飞机系统使用可靠性分析

系统使用可靠性参数的建立

　　为了深入了解系统使用所表现出来的故障特性，以便获得能指导维修的多种参数，仅仅一个统计意义上的出勤可靠度的可靠性参数是不完全的。本文中引入以下各参数来全面反映系统使用可靠性。只有这样，才能决定采用何种维修方式是安全可靠和经济的。

　　1故障安全度

　　飞机系统发生故障的现象和模式不同，对飞机安全飞行的影响（遣派可靠度）也不同。因此，在评估飞机系统可靠性的时，需要将故障是否影响放行的参数表征出来。

　　2 维修经济性

　　根据飞机系统使用的特点，可以决定采用何种维修方式，以保证一定的出勤可靠度。而每一种维修方式的维修费用、停场时间是不同的，与维修经验、维修厂房工具及飞机的使用环境相关。维修经济性表达航空公司工具设备、人员技术水平所综合反映的维修过程中费用和工时的总成。

　　3旅客满意度

　　飞机上的一些系统是和旅客的舒适相关的，如其发生故障将影响旅客的满意程度，其大小为旅客满意度。

　　4 航段特征

　　故障放生在航段的哪个阶段。

　　5 季节因数

　　故障发生的季节。

　　6维修结果评价

　　不同的维修方式将 产生不同的维修结果，故对其满意度进行度量。

系统使用可靠性各参数的模糊数字化规则

　　在飞机维修过程中，故障的处理过程记录是很重要的第一手原始资料，其中包含了丰富的信息，为了便于计算机处理，需要将这些信息予以数字化。

　　1. 故障安全度的数字化处理规则

　　（1） ATA安全权重系数 在对故障进行安全度的数字化处理时，首先确定该故障系统处于飞机系统的ATA章节。各个系统的功能对保证飞机的基本的飞行安全是不一样的，因此，飞机各ATA章节的有不同的安全权重系数W，如ATA21空调系统，其安全权重系数W=0.8；

　　（2） MRB的安全分值 根据MSG -3（维修大纲）的分析逻辑树对具体故障作上层分析，确定该项目属于MRB（维修适航要求）的哪类项目，而每个项目有相应的安全分值对应。

　　（3）MEL的安全分值 由于运行文件最低设备清单MEL是有关飞机故障状态对执行航班的安全性影响的文件，故在评价安全度时，还要必须考虑MEL的相关条款。

　　（4） 安全度的综合度量 以上是对安全度评估的几个方面，具体到某一项目，应该将各方面进行综合。即

　S=W×[MRB×P+(1-P)×MEL] （1）

其中 S为某项目的安全度

　　MRB为某项目的MRB安全分值

　　MEL为某项目的MEL安全分值

　　P为权重系数，例如，重点分析故障对航班的影响可考虑将P值取低于0.5，如果注重分析维修方式，则可以考虑取P值大于0.5。

　　2.故障维修经济性的数字化处理规则

　　（1）维修方式的度量值M 在考虑分析维修方式时，根据MSG-3的逻辑分析树的下层有A、B、C、D、E的不同的维修方式，其维修的深度是逐渐加深的，故在考虑维修经济性时，还必须考虑维修方式的因数，其维修经济性度量值如下：

　　5A，6A，7A，8A，9A，8B，9B 2

　　5B，6B，7B，8C，9C 3

　　5C，6C，7C，8D，9D6

　　5D，6D，7D，8E，9E 8

　　5E，8F 10

　　（2） 维修费用方面的经济性C0

C0=C1+C2+C3 （2）

其中

C1=维修材料费M/2000美元 C2=航班延误时间×　

　 5000/2000

C3=维修工时×15美元/2000美元

　　（3）综合的维修经济性C

C=M×P+(1-P)×C0 （3）

　　P为权重系数，其取值与式（1）要一致。

　　3. 影响旅客舒适度的数字化度量

　　关于旅客舒适度的评价对于不同的飞机系统，应该有不同的标准。如本文所列举的座舱增压系统其宗旨就是为乘客提供所能接受的座舱压力，同时座舱升降率以不超过500英尺/分最好。故该系统故障对旅客舒适度的影响的评价模型如下：

