S5000F介紹及在民用飛機運行可靠性分析反饋中的應用

馮蘊雯，路成，薛小鋒，馬小駿

(1.西北工業(yè)大學 航空學院，西安 710072) (2.中國商用飛機有限責任公司 科技委，上海 200241)

0 引 言

運行可靠性是衡量裝備是否正常運行的重要指標，直接關系到裝備全壽命周期的經濟性和安全性。此外，運行可靠性分析與反饋主要通過運行數(shù)據(jù)實現(xiàn)裝備運行過程中可靠性評估和預測，依據(jù)分析結果反饋指導裝備全壽命周期的優(yōu)化設計以及維修工程分析。

為了有效指導裝備全壽命周期運行可靠性分析與反饋，歐洲航空航天與防務工業(yè)協(xié)會(Aerospace and Defence Industries Association of Europe,簡稱ASD)綜合后勤保障規(guī)范委員會聯(lián)合美國航空工業(yè)學會(Aerospace Industries Association,簡稱AIA)共同制定了S5000F 《在役數(shù)據(jù)反饋國際規(guī)范》[1-2]，并與ASD其他S系列規(guī)范聯(lián)合使用，例如S1000D 《基于公共源數(shù)據(jù)庫技術出版物國際規(guī)范》[3]、S2000M 《軍用設備綜合數(shù)據(jù)處理物資管理國際規(guī)范》[4]、S3000L 《后勤保障分析國際程序規(guī)范》[5-6]、S4000P 《計劃維修制定國際程序手冊》[7]、S6000T 《培訓國際程序規(guī)范》[8]、SX000I 《S系列綜合后勤保障規(guī)范使用指南》[9]等，實現(xiàn)裝備全壽命周期管理。此外，波音、空客等民用飛機制造商運用S5000F規(guī)范并結合其他S系列ILS規(guī)范搭建了用于自主研發(fā)機型的運行可靠性分析與反饋平臺，例如波音的AnalytX、空客的Skywise，實現(xiàn)了產品運行過程中的可靠性分析，并將分析結果用于指導全壽命周期管理，在保證滿足持續(xù)適航的要求下，達到提高簽派可靠性、降低運營支持成本的目的。

近年來，隨著民用飛機行業(yè)迅猛發(fā)展，國產民用飛機型號陸續(xù)投產并步入運營階段，盡管國內民航組織制定了一系列相關的民用飛機可靠性管理要求，例如MD-FS-AEG006 《航空器制造廠家運行支持體系建設規(guī)范》[10]、AC-121-54R1 《可靠性方案》[11]、CCAR-21-R5 《大型飛機公共航空運輸承運人運行合格審定規(guī)則》[12]等，但是與國外民用飛機可靠性管理相比，國內在該方面仍存在較大差距。造成該現(xiàn)象的主要原因有：國產民用飛機事業(yè)起步相對較晚，加之缺乏民用飛機運營經驗，尚未形成體系化的可靠性管理和運營支持方案；國內現(xiàn)有的民用飛機可靠性管理要求與國際規(guī)范存在差異，無法有效對標可靠性管理要求，構建的全壽命周期可靠性管理體系不完善；基于數(shù)據(jù)的全壽命周期管理已成為民用飛機發(fā)展的必然趨勢，然而國產民用飛機在全壽命周期可靠性管理方面目前正處在起步階段，尚未基于有效的標準規(guī)范形成可靠性管理框架，無法為建立健全完善且適用于國產民用飛機全壽命周期可靠性管理體系提供有效指導。

為了解決上述問題，基于ASD組織制定的S5000F 《在役數(shù)據(jù)反饋國際規(guī)范》，本文對其進行全方位解讀；進而探究S5000F規(guī)范在民用飛機運行可靠性分析與反饋中的應用，給出基于S5000F的民用飛機運行可靠性分析與反饋研究思路；在此基礎上，進一步分析運行可靠性分析結果在民用飛機研制和服務階段所起的作用。

1 S5000F編制背景、目的及概述

隨著新技術引進和裝備日趨復雜，需要對裝備運行參數(shù)進行實時監(jiān)測，監(jiān)控其運行性能，確保裝備在全壽命周期內能夠以最大效能被利用。因此，數(shù)據(jù)反饋作為保障裝備全壽命周期安全經濟運行不可或缺的重要環(huán)節(jié)，用以描述利益攸關方相關數(shù)據(jù)流，通過數(shù)據(jù)采集及處理流程，執(zhí)行裝備的性能分析，并將分析結果反饋給利益攸關方，為復雜系統(tǒng)及裝備全壽命周期改進設計、運行控制、維修保障等方面提供全方位指導。為了有效指導裝備全壽命周期管理，ASD于2008年聯(lián)合AIA共同成立工作小組籌備S5000F規(guī)范編制工作，該工作小組主要成員構成如表1所示。

