民機(jī)駕駛艙顯示器維修性設(shè)計中的拆裝考慮

連 超* 章劍飛

（中國航空無線電電子研究所，上海200241）

0 引言

航空維修不僅守護(hù)著航空器的健康，還保障著民用飛機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)民用飛機(jī)發(fā)生故障時，人們總是希望能夠快速、準(zhǔn)確、經(jīng)濟(jì)地修復(fù)飛機(jī)，以保證飛機(jī)的正常使用。

維修性是由產(chǎn)品設(shè)計賦予的使之維修方便、快速、經(jīng)濟(jì)的質(zhì)量特性，也是在飛機(jī)運(yùn)行階段的維修過程中體現(xiàn)的質(zhì)量特性。伴隨著產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的設(shè)計定型，維修性也成為了產(chǎn)品的固有屬性[1]。

飛機(jī)過站期間，需要對飛機(jī)進(jìn)行航線短停維護(hù)[2]。飛機(jī)航線短停維護(hù)的關(guān)鍵要素是拆卸和安裝外場可更換單元，因此快速、方便地拆裝外場可更換單元是系統(tǒng)維修性設(shè)計的目標(biāo)。如果可以有效縮短拆裝外場可更換單元的時間以滿足飛機(jī)航線短停維護(hù)的時間要求，則可以避免因飛機(jī)故障造成的航班延誤，從而不影響接續(xù)航班的運(yùn)行。

對于顯示器研制而言，在顯示器研制出來之前，當(dāng)維修性定量指標(biāo)和維修性定性需求被轉(zhuǎn)化為維修性技術(shù)解決方案時，就應(yīng)及時開展維修性設(shè)計的評估，包括顯示器拆裝設(shè)計的評估，以減少顯示器研制出來后再開展設(shè)計更改所帶來的成本上升和進(jìn)度推遲。

本文結(jié)合實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，提出了在顯示器研制出來前先評估其拆裝設(shè)計的方法，第一節(jié)提出了顯示器拆裝設(shè)計評估工作時間軸，第二節(jié)提出了顯示器拆裝設(shè)計評估流程，第三節(jié)總結(jié)了顯示器維修性設(shè)計中的拆裝考慮。該方法不僅能夠?yàn)槊裼蔑w機(jī)系統(tǒng)設(shè)備研制提供參考，還可以有效節(jié)省研制成本，提高系統(tǒng)設(shè)備研制效率。

1 顯示器拆裝設(shè)計評估工作時間軸

在民用飛機(jī)駕駛艙顯示器研制過程中，其拆裝設(shè)計評估工作時間軸如圖1所示，其中虛線表示控制流，實(shí)線表示數(shù)據(jù)流，不同階段拆卸設(shè)計評估的內(nèi)容各不相同。

1）系統(tǒng)需求評審階段的內(nèi)容即評審顯示器系統(tǒng)維修性需求，評審?fù)ㄟ^后開展顯示器設(shè)備維修性需求捕獲和初步的維修性分析（包括確定拆裝設(shè)計評估方法）。

2）初步設(shè)計評審階段的內(nèi)容即評審分配得到的設(shè)備維修性需求（包括分解得到的拆裝時間需求）和拆裝設(shè)計評估方法，評審?fù)ㄟ^后開展產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計和中間維修性分析（包括中間拆裝設(shè)計評估）。

3）詳細(xì)設(shè)計評審階段的內(nèi)容即評審中間拆裝設(shè)計評估結(jié)果，評審?fù)ㄟ^后開展產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計更新和最終維修性分析（包括最終拆裝設(shè)計評估）。

4）測試準(zhǔn)備評審階段的內(nèi)容即評審最終拆裝設(shè)計評估結(jié)果。評審?fù)ㄟ^后開展顯示器系統(tǒng)拆裝演示驗(yàn)證活動，以驗(yàn)證顯示器系統(tǒng)設(shè)計的有效性。

在顯示器研制的各個階段，會不斷增強(qiáng)顯示器拆裝設(shè)計評估的準(zhǔn)確度。本文主要討論顯示器拆裝設(shè)計與設(shè)計方案評估，不包括維修性驗(yàn)證過程中的拆裝演示驗(yàn)證。

