一種機(jī)載計(jì)算機(jī)平臺(tái)的FMEA應(yīng)用技術(shù)

劉衛(wèi)華 艾鐵柱

摘? ?要：機(jī)載計(jì)算機(jī)平臺(tái)作為復(fù)雜航空電子設(shè)備，具有數(shù)字化程度高、信號(hào)交聯(lián)復(fù)雜、接口種類(lèi)和數(shù)量較大等特點(diǎn)，文章通過(guò)FMEA技術(shù)分析計(jì)算機(jī)平臺(tái)各部件的功能及故障模式和BIT指標(biāo)評(píng)估，識(shí)別I，II類(lèi)故障模式和單點(diǎn)故障模式等設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中的薄弱環(huán)節(jié)、存在的影響安全或任務(wù)完成的重大問(wèn)題，制定計(jì)算機(jī)平臺(tái)的優(yōu)化設(shè)計(jì)改進(jìn)方案，以提高系統(tǒng)的任務(wù)可靠性和安全性，減少系統(tǒng)維修時(shí)間，也為故障歸零提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：“失效模式和影響分析”;薄弱環(huán)節(jié);設(shè)計(jì)改進(jìn)

隨著航空技術(shù)不斷發(fā)展，航空電子設(shè)備實(shí)現(xiàn)的功能越來(lái)越復(fù)雜，航空電子系統(tǒng)出現(xiàn)故障的可能性也越大，這就需要人們?cè)谔岣邫C(jī)載電子系統(tǒng)功能的同時(shí)更多地要考慮到電子系統(tǒng)的可靠性以及飛機(jī)的安全性。如何能夠在增強(qiáng)機(jī)載電子系統(tǒng)功能的同時(shí)還能夠更好地保證系統(tǒng)的可靠性以及飛機(jī)的安全性，也就成了目前該領(lǐng)域研究中亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

失效模式和影響分析（Failure Mode and Effect Analysis，F(xiàn)MEA）技術(shù)是設(shè)備可靠性分析的一個(gè)重要的工作項(xiàng)目，也是開(kāi)展其他相關(guān)分析的基礎(chǔ)。隨著飛機(jī)研制水平不斷地發(fā)展，測(cè)試性、保障性及其他工作要求的不斷提高，在原有機(jī)載設(shè)備開(kāi)展的FMEA分析得到的相關(guān)故障模式信息，已不能滿(mǎn)足這些專(zhuān)業(yè)后續(xù)工作的需要。

機(jī)載計(jì)算機(jī)平臺(tái)級(jí)的FMEA分析工作主要是為了獲得機(jī)載計(jì)算機(jī)平臺(tái)及其組成的所有可能產(chǎn)生的故障模式以及引起每個(gè)故障模式的原因和影響，并針對(duì)這些薄弱環(huán)節(jié)，對(duì)機(jī)載計(jì)算機(jī)平臺(tái)提出設(shè)計(jì)改進(jìn)和使用的補(bǔ)償措施。同時(shí)，機(jī)載計(jì)算機(jī)平臺(tái)FMEA得到的各種信息將為系統(tǒng)相關(guān)的設(shè)計(jì)、分析提供基礎(chǔ)的工程信息和數(shù)據(jù)。

FMEA是分析產(chǎn)品所有可能的故障模式及其對(duì)該產(chǎn)品及上層產(chǎn)品所產(chǎn)生的影響，并按每個(gè)故障模式產(chǎn)生影響的嚴(yán)重程度予以分類(lèi)的一種歸納分析技術(shù)，是屬于單因素的分析方法。某型機(jī)載計(jì)算機(jī)平臺(tái)FMEA分析如下。

1? ? 明確計(jì)算機(jī)平臺(tái)功能和性能要求

計(jì)算機(jī)平臺(tái)功能要求如下：

（1）具備實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理控制功能。

（2）具備軟件監(jiān)控功能。

（3）具備40路離散量輸出功能。

（4）具備20路交流模擬量采集功能。

（5）具備20路直流模擬量采集功能。

（6）具備HB6096總線(xiàn)通信功能。

（7）具備GJB289A總線(xiàn)通信功能。

（8）具備自檢測(cè)（BIT）[1]功能。

（9）具備故障存儲(chǔ)功能。

（10）具備開(kāi)發(fā)調(diào)試功能。

2? ? 計(jì)算機(jī)平臺(tái)FMEA分析

2.1? 繪制計(jì)算機(jī)平臺(tái)功能框圖

計(jì)算機(jī)平臺(tái)功能框圖不同于計(jì)算機(jī)平臺(tái)原理圖、結(jié)構(gòu)圖和信號(hào)流圖，而是表示計(jì)算機(jī)平臺(tái)各個(gè)組成部分所承擔(dān)的任務(wù)或功能間的相互關(guān)系以及計(jì)算機(jī)平臺(tái)每個(gè)約定層次間的功能邏輯、數(shù)據(jù)流、接口的一種功能模型。如果計(jì)算機(jī)平臺(tái)存在多個(gè)不同的工作模式，在這些工作模式下約定層次間的功能邏輯、數(shù)據(jù)流、接口不同，則應(yīng)對(duì)各個(gè)工作模式下的功能框圖分別進(jìn)行描述，以離散量采集功能為例，如圖1所示。