表1 S5000F規(guī)范編制工作小組成員

2013年12月，S5000F規(guī)范草案(第0.1版本)在工作小組內部公布，僅供組內成員組織和公司的專家參閱并提出改進意見；2014年6月，該小組向公眾發(fā)布了第二份規(guī)范草案(第0.2版本)，更廣泛地征集建議以完善S5000F規(guī)范；2016年3月，依據(jù)收集的建議和意見，第三份規(guī)范草案(第0.3版本)正式發(fā)布；規(guī)范編制工作組歷經多年改進并完善迭代流程，于2016年9月正式公布了S5000F規(guī)范正式版(第1.0版本)。

數(shù)據(jù)反饋是裝備全壽命周期安全經濟運營的重要支持手段，S5000F規(guī)范旨在通過運行數(shù)據(jù)采集處理和分析反饋，使制造商、運營商、維修商、供應商等利益攸關方對裝備運行和維護性能進行透徹分析，用以指導裝備改進設計和綜合后勤保障(Integrated Logistic Support，簡稱ILS)，提高整體運行性能，降低運營支持成本。此外，在役數(shù)據(jù)分析結果可以應用于以下方面：加強維護和支持的概念和理念；通過改進活動提升產品性能；指導和完善運行計劃。

S5000F規(guī)范總體預期目標是提高裝備和產品的可用性，優(yōu)化整體運行效能，該規(guī)范可單獨使用或與其他S系列ILS規(guī)范聯(lián)合使用， S系列ILS規(guī)范之間的關系如圖1所示。

圖1 S5000F規(guī)范與其他S系列規(guī)范之間的關系Fig.1 The relationship between S5000F specification and other S series specifications

從圖1可以看出：S5000F規(guī)范在裝備全壽命周期管理中占據(jù)重要地位，其主要作用是作為ASD其他S系列規(guī)范的媒介，對裝備運行數(shù)據(jù)進行采集與處理，實現(xiàn)裝備運行過程中的相關分析，并將數(shù)據(jù)和結果反饋給其他S系列ILS規(guī)范，用以指導裝備全壽命周期的性能分析、優(yōu)化改進、維修工程分析等一系列活動，保障裝備安全可靠經濟地運行。

S5000F規(guī)范描述了數(shù)據(jù)反饋的基本流程、運行過程中所需執(zhí)行的活動以及所需的數(shù)據(jù)信息，為裝備數(shù)據(jù)采集與處理、運行性能分析、維修保障提供可行思路，為復雜系統(tǒng)和產品全壽命周期管理體系完善提供建設性方案。該規(guī)范內容共包括20章，其組成結構如表2所示，表中RAMCT為可靠性(Reliability),可用性(Availability),維修性(Maintainability),功能性(Capability)和測試性(Testability)。

表2 S5000F規(guī)范組成結構

2 S5000F規(guī)范介紹

結合S5000F規(guī)范20個章節(jié)內容，依據(jù)各章節(jié)之間的關系和聯(lián)系，對該規(guī)范進行全方位解讀，用以指導裝備和產品全壽命周期管理活動。S5000F規(guī)范各章節(jié)之間的關系和聯(lián)系如圖2所示，可以看出：按照“總-分-總”模式，本文從S5000F規(guī)范使用及數(shù)據(jù)反饋流程，全壽命周期管理相關活動數(shù)據(jù)反饋，以及數(shù)據(jù)、剪裁及術語(包括數(shù)據(jù)模型、交換準則及屬性和剪裁、用例數(shù)據(jù)和術語)三個方面，對S5000F規(guī)范內容進行介紹。其中，S5000F規(guī)范使用及數(shù)據(jù)反饋流程涵蓋規(guī)范使用介紹和運行數(shù)據(jù)反饋業(yè)務流程共2章內容，全壽命周期管理相關活動數(shù)據(jù)反饋涵蓋RAMCT分析數(shù)據(jù)反饋至非預定義信息反饋共12章內容，數(shù)據(jù)、剪裁及術語涵蓋數(shù)據(jù)模型至術語和縮略語共6章內容。

圖2 S5000F規(guī)范各章節(jié)之間的關系和聯(lián)系Fig.2 The relationship of S5000F specification chapters

2.1 S5000F規(guī)范使用及數(shù)據(jù)反饋業(yè)務流程

第1章“規(guī)范使用介紹”針對S5000F規(guī)范的適用范圍進行了介紹，明確了該規(guī)范主要用于運營商、制造商、維修商等利益攸關方之間傳遞和反饋產品運行信息。數(shù)據(jù)反饋貫穿于產品設計、制造、運行、服務等各階段全壽命周期，其工作重點是產品運行和服務階段的數(shù)據(jù)反饋，同時也可為產品其他階段數(shù)據(jù)反饋相關工作提供支持。