圖1 顯示器拆裝設(shè)計評估工作的時間軸

2 顯示器拆裝設(shè)計評估流程

在民用飛機(jī)駕駛艙顯示器研制過程中，其拆裝設(shè)計評估流程如圖2所示。首先，分解維修性需求為維修性定量需求與維修性定性需求。然后，依據(jù)維修性定量需求，分解得到拆裝時間需求；依據(jù)維修性定性需求，確定拆裝設(shè)計準(zhǔn)則需求。其次，按照拆裝時間需求和拆裝設(shè)計準(zhǔn)則需求，開展產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計。再次，開展拆裝設(shè)計評估，包括定量評估和定性評估。根據(jù)評估結(jié)果開展不同工作，如果評估結(jié)果與需求一致，那么向客戶提交結(jié)構(gòu)設(shè)計方案；如果評估結(jié)果與需求不一致，那么開展拆裝設(shè)計評審；如果確定更改設(shè)計，則再次迭代開展結(jié)構(gòu)設(shè)計與拆裝設(shè)計評估，否則對設(shè)計方案開展影響性評估，同時向客戶提交結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。

圖2 顯示器拆裝設(shè)計評估流程圖

2.1 分解維修性需求

對于顯示器研制來說，不僅要滿足其本身的功能設(shè)計需求，從全生命周期設(shè)計和航空公司經(jīng)濟(jì)性考慮，還應(yīng)滿足維修性需求[3]。與拆裝顯示器相關(guān)的維修性需求通常包括維修性定性需求和維修性定量需求，下面分別進(jìn)行說明。

與顯示器拆裝設(shè)計相關(guān)的維修性定量需求主要是航線級平均修復(fù)時間指標(biāo)，即顯示器的平均修復(fù)時間（MTTR）（航線級維修）應(yīng)該小于或等于15 min，這些時間包括所需的測試和裝配操作，不包括軟件加載時間和管理或后勤供應(yīng)造成的延誤時間。

與顯示器拆裝設(shè)計相關(guān)的維修性定性需求主要包括以下方面：可達(dá)性、維修人為因素、防維修差錯、識別標(biāo)記、維修安全性、調(diào)整和校準(zhǔn)等。

2.2 確定拆裝時間需求和拆裝設(shè)計準(zhǔn)則

依據(jù)2.1節(jié)分解得到的顯示器拆裝設(shè)計需求（維修性定量需求和維修性定性需求），進(jìn)一步分析確定顯示器拆裝時間需求和拆裝設(shè)計準(zhǔn)則。

2.2.1 確定拆裝時間需求

依據(jù)2.1節(jié)提出的顯示器維修性定量需求，即顯示器的平均修復(fù)時間（航線級維修）應(yīng)該不大于15 min，這些時間包括所需的故障隔離、分解、換件、安裝和檢驗(yàn)。機(jī)內(nèi)自測試被用于顯示器的故障隔離和修復(fù)檢驗(yàn)，因此，平均修復(fù)時間減去故障隔離和修復(fù)檢驗(yàn)所需機(jī)內(nèi)自測試運(yùn)行時間可以得出拆裝時間。假設(shè)顯示器故障隔離和修復(fù)檢驗(yàn)所需機(jī)內(nèi)自測試運(yùn)行消耗的時間是8 min，則可以得出顯示器的拆裝時間需求，即顯示器的拆裝時間（航線級維修）應(yīng)該不大于7 min。

2.2.2 確定拆裝設(shè)計準(zhǔn)則

在進(jìn)行顯示器拆裝設(shè)計時，一般會給出顯示器拆裝簡便方面的設(shè)計準(zhǔn)則，要求在設(shè)計中把設(shè)計準(zhǔn)則考慮進(jìn)去。

為了提高顯示器在航線維修中的拆裝性，按照2.1節(jié)提出的顯示器維修性定性需求方面，需要在設(shè)計中考慮的拆裝設(shè)計準(zhǔn)則見表1。

表1 顯示器拆裝設(shè)計準(zhǔn)則

2.3 拆裝設(shè)計評估

根據(jù)顯示器的安裝方式、航插和緊固件等參數(shù)確定飛機(jī)上拆卸和安裝顯示器的程序及所需時間，然后定量評估顯示器拆裝設(shè)計的好壞程度。同時，根據(jù)顯示器工程圖紙定性評估顯示器拆裝設(shè)計的好壞程度。