　　客舱高度大于11000英尺，或，

　　座舱升降率大于2500英尺/分 为极不舒服 评价10

　　MAX{10×（实际座舱升降率-500）/2500，10×(实际座舱高度-5000)/11000} （4）

　　4. 对故障维修结果的评价

　　对维修结果的评价，需要专家系统的支持，可以采用神经网络建模来评价。现仅根据对增压系统的情况，对其故障维修结果作初略评价，取值为0～1，维修结果越好其值越靠近1。

　　5. 航段信息

　　将飞行的5个阶段分别使用数字1～5代替为：1为起动滑行、2为起飞爬升、3为巡航、4为下降接近、5为着陆滑行。

　　这样可以统计分析系统故障发生的航段特性，便于分析机队的航段小时比和系统可靠性的关系，也可以推测公司的航线结构的改变对系统可靠性的影响。

　　6.故障的季节特性

　　飞机系统使用可靠性和运行的季节相关，因为季节的改变，相应地改变了飞机运行的环境，包括：大气温度、相对湿度气压等。故必须对故障的发生情况作统计分析，便于查找环境因数对飞机系统的使用可靠性的影响。季节性特性的编号为：1为春季（3~5月）、2为夏季（6~8月）、3为秋季（9~11月）、4为冬季（11~来年2月）。

系统使用可靠性的实例分析

　　本文采用的数据来源于1992～2002年厦航波音737机队的模拟式增压系统的故障记录，约500条，通过以上数字化规则计算的结果，其权重系数P值取0.3。

　　1.安全度分析

　　此分析注重于系统故障报告中安全度的统计规律，剔除重复故障，得出自相关系数为0.037。通过软件DATAPLOT计算的这组数据的WEIBULL分布的图形如图1。图１所示WEIBULL图的位置参数和尺度参数分别为：-0.955、4.938。

　　从WEIBULL的PDF图可以看出安全度4左右概率密度达到高峰，其左侧上升斜率的绝对值比右侧下降斜率的绝对值低。 DATAPLOT求出的WEIBULL分布的特征值为：3.9826，对飞行安全的影响度小。同时，虽然有部分超过安全度5，但其WEIBULL的PDF图急剧下降，说明其特征值能够反映增压系统故障安全度的门槛值。总的来说：厦航737机队增压系统的使用是安全可靠的。

　　2. 维修经济性分析

　　将449条故障记录的实际维修经济性数据作为分析对象的DATAPLOT的分析结果如下。

　　其威布尔分布的特征值为：3.133。即每处理一条故障，需要的维修度为3.133（包括维修时间、材料费用、维修深度等）将其折算成费用相当于6200美元，这个维修费用相当高了。同时，从威布尔的PDF图可以看出维修度大于7的事件的概率约为0.02。由此可以看出厦航在维护增压系统的代价是昂贵的。解决方法是加强培训，以科学决定维修方式，降低维修费用。

　　3. 系统可用度分析

　　根据增压系统的特点采集系统故障表现的安全度、维修经济性、旅客舒适度来综合体现系统的可用度。若该3个参数的向量模超过10，表明该故障的飞机不可用。

　　因此，可用度=SQRT（安全度×安全度+维修经济性×维修经济性+舒适度×舒适度）

　　图2是DATAPLOT对可用度的分析。从分析可以得出：可用度向量的模基本符合形状参数为2.255的WEIBULL分布，其相关系数为0.997。可用度向量模的特征值为7.027。可用度向量模低于10的概率为0.9039。可计算出系统的可用率为：

1-（1-0.9039）×故障报告率=99.959%

　　4. 故障的航段特性分析

　　本组数据分析得出增压系统故障报告的航段主要集中在起飞和降落阶段。故如果公司的段小时比缩短，则增压系统的故障有上升的趋势。同时，起飞和降落阶段是飞机气源压力变化大的阶段，如果机体增压舱漏气率超标，就会超出增压系统调节的裕度。根据这些特点，厦航机队增加了2C检间隔检查机体泄漏,有效地控制了增压系统故障的发生。

结 论

　　本文对系统级的可靠性分析，依据民航业长久以来形成的较为规范的适航规章、系统物理结构特点以及航空公司自身的维修特点等将每一条故障处理过程或每一个维修活动过程，均细化为一个向量，以便利用软件DATAPLOT来作数字化的分析处理,可以发现系统的内部规律和航空公司的使用可靠性规律。掌握这些规律可以指导航空公司制定和优化维修计划。本文所提到的数字化规则及框架通过增压系统的实例分析，基本能够达到系统可靠性分析的要求，可以更科学地规划维修活动提高系统的使用可靠性和维修性，达到安全、经济、效益的多丰收。

来源:中国航空工业发展研究中心