基于S5000F規(guī)范的數(shù)據(jù)傳遞與反饋框架如圖3所示，可以看出：基于S5000F規(guī)范數(shù)據(jù)交換的具體流程為：依據(jù)研究對象，結合客戶/用戶使用過程中獲取的數(shù)據(jù)信息，將其按照S5000F規(guī)范要求傳遞并集成到制造商、供應商、維修商等構建的使用數(shù)據(jù)庫，進而聯(lián)合其他S系列ILS規(guī)范實現(xiàn)裝備和產品的性能分析、設計改進、維修保障等，并將其反饋到客戶/用戶的使用數(shù)據(jù)庫，為其進行全壽命周期管理提供借鑒。

圖3 基于S5000F規(guī)范的數(shù)據(jù)交換框架Fig.3 Outline of data exchange based on S5000F specification

此外，該章還給出了S5000F規(guī)范在運行和服務階段相關活動以及與其他S系列ILS規(guī)范相關活動之間的關系，如圖4所示。

圖4 S5000F規(guī)范與其他S系列規(guī)范ILS 過程中相關活動之間的關系Fig.4 Relationship between S5000F specification and other S series specifications related activities in ILS process

從圖4可以看出：基于S5000F規(guī)范中涉及的相關活動采集數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)處理清洗數(shù)據(jù)，并將其存儲在使用反饋數(shù)據(jù)庫，依據(jù)數(shù)據(jù)交換規(guī)則通過S5000F信息分發(fā)網(wǎng)關反饋給工程設計、后勤保障等部門；工程設計部門依據(jù)反饋信息實現(xiàn)裝備和產品的改進設計，優(yōu)化運行效能；而后勤保障部門依據(jù)反饋信息并結合其他S系列規(guī)范實現(xiàn)裝備和產品的全壽命周期管理，結合S3000L規(guī)范建立后勤保障分析LSA(Logistic Support Analysis)數(shù)據(jù)庫，進而參照S1000D、S2000M和S4000P規(guī)范，分別進行技術出版物編制、航材供應保障、維修任務制定與優(yōu)化等研究。

第2章“運行數(shù)據(jù)反饋業(yè)務流程”概述了S5000F規(guī)范數(shù)據(jù)反饋業(yè)務框架，主要包括運行數(shù)據(jù)反饋過程和運行數(shù)據(jù)采集流程。其中，運行數(shù)據(jù)反饋過程如圖5所示，涵蓋準備、定義、說明、數(shù)據(jù)處理和分析5個階段，圖中實線框為相關技術任務，虛線框為合同任務，該過程是以有效和標準化的方式支持數(shù)據(jù)采集，從不同的運營人接收數(shù)據(jù)進行分析處理，使參與者進行裝備和產品性能分析，旨在通過數(shù)據(jù)傳遞支持運營需求。運行數(shù)據(jù)采集流程如圖6所示，采集流程包括指導會議、合同擬定、定義相關分析、定義請求數(shù)據(jù)元素、定義反饋利益攸關方、定義數(shù)據(jù)反饋格式、請求的數(shù)據(jù)規(guī)范、合并的數(shù)據(jù)規(guī)范、數(shù)據(jù)訪問規(guī)范、數(shù)據(jù)傳輸規(guī)范、數(shù)據(jù)生成、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)準備、執(zhí)行分析、生成結果、結果反饋、審查會議和更新流程18個流程，其中指導會議明確數(shù)據(jù)采集需求并執(zhí)行相關準備工作，準備工作包括全局分析策略、運行數(shù)據(jù)初步需求、初步分析任務、替代方案和權衡分析、分析工作評估等。

