頻率信號、直流模擬信號和頻率信號接口模塊，通過匹配電路測量機上各類型重要數據信息；采集通訊控制模塊完成有采集通訊和整個設備的控制；母板為各模塊提供電氣通道。

圖1 采集器的功能原理圖

以UART信號為例，其具體工作為：UART總線信號接口模塊通過母板提供的電源模塊生成的各種工作電壓、采集通訊控制器發(fā)送的控制指令后，開始接收NAMP設備送來的UART信號，并將接收到的信號通過母板傳送給采集通訊控制模塊，最終上傳至主記錄器和快取記錄器。

功能層次和結構層次對應框圖如圖2所示，圖中虛線左側為描述其功能的功能部分；右側為對應的結構部分。UART總線信號接口模塊(10)用于接收處理UART總線信號并存儲；ARINC429總線信號接口模塊(20)用于接收處理ARINC429總線信號并存儲；交流和同步信號接口模塊(30)用于接收處理交流和同步信號并存儲；開關和頻率信號接口模塊(40)用于接收處理開關和頻率信號并存儲；直流模擬信號接口模塊(50)用于接收處理直流模擬信號并存儲；頻率信號接口模塊(60)用于接收處理頻率信號并存儲；電源模塊(70)提供各模塊使用的二次電源；母板(80)用于提供電氣通道；采集通訊控制模塊(90)用于內部總線的通訊控制和外部HLDS通訊。

圖2 采集器的功能層次及結構層次對應圖

1.3 繪制可靠性框圖

參照圖2把復雜的采集器劃分為具有獨立功能的模塊，由于任何某一模塊失效都將引起采集器的失效，所以采集器可靠性框圖為串聯關系(見圖3)，依次為UART總線信號接口模塊(10)→ARINC429總線信號接口模塊(20)→交流和同步信號接口模塊(30)→開關和頻率信號接口模塊(40)→直流模擬信號接口模塊(50)→頻率信號接口模塊(60)→電源模塊→母板(80)→采集通訊控制模塊(90)。

圖3 采集器的任務可靠性框圖

2 FMECA維修性信息分析表格形成

依據故障模式、影響及危害性分析指南和采集器的技術要求，分別從代碼、產品或功能標志、功能、故障模式和原因及影響、嚴酷度類別、故障檢測方法、基本維修措施、是否屬于最少設備清單和故障模式概率等級等方面進行分析，以UART總線信號接口模塊為例，首先，分析模塊功能和相應的故障模式，本模塊主要有無輸出和部分功能兩個故障模式，再次，逐一進行分析故障模式對應的原因、故障影響和嚴酷度類別、故障檢測方法、基本維修措施和故障模式概率等級等，最后，形成所有的故障代碼(1001-1004)，完成具體模塊的分析。按以上方法將所有模塊的故障情況進行分析和羅列，最終形成了采集器的FMECA維修性信息分析表(詳見表1)。

3 危害性矩陣繪制與分析

根據表1采集器的FMECA維修性信息分析表的內容，將故障模式的嚴酷度類別作為橫坐標，概率等級作為縱坐標，繪制由20個方格組成的4×5矩陣(如圖4所示)，再沿矩陣的對角線繪制虛線OP，經過方格幾何中心與OP虛線相交的垂線交點到坐標原點的距離就代表了該方格所對應的故障模式危害大小，危害性越大就距原點越遠。值得說明的一點是：在同一方格內的標注點“9001”和“9003”危害性相同，這簡化了分析過程，只進行定性分析。從圖4中可以看出：一是垂線“r”最遠“u”最近，說明對采集器危害性最大的是采集通訊控制模塊接口電路損壞(“9004”)，最小的是各模塊軟件損壞(“1002”至“6002”)故障模式；二是兩垂線“s”和“t”處于中間，說明對采集器危害性相當的是各模塊接口電路損壞(“1004”至“6004”)、采集通訊控制模塊控制器損壞和雙口RAM壞(“9001”、“9003”)等故障模式。

圖4 危害性矩陣圖

4 結論

飛參采集器進入修理階段需要開展裝備維修設計，為更好有針對性的明確維修重點、項目和要求，提供保障資源定輸入信息依據的問題。本文基于FMECA分析方法對采集器進行了維修性信息分析，通過繪制FMECA維修性信息分析表和危害性矩陣圖的方式，將采集器的維修關注重點一目了然的呈現出來，最終能夠明確下一步修理研究的重點是采集通訊控制模塊的接口電路，其次是其它模塊的接口電路。重點研究對象的確定，能夠為維修計劃制定、修理科研和器材備件采購等工作的確定提供科學有效信息。經驗證，該方法可以避免傳統維修性分析方法的盲目性和主觀性，其分析結果更加科學客觀，具有較強的指導性和推廣價值。

[1] 王佳笑，常天慶，朱 斌，等．基于FMECA的捷聯慣性導航系統維修性信息分析[J]．彈箭與制導學報，2011，31(1): 29-32.

[2] 閔庭蔭，萬會兵．基于FMECA的測試性驗證分析 [J]．航空電子技術，2015，46(1): 52-56.

[3] 崔欣哲，叢 明，王冠雄，等．基于FMECA的缸蓋機加生產線故障分析[J]，組合機床與自動化加工技術，2014，24(1): 149-152.

[4] 周恭謙，楊露菁．基于FMECA的信息系統軟件失效安全風險評估與預測[J]．指揮控制與仿真，2014，36(1): 125-129.

[5] GJB/Z1391—2006故障模式，影響及危害性分析指南[S].總裝備部軍標出版發(fā)行部.2006.

Maintainability Analysis of Flight Data Generator Based on FMECA

Wu Chuanggui1,2,Chen Mingxin1,Zhou Yongjun1,2,Zhao Guifang1,2,Zhang Xiaohui1,2,Kan Yan1,2

(1.People’s Liberation Army of China NO.5720 Factory,Wuhu 241007,China;2.Anhui Province Aviation Equipment Testing and Control and Reverse Engineering Laboratory,Wuhu 241007,China)

Maintainability is one of the key factors, it decides the product quality,life span, maintenance cycle and cost.It is a kind of design attributes and increasingly brought to the attention of the parties, especially in the aviation maintenance system.The plane entered the stage of repair, aerial equipment needed maintenance design,Aiming at the problem of no input information of determine the collector maintenance support resources,Put forward a method based on information of FMECA analysis.First introduces the FMECA,secondly analyses the collector task function, composition structure and the reliability block diagram, again according to the failure mode and effect of each module, harmfulness and basic maintenance measures, Prepare a list of the FMECA the maintainability information analysis.Finally analyzing harmfulness and map the harmfulness of matrix,To avoid the blindness and subjectivity of traditional maintainability analysis method, That information analysis method of FMECA in the aviation product maintainability analysis has good application and popularization value.

FMECA；flight data；collector；failure mode；maintainability analysis

2015-09-01；

2015-11-12。

空軍修理科研項目(87-技-15-151)。

吳傳貴(1979-),男，安徽懷寧人，高級工程師，碩士，主要從事航空電子機載設備修理方向的研究。

1671-4598(2016)03-0170-04

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2016.03.046

TH707

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