2.3.1 定量評估

考慮顯示器的航線級維修，其拆裝時間要素定義如下[4]：

a）拆卸時間：拆卸設(shè)備以便達(dá)到在故障隔離過程中所確定的那個外場可更換單元所需的時間。

b）安裝時間：更換失效的或懷疑失效的外場可更換單元，并且重新結(jié)合設(shè)備所需的時間。

使用表2說明顯示器的拆裝程序及所需時間。

拆裝時間約束局限于受供應(yīng)商控制的參數(shù)，此類參數(shù)由拆卸時間和安裝時間組成。并且，軟件加載時間和管理或后勤供應(yīng)造成的延誤時間被排除在拆裝定量評估之外。

表2 顯示器拆裝程序及所需時間

為了定量評估顯示器的拆裝設(shè)計，需要考慮的兩個因素是故障率和拆裝時間。首先，確定每個外場可更換單元的故障率λ，然后求和得到顯示器的總故障率Σλ。確定每個外場可更換單元拆卸和安裝活動消耗的時間t，將拆裝時間與故障率相乘得到λt，表示每個外場可更換單元的拆裝時間。然后，對每個外場可更換單元的拆裝時間乘積λt進(jìn)行求和，得到顯示器的總拆裝時間Σλt。顯示器的拆裝時間T通過以下式子進(jìn)行計算。

使用式（1）計算得出顯示器拆裝時間的預(yù)計值，然后與拆裝時間需求值進(jìn)行比較，可以判斷是否滿足拆裝時間需求。

2.3.2 定性評估

基于顯示器的需求規(guī)范，生成工程設(shè)計圖樣后，對已有設(shè)計方案進(jìn)行拆裝設(shè)計準(zhǔn)則符合性檢查，保證顯示器的拆裝簡便性。使用表3說明顯示器的拆裝設(shè)計準(zhǔn)則符合性評估結(jié)果。

表3 顯示器定性評估檢查表

2.4 拆裝需求符合性結(jié)果

民機(jī)駕駛艙顯示器一般包含顯示單元和主動制冷裝置（風(fēng)扇盒）。根據(jù)顯示器工程圖紙中給出的緊固件、航插和安裝形式確定顯示器拆卸和安裝步驟，依據(jù)MIL-HDBK-470A附錄D中表格D-IV的基本維修作業(yè)時間來估算拆卸和安裝活動所需的時間[5]。顯示器（顯示單元和風(fēng)扇盒）拆裝步驟及消耗的時間如表4和表5所示。

表4 顯示單元拆卸/安裝程序及所需時間預(yù)計

表5 風(fēng)扇盒拆卸/安裝程序及所需時間預(yù)計

依據(jù)表4和表5分別對顯示單元和風(fēng)扇盒的拆卸和安裝時間進(jìn)行求和，得到顯示器的拆裝時間預(yù)計數(shù)據(jù)見表6。

表6 顯示器拆裝時間預(yù)計數(shù)據(jù)

使用式（1）和表6計算得到顯示器的拆裝時間預(yù)計值為1.267 3 min。

從定量角度評估顯示器拆裝設(shè)計，參見表7，可以得出顯示器拆裝設(shè)計方案滿足其拆裝時間需求。

表7 顯示器拆裝時間需求與預(yù)計值對應(yīng)表

表8 顯示器拆裝設(shè)計準(zhǔn)則符合性檢查表

從定性角度評估顯示器拆裝設(shè)計，參見表8，得出顯示器拆裝設(shè)計方案符合拆裝設(shè)計準(zhǔn)則。

3 結(jié)論

本文面向民機(jī)駕駛艙顯示器的結(jié)構(gòu)設(shè)計，從維修性設(shè)計角度出發(fā)，提出了顯示器拆裝設(shè)計評估工作時間軸和顯示器拆裝設(shè)計評估流程，并結(jié)合顯示器設(shè)計情況對評估流程進(jìn)行應(yīng)用。該方法能夠用于顯示器研制中的拆裝設(shè)計考慮，即通過應(yīng)用顯示器拆裝設(shè)計評估流程方法，以提高顯示器拆裝性設(shè)計品質(zhì)和效率。

需要說明的是，整個設(shè)計過程中都存在拆裝設(shè)計評估，拆裝設(shè)計評估工作是一個不斷迭代與深入的過程。本文提出的拆裝設(shè)計評估方法可以評判拆裝設(shè)計方案，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品拆裝性設(shè)計的不足，從而對產(chǎn)品進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。顯示器拆裝設(shè)計評估方法對飛機(jī)顯示器研制具有一定指導(dǎo)作用，對其他相似設(shè)備的設(shè)計具有參考價值。