圖6 運行數(shù)據(jù)采集流程Fig.6 In-service data acquisition process

2.2 全壽命周期管理相關活動數(shù)據(jù)反饋

第3章“RAMCT分析數(shù)據(jù)反饋”介紹了RAMCT分析收集數(shù)據(jù)涉及的常見活動、基本定義和基本數(shù)據(jù)?？煽啃浴⒖捎眯?、維修性、功能性和測試性是裝備和產品的五大性能特征，其關系如圖7所示。測試性直接關系到維修性，維修性和可靠性直接決定了裝備和產品的可用性，而可用性是衡量裝備和產品功能完善與否的關鍵。此外，五大性能特征還影響裝備和產品全壽命周期的安全性、經濟性等方面。RAMCT分析數(shù)據(jù)反饋涉及可靠性、可用性、維修性、功能性和測試性分析活動，以及相關活動所需數(shù)據(jù)類別，本節(jié)僅以可靠性為例進行說明?？煽啃苑治龅哪康氖墙Y合數(shù)據(jù)監(jiān)測裝備和產品的可靠性，識別失效模式、原因和機理，預測可靠性發(fā)展趨勢，合理化維修間隔和支持后勤供應保障，指導產品改進設計、優(yōu)化運行計劃及新型號研制。關于運行可靠性分析方法，本章給出了適用于結構系統(tǒng)層面的工程分析方法，例如仿真、Pareto、故障樹分析、FMECA、Markov等，其中部分方法及分析流程可以參照SAE ARP 4754A[13]和SAE ARP 4761[14]。此外，針對可靠性分析所需的數(shù)據(jù)類型，通過性能分析、改進設計影響分析和趨勢、FMECA、根本原因分析、損壞和事件分析3個案例，列出可靠性分析相關活動所需的數(shù)據(jù)信息。

圖7 RAMCT之間的關系Fig.7 The relationship between among RAMCT

第4章“維修分析數(shù)據(jù)反饋”定義了維修數(shù)據(jù)反饋過程，其目的是為維修數(shù)據(jù)傳遞和交換提供參考，實現(xiàn)裝備和產品全壽命周期維修管理，提升維修保障能力。維修活動旨在保持或恢復某個項目或使其能夠執(zhí)行其所需功能狀態(tài)的行動，通常分為計劃/預防性維修和非計劃維修兩大類，這些維修活動對于確保裝備和產品的安全性、可靠性、舒適性和使用壽命至關重要。維修基礎數(shù)據(jù)是執(zhí)行裝備和產品全壽命周期分析，維護裝備和產品性能所必需的基本信息，通過這些信息收集處理和分析，可將得到的結果反饋到利益攸關方，優(yōu)化維修活動，提升簽派可靠性和安全性，降低運營支持成本。此外，針對維修數(shù)據(jù)類型，本章通過6個分析案例對其進行了詳細闡述，并分別從制造商、運營商、維修商等利益攸關方的角度說明了裝備和產品全壽命周期中所需執(zhí)行的維修活動。

第5章“安全性數(shù)據(jù)反饋”用于捕獲影響裝備和產品安全性的事件信息，并涵蓋了向制造商和維修商反饋分析結果，提供安全問題的底層誘因和安全問題的解決途徑。安全性數(shù)據(jù)反饋的目的是試圖通過數(shù)據(jù)分析裝備和產品在任何階段(從概念設計直至退役)發(fā)生的事件或潛在危險，將其反饋給利益攸關方并及時作出應對策略，進而保障裝備和產品全壽命周期的安全性。安全性數(shù)據(jù)反饋最終目標是向利益攸關方報告影響裝備和產品的安全事件和造成安全事件的根本原因，其涉及的重要組織、安全事件來源以及數(shù)據(jù)反饋參與者如圖8～圖9所示，可以看出：裝備和產品安全性事件來源于全壽命周期多項活動，且相關數(shù)據(jù)傳遞與反饋過程中涉及多個對象，即運營商、供應商、維修商等利益攸關方。此外，本章還給出了3個案例分析用以說明安全性數(shù)據(jù)類別。

圖8 重要組織和安全事件來源Fig.8 Major organizations and sources reporting safety events

圖9 安全性數(shù)據(jù)反饋參與者Fig.9 Safety data feedback participants

第6章“供應保障數(shù)據(jù)反饋”通過供應保障相關數(shù)據(jù)支持供應保障策略方面的工作，在保障可用度的前提下，合理規(guī)劃備件庫存數(shù)量，實現(xiàn)物流鏈管理，最大限度地提升資產可用性、降低運營支持成本。供應保障作為產品支持策略的ILS要素之一，其目的是規(guī)劃采購、及時供應裝備和產品維修所需的備件，以合理的維修設備和工程人員支持產品正常運行，最小化生命周期成本。供應保障數(shù)據(jù)是實現(xiàn)裝備和產品全壽命周期維修保障管理的重要信息，通過相關數(shù)據(jù)采集、處理和分析，可為運營過程中的支持策略制定提供參考，在滿足持續(xù)適航的要求下，使裝備和產品能夠安全經濟地運行。對于供應保障數(shù)據(jù)類別，本章通過5個案例分析列出了相關活動所需的數(shù)據(jù)。