2.2? 繪制任務(wù)可靠性框圖

任務(wù)可靠性框圖是描述計(jì)算機(jī)平臺(tái)整體可靠性與其組成部分的可靠性之間的關(guān)系。它不反映計(jì)算機(jī)平臺(tái)組成部分間的功能關(guān)系，而是表示故障影響的邏輯關(guān)系。如果機(jī)載設(shè)備具有多項(xiàng)任務(wù)或多個(gè)工作模式，則應(yīng)分別建立相應(yīng)的任務(wù)可靠性框圖。仍以離散量采集功能為例，如圖2所示。

2.3? 約定計(jì)算機(jī)功能層次

為確保能對(duì)計(jì)算機(jī)平臺(tái)進(jìn)行全面的FMEA分析，并保證分析結(jié)果的規(guī)范性和有效性，需正確地劃分計(jì)算機(jī)平臺(tái)的約定層次。確定初始約定層次、約定層次以及最低約定層次。初始約定層次計(jì)算機(jī)平臺(tái);約定層次的劃分為功能模塊一級(jí)和功能子電路一級(jí);最低約定層次劃分到元器件級(jí)。計(jì)算機(jī)平臺(tái)的層次劃分如圖3所示。

2.4? 對(duì)各層次故障模式進(jìn)行編碼

為了能夠更好地對(duì)計(jì)算機(jī)平臺(tái)的組成進(jìn)行管理，在進(jìn)行組成梳理時(shí)，需對(duì)每個(gè)計(jì)算機(jī)的每個(gè)組成部分逐層編碼。

××-××-××-××

①? ? ?②? ? ③? ? ④

編碼解釋?zhuān)孩贋橛?jì)算機(jī)平臺(tái)的編碼，標(biāo)識(shí)為001。②為SRU級(jí)的編碼，標(biāo)識(shí)為001，002，003…。③為功能電路的編碼，標(biāo)識(shí)為001，002，003…。④為器件級(jí)的編碼，標(biāo)識(shí)為001，002，003…，編碼都必須由1開(kāi)始編寫(xiě)，沒(méi)有位數(shù)限制，故障模式編碼：在器件編碼后面加“.XX”即可，例如AIM模塊的發(fā)光二極管的第1個(gè)故障模式的編碼為“001-001-004-001.01”[2]。

2.5? 自底向上逐層分析故障模式影響

（1）故障模式：元器件的故障模式主要參考GJB299C。需要注意的是，在進(jìn)行故障模式分析時(shí)，應(yīng)當(dāng)窮舉產(chǎn)品在每種工作模式下的所有故障模式;相似產(chǎn)品發(fā)生過(guò)的故障模式也要納入。

（2）故障原因：對(duì)每個(gè)層次進(jìn)行故障原因分析時(shí)，其內(nèi)容應(yīng)該包含功能劣化、內(nèi)外部環(huán)境變化、人為使用等方面原因。同時(shí)，對(duì)于電子產(chǎn)品來(lái)說(shuō)要考慮焊接點(diǎn)的虛焊、脫焊等因素;如果一個(gè)故障模式有多個(gè)故障原因，必須將這些原因逐一羅列，不得漏項(xiàng)。

（3）故障影響：指從元器件的每一故障模式對(duì)器件級(jí)或其他級(jí)別產(chǎn)品的使用、功能和狀態(tài)的影響。對(duì)器件級(jí)產(chǎn)品的影響包含兩個(gè)方面：一是故障模式對(duì)于器件自身功能的影響;二是故障模式對(duì)其他器件級(jí)產(chǎn)品功能的影響。對(duì)上一級(jí)產(chǎn)品的影響則是指故障模式發(fā)生后會(huì)對(duì)器件所在的上一級(jí)產(chǎn)品產(chǎn)生的功能影響，該影響在分析上一級(jí)產(chǎn)品時(shí)將會(huì)成為故障模式。故障影響應(yīng)以明確的、可觀察的方式進(jìn)行描述，可以使用具體輸出的缺失或失效、具體輸出的特定參數(shù)超范圍等方式進(jìn)行描述。如果一個(gè)故障模式對(duì)某一級(jí)產(chǎn)品有多重影響時(shí)，應(yīng)將這些影響全部羅列出來(lái)。