第7章“壽命周期成本分析數(shù)據(jù)反饋”主要著眼點在于裝備和產品全壽命周期中成本分析并實現(xiàn)成本數(shù)據(jù)信息的反饋。壽命周期成本分析主要包括的內容有成本要素定義、識別各階段的成本要素及全壽命周期成本計算。成本數(shù)據(jù)不僅可用于服務階段的維修費用估算和評估維修方案，還可用于后續(xù)供應保障費用的優(yōu)化，改進維修策略，指導航材配置。此外，在充分了解實際運營的情況下用以支持決策者預測未來成本，管理現(xiàn)有預算并進行決策分析，為有效調動資金奠定了基礎。壽命周期成本分析數(shù)據(jù)是有效衡量裝備和產品全壽命周期費用的基礎，為有效指導全壽命周期成本研究，本章詳細介紹了分析過程中所需的數(shù)據(jù)類型，并結合S3000L規(guī)范中的成本分析模型，實現(xiàn)裝備和產品的運營支持成本計算。

第8章“擔保分析數(shù)據(jù)反饋”對產品擔保內容的合理性和管理缺陷進行了分析，主要內容和目的為：記錄系統(tǒng)故障并實施隔離措施，確定故障是否在擔保范圍內；研究費用成本、實際補償費用、故障費用數(shù)據(jù)交換等活動，為收集成本信息提供可行路徑；記錄超出保修范圍故障，識別不合理的擔保項目等，分析擔保內容的合理性；通過組件故障率是否超過預算損失率評估、有效識別風險項目；通過利益攸關方之間的溝通管理改進擔保分析，提高擔保制定流程和規(guī)則。產品擔保分析是利益攸關方之間的博弈過程，其反饋過程如圖10所示，可以看出：產品出現(xiàn)故障時，運營商結合擔保內容和附加信息(故障原因、故障數(shù)據(jù))形成文件提交給制造商，而制造商則依據(jù)合同有效性進行檢查，確定是否在擔保范圍內，如果屬于擔保范圍則接受申請，交由維修商進行維修；如果不屬于擔保范圍則拒絕申請，并將最終決定反饋給運營商，由運營商內部決定是否提供新的支撐文件說服制造商接受擔保服務。此外，S5000F第8章3.2節(jié)給出了5個擔保分析的實例，并明確了擔保分析需求的數(shù)據(jù)類型。

圖10 擔保分析數(shù)據(jù)反饋流程Fig.10 Warranty analysis data feedback process

第9章“產品健康與使用監(jiān)測數(shù)據(jù)反饋”介紹了收集和反饋健康和使用監(jiān)測數(shù)據(jù)所涉及的常見活動、基本定義和基本數(shù)據(jù)字段。產品健康和使用監(jiān)控是結合數(shù)據(jù)收集和分析技術，用來確保和改進可靠性、可用性和安全性，提升產品的整體性能。產品健康和使用監(jiān)控依據(jù)利益攸關方的需求，即監(jiān)控產品的部位、監(jiān)控措施、采集數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)提取、報告數(shù)據(jù)、驗證數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)分析傳輸、數(shù)據(jù)訪問等，結合數(shù)據(jù)輸入、存儲、傳輸、分析等流程，實現(xiàn)產品運行監(jiān)控、故障診斷、性能預測，最終實時反饋產品的運行狀態(tài)，進而確定ILS需求，保障產品安全性，

降低維修成本。此外，本章最后通過5個案例分析闡述了產品健康與使用監(jiān)測數(shù)據(jù)類別。

第10章“報廢管理數(shù)據(jù)反饋”針對全壽命周期報廢管理相關活動和數(shù)據(jù)進行了說明。報廢管理作為影響裝備和產品設計、制造、運營和服務階段安全性和經濟性的重要環(huán)節(jié)，是確保全壽命周期得到合理支持的必要流程，其對于在整個產品壽命周期內實現(xiàn)最佳成本效益至關重要。為了最大程度地降低因報廢產生的成本和影響，在裝備和產品的整個生命周期必須建立一個適用的報廢管理流程，如圖11所示。

圖11 報廢管理流程Fig.11 Obsolescence management process

第11章“綜合產品群管理數(shù)據(jù)反饋”概述了綜合車隊管理流程以及所需的數(shù)據(jù)，同時考慮到必要的維護、產品配置和滿足運營需求的所有可用性因素，用以規(guī)劃產品運營，滿足產品的可用性和功能性，適用于利益攸關方單個和多個產品運營綜合管理。綜合產品群管理流程如圖12所示，可以看出：其流程主要包括產品需求管理、產品使用、運行管理、產品管理、產品維修、產品設計、供應支持等。此外，本章給出了7個案例分析，從不同角度羅列出綜合產品群管理所需的數(shù)據(jù)類別。

圖12 綜合產品群管理流程Fig.12 Integrated fleet management process

第12章“配置管理數(shù)據(jù)反饋”提供了不同產品配置管理方面所需的必要信息，其目的是確保產品安全可靠地運行以及符合產品相關法規(guī)(例如適航法規(guī))要求。配置管理數(shù)據(jù)是執(zhí)行產品全壽命周期配置管理的基礎信息，其相關數(shù)據(jù)類別通過5個案例分析給出了詳細的說明。此外，配置管理數(shù)據(jù)傳遞與交換涉及制造商、運營商、維修商等，其數(shù)據(jù)反饋流程如圖13所示，可以看出：制造商主要負責功能配置，運營商職責操作和運行，而維修商進行維修維護；其中，與可靠性相關的為交付配置和升級配置，交付配置是制造商在交付給運營商的產品配置，升級配置是由制造商(Original Equipment Manufacturer，簡稱OEM)提供的允許配置演變而來。

圖13 配置信息反饋流程Fig.13 Configuration information feedback process

第13章“服務合同管理數(shù)據(jù)反饋”主要是圍繞基于效能的物流PBL(Performance Based Logistics)管理，對服務合同中不同參與者之間信息交換的必要數(shù)據(jù)進行定義，其目的是支持裝備和產品全壽命周期服務合同管理。PBL類型合同涵蓋運營商和供應商之間基于物流指標的長期合作協(xié)議(例如服務合同)，關注的是運營商的需求，即擁有一個可操作、可靠、有效的系統(tǒng)，以合理的成本將物流成本降至最低。此外，為了說明服務合同管理過程中涉及的相關必要活動，本章結合12個案例分析對其進行了論述。

第14章“非預定義信息反饋”主要針對S5000F規(guī)范未定義的數(shù)據(jù)范疇問題，補充了相關需求的數(shù)據(jù)信息，明確了非預定義信息為結構化和非結構化數(shù)據(jù)兩大類，用以支持裝備和產品全壽命周期管理。其中，非預定義結構化數(shù)據(jù)是指涵蓋了數(shù)據(jù)元素的數(shù)據(jù)結構，雖然不是該規(guī)范的一部分，但是與數(shù)據(jù)反饋過程密切相關；非預定義非結構化數(shù)據(jù)是指與操作和維護相關的信息，由于這些數(shù)據(jù)自身的性質，無法將這些數(shù)據(jù)信息進行結構化。本章還給出了該規(guī)范其他章節(jié)所需的非預定義數(shù)據(jù)類別及相關的案例分析。

2.3 數(shù)據(jù)、剪裁及術語

2.3.1 數(shù)據(jù)模型、交換準則及屬性

第15章“數(shù)據(jù)模型”定義了一個通用的數(shù)據(jù)模型——公共數(shù)據(jù)模型CDM(Common Data Model)，用以指導裝備和產品全壽命周期管理中相關業(yè)務流程的數(shù)據(jù)交換和反饋。CDM是S系列ILS規(guī)范的核心，其為所有規(guī)范之間的互通性提供了有效途徑。在不影響數(shù)據(jù)完整性的前提下，CDM結合功能單元UOF(Units of Functionality)，將整個數(shù)據(jù)拆分為多組較小的數(shù)據(jù)模型，用以簡化整個數(shù)據(jù)模型，方便數(shù)據(jù)交換和反饋流程。此外，針對裝備和產品全壽命周期管理活動中所需的UOF進行了詳細說明。

第16章“數(shù)據(jù)交換”制定了基于可擴展標記語言(Extensible Markup Language,簡稱XML)模式數(shù)據(jù)交換準則，為實施數(shù)據(jù)交換提供了可行的指導策略，處理的數(shù)據(jù)結合UOF及CDM，并依據(jù)相關數(shù)據(jù)交換準則反饋給其他S系列規(guī)范用于相關分析，相關活動如圖4所示。此外，本章給出了ASD XML模式與產品壽命周期支持PLCS(Product Life Cycle Support)的映射關系，如圖14所示。

圖14 ASD XML模式與PLCS映射關系Fig.14 ASD XML schema to PLCS implementation mapping

第17章“數(shù)據(jù)元素”針對S5000F規(guī)范裝備和產品全壽命周期管理相關活動數(shù)據(jù)模型涉及的所有數(shù)據(jù)元素進行了定義，主要包括數(shù)據(jù)元素名稱、類型、文本及有效值、類/接口名稱、UOF等。

2.3.2 剪裁、用例數(shù)據(jù)和術語

第18章“S5000F剪裁”主要用于指導不同使用者依據(jù)該規(guī)范針對不同的裝備和產品制定適用于工程實際的指導性文件，提供利益攸關方之間的相互交流和溝通途徑，有效提高裝備和產品全壽命周期管理質量。

第19章“不同用例所需數(shù)據(jù)”針對S5000F規(guī)范第15章中描述的數(shù)據(jù)模型涉及的數(shù)據(jù)類別和數(shù)據(jù)元素與其他章節(jié)中描述的用例之間的映射，目的是為了快速確定裝備和產品執(zhí)行全壽命周期管理活動所需信息。

第20章“術語和縮略語”對S5000F規(guī)范涉及的術語進行了定義并說明了該規(guī)范中相關縮略語的含義，以便能夠讓使用者準確定位相關術語和縮略語的含義，統(tǒng)一規(guī)范使用流程和行業(yè)認知。

3 S5000F規(guī)范在民用飛機運行可靠性分析反饋中的應用

民用飛機產業(yè)是影響全球戰(zhàn)略地位的重要產業(yè)之一，逐漸受到世界各國的重視。對于民用飛機而言，可靠性主要用以衡量其結構、機構、系統(tǒng)及整機的性能是否能夠滿足預定功能需求，是全壽命周期安全運行的保障指標之一，也是利潤增長點的決定性因素之一。因此，可靠性分析對于民用飛機安全經濟運行起到關鍵作用，并且可靠性分析貫穿于民用飛機設計、制造、運行、服務等階段全壽命周期。

民用飛機設計階段主要依據(jù)研究對象的概念模型和預定義工作載荷開展其可靠性分析，進而結合試驗驗證其可靠性指標，并進一步基于可靠性分析結果指導優(yōu)化設計。關于民用飛機設計階段可靠性分析的理論目前已相對完善，并且廣泛應用于工程實際；此外，西北工業(yè)大學馮蘊雯課題組針對民用飛機典型系統(tǒng)(例如起落架、艙門等)結構機構的設計階段可靠性進行了系統(tǒng)研究，并將其推廣至國產民用飛機型號研制[15-20]。民用飛機運行階段的可靠性研究(運行可靠性分析與反饋)著重分析實際工況作用下分析對象的性能指標是否與設計可靠性一致以及滿足運行要求，其結果不僅能夠反映當前民用飛機運行狀態(tài)的可靠性指標，而且能夠用于指導設計階段的目標對象優(yōu)化設計、運行階段的操作控制以及服務階段的維修保障。對于民用飛機運行可靠性分析與反饋，通常做法是結合有效的運行數(shù)據(jù)建立可靠性分析模型，基于該模型確定運行狀況下的可靠性水平，進而將分析結果用于民用飛機全壽命周期管理。當前，隨著大數(shù)據(jù)理論的發(fā)展，運行可靠性分析與反饋理論研究方興未艾，工程方面已在軌道交通、轉子軸承等方面進行了初步應用[21-23]，然而在民用飛機領域尚未系統(tǒng)應用。針對S5000F規(guī)范，目前上海飛機客戶服務有限公司已著手開展其翻譯工作，中國航空綜合技術研究所針對數(shù)據(jù)單元進行了初步研究。本課題組在民用飛機運行可靠性分析方面進行了初步探究[24-27]，并初步形成了基于S5000F規(guī)范在民用飛機運行可靠性分析與反饋中的思路框架，如圖15所示。

圖15 基于S5000F規(guī)范在民用飛機運行可靠性分析與反饋思路框架Fig.15 Framework of operational reliability analysis and feedback for civil aircraft based on S5000F specification

從圖15可以看出：民用飛機運行可靠性分析與反饋主要是基于民用飛機運行數(shù)據(jù)，結合大數(shù)據(jù)理論，以S5000F為引，實現(xiàn)民用飛機運行階段的可靠性分析，并將分析結果反饋至民用飛機設計、制造、服務等階段，為民用飛機全壽命周期管理提供有效支持?；赟5000F規(guī)范，民用飛機運行可靠性分析與反饋包括運行可靠性分析和分析結果反饋兩大流程。

運行可靠性分析主要包括數(shù)據(jù)獲取、建模及分析，其具體流程為：明確研究對象及分析目標；基于S5000F規(guī)范相關章節(jié)，開展數(shù)據(jù)需求分析，梳理分析所需的數(shù)據(jù)類別屬性，通過飛行數(shù)據(jù)記錄器(Flight Data Recorder,簡稱FDR)、快速存取記錄器(Quick Access Recorder,簡稱QAR)、飛機通信尋址與報告系統(tǒng)(Aircraft Communications Addressing and Reporting System,簡稱ACARS)等收集的運行數(shù)據(jù)，運用多源信息融合對數(shù)據(jù)進行處理，進而結合數(shù)據(jù)挖掘技術提取有效信息，進一步采用數(shù)據(jù)模型實現(xiàn)數(shù)據(jù)集成；在此基礎上，通過數(shù)據(jù)傳輸規(guī)則調用訓練數(shù)據(jù)，依據(jù)S5000F規(guī)范中提及的仿真、Pareto、故障模式、影響及危害性分析(Failure Mode Effects and Criticality Analysis,簡稱FMECA)、故障樹分析(Fault Tree Analysis,簡稱FTA)、Markov、代理模型等可靠性建模方法，機器學習、深度學習理論建立運行可靠性分析模型，利用測試數(shù)據(jù)對模型進行驗證，若不滿足精度分析要求，則對所建立的模型進行修正，直至滿足預設要求；基于確認的可靠性分析模型，結合一次二階矩(First Order Second Moment,簡稱FOSM)、改進一次二階矩(Advanced First Order Second Moment,簡稱AFOSM)、二次可靠度方法(Second Order Reliability Method,簡稱SORM)、重要度抽樣、蒙特卡洛(Monte Carlo,簡稱MC)抽樣等方法完成運行可靠性分析，輸出分析結果。

對于運行可靠性分析反饋，則是基于運行可靠性分析的結果，分別將其作為輸入反饋給民用飛機設計制造和服務階段利益相關方，用以指導民用飛機設計制造和服務階段相關涉及活動的分析：在民用飛機設計制造階段，運行可靠性分析結果可以用于新研機型和現(xiàn)有機型設計階段的設計方案制定和改進優(yōu)化設計，指導制造階段的零部件加工工藝，以及運行階段制定適當?shù)娘w行計劃等；在民用飛機服務階段，運行可靠性分析結果可以有效指導維修計劃制定、維修任務優(yōu)化、維修供應支持、壽命周期成本分析、安全性管理、擔保分析、健康管理、報廢處置、機隊管理(優(yōu)化機隊管理方案)等。

綜上所述，S5000F規(guī)范為民用飛機運行可靠性分析與反饋提供指導，規(guī)范民用飛機運行階段的可靠性分析流程，完善民用飛機運行可靠性管理體系；S5000F規(guī)范與其他S系列ILS規(guī)范聯(lián)合使用，為民用飛機運行可靠性反饋提供思路，將運行可靠性分析貫穿于民用飛機從設計直至退役的全壽命周期管理，進而為民用飛機安全經濟運行提供合理的方案。

4 結束語

近年來，隨著民用飛機行業(yè)的迅猛發(fā)展，對民用飛機安全性和經濟性提出了更高的要求，而運行可靠性是保障民用飛機安全經濟營運的基礎，加之大數(shù)據(jù)理論的興起和民用飛機運行數(shù)據(jù)的積累，S5000F規(guī)范的面世為民用飛機運行可靠性分析與反饋，以及全壽命周期管理的系統(tǒng)研究提供了一個契機。S5000F規(guī)范不僅有助于加強和完善民用飛機運行可靠性管理體系和運行維護理念，而且有助于推動國產民用飛機乃至整個民用飛機行業(yè)運行可靠性、ILS等領域的進步。

本文研究工作的主要意義是結合S5000F規(guī)范探索民用飛機運行數(shù)據(jù)采集的業(yè)務流程，形成基于數(shù)據(jù)的運行可靠性分析框架，為大數(shù)據(jù)背景下的民用飛機運行可靠性管理提供合理有效指導，為健全完善民用飛機全壽命周期管理體系提供支持，進而縮小國內外民用飛機全壽命周期管理的差距，達到提升民用飛機日利用率和簽派可靠性，降低飛機停場(Aircraft on Ground,簡稱AOG)時間和維修成本的目標。

當前國產民用飛機正處在穩(wěn)步發(fā)展階段，其運行可靠性分析與反饋以及全壽命周期管理體系也在逐步完善中，為了能夠占據(jù)有利的未來民用飛機市場地位，有必要借鑒S5000F規(guī)范建立健全可持續(xù)的運行數(shù)據(jù)反饋流程，規(guī)范民用飛機運行可靠性分析與反饋業(yè)務，實現(xiàn)國產民用飛機單機及機群運營階段性能分析與監(jiān)控，搭建具有自主知識產權和符合行業(yè)規(guī)范的民用飛機運行可靠性管理體系，進而結合其他S系列ILS規(guī)范實現(xiàn)國產民用飛機全壽命周期活動管理，以及健全完善國產民用飛機ILS體系的建設，為民用飛機安全、可靠、經濟地運行提供有力保障，最終目標是在保障滿足持續(xù)適航要求的條件下，有效提升國產民用飛機運行可靠性能力，提高日利用率和簽派可靠性，降低AOG和全壽命周期運營支持成本。