军用飞机开展可靠性工作的工程方法研究

姬长法 李国丰 张海周（洪都航空工业集团 江西 南昌 330024）

军用飞机开展可靠性工作的工程方法研究

姬长法 李国丰 张海周（洪都航空工业集团 江西 南昌 330024）

可靠性工程在军用飞机研制中已成为飞机性能的重要组成部分，是保证飞机安全、提高战备完好性和降低全寿命周期费用的有效途径，本文提出了提高军用飞机可靠性的有效可靠性工程方法。

可靠性工程；软件可靠性；全寿命周期费用；保障性；测试性

1 前言

随着航空科技的发展，在现代军用飞机设计中，可靠性已经成为与性能同等重要的设计要求，它对飞机的可执行任务率、部署机动能力、维修人力和使用保障费用等都有着重要的影响作用。可靠性也已经发展为包括可靠性、维修性、测试性、保障性和安全性等门类的综合学科[1]。

飞机的固有可靠性高意味着在飞机使用寿命当中的失效次数最低；固有的维修性好决定了能更简便、经济地进行飞机系统修理。两者都能显著降低系统的使用费用；任务可靠性是确定系统效能的关键因素；系统的战备完好性在很大程度上又是由该系统的可靠性和维修

性特征决定的；可靠性与安全性是紧密相关的，更可靠的系统通常也是更安全的系统；武器系统更可靠、更有效，则有利于减少采办量。总之，可靠性是实现装备更高战备完好性和经济可承受性总目标的一个关键因素[2]。

2 军用飞机设计中开展可靠性工作存在的主要问题

2.1 高层和研发人员的认识问题

大家通常认为可靠性概念比较虚，产生不了实质性作用，觉得可靠性技术侧重于理论，跟研发实践工作相距比较远，忽略了可靠性较强的工程应用性。这种意识普遍存在于很多研发人员的认识里。可靠性做为工程技术学科，存在较强的工程系统性，在推动可靠性工作的过程中，不是单凭某个人及某个部门的力量，而一定要站到公司较高的技术管理层面进行推动，因此领导的支持以及推动力度非常重要。

2.2 可靠性技术问题

可靠性设计、分析工作没有真正抓实，可靠性设计与性能设计不同步，“两张皮”的现象普遍存在，严重影响可靠性工作效果。

可靠性大纲和可靠性工作流于形式，没有真正在提高产品的可靠性上狠下功夫。可靠性设计工作与性能设计不同步，影响可靠性设计分析的效果。

设计人员对产品可能发生的故障模式分析不全，对故障原因和后果分析不透，也没有采取相应的改进补偿措施；用于工艺设计改进的过程FMEA工作基本没有进行。

可靠性研制试验或增长试验不充分；非电产品的可靠性研制试验技术没有真正给予研究重视。

2.3 管理问题

型号质量师系统、可靠性工作系统对可靠性的工作职责不够明确，各专业没有设立专职的或兼职的可靠性设计人员。

型号总体单位没有明确履行“抓总”的职责。对总体应负的质量责任认识不足，对型号的质量与可靠性工作的总体策划工作做得不够。对配套产品的可靠性工作监督检查不力，也很难对配套单位进行协调与监控。

图1 某型号可靠性工作系统组成示例

3 军用飞机开展可靠性工作的有效工程方法

3.1 建立健全型号可靠性工作系统是开展可靠性工作的有力保障

针对可靠性工作中存在的问题，首先要建立完善的可靠性工作系统，由型号行政总指挥、总设计师或副总指挥、副总设计师中的一人担任可靠性工作系统的负责人，可靠性工作系统由可靠性专业人员、产品设计师、计划管理部门人员、质量保证部门人员等组成，有的型号可靠性工作系统还邀请军方代表参加，根据所承担研制的产品层次和专业的分工，可任命若干名可靠性主任设计师和主管设计师。其次，总师系统必须深刻认识到可靠性工作的重要性，总体协调、计划和监督，确保可靠性工作系统顺畅运行，正确处理可靠性工作系统与质量师系统之间的关系、可靠性专职人员与设计人员之间的关系。加强专业设计人员可靠性技术培训[3]。

型号可靠性工作系统必需融入到整个型号的研发系统中去，并与性能设计有机结合，才能使型号可靠性工作满足使用方的要求。

图1是某型号可靠性工作系统组成的一个示例。

3.2 可靠性预计与分配是可靠性工作的基础[4]

可靠性预计、分配是产品可靠性指标得以实现的基本保证，开展可靠性预计和分配工作，是确保设计、生产具备规定可靠性指标产品的指导性和基础性工作。首先将产品的可靠性指标自上而下逐级地分配到产品的各个层次，借此落实相应层次的可靠性要求，并使整体与部分之间的可靠性相互协调。尽量做到既避免出现薄弱环节又避免局部“质量过剩”而带来浪费。

可靠性预计是一个由局部到整体、由小到大的综合过程，自下而上地预计产品各层次的可靠性参数，判断各层次设计是否满足分配的可靠性指标。只有各层次的可靠性分别达到分配的要求，才能保证产品可靠性指标得以实现。对未达到分配指标要求的设计，则能发现其可靠性薄弱环节、设计上的隐患并提供选择纠正措施的依据。

3.3 FMEA工作是可靠性工作的关键

FM EA是可靠性维修性设计分析中一项非常重要的基础工作。它要求设计人员在产品研制的不同阶段，选择适当的FMEA方法，找出所有可能的故障模式、提出设计、工艺等方面的补偿措施，落实到设计图纸和技术文件中，并随着研制工作的进展不断深化。对产品进行FMEA的主要目的是提高其可靠性和维修性水平。过去，设计人员习惯于依靠自己的经验和知识来判断故障对系统所产生的影响，这种判断依赖于人的知识水平和工作经验，FM EA是一种系统的、全面的、标准化的分析方法，力图将导致严重后果的单点故障模式消灭在设计阶段，同时对不可避免的故障能够迅速检测定位，用良好的维修性弥补故障带来的影响。目前FMEA在许多民用领域被明确规定为设计人员必须掌握的技术，是找出设计上潜在缺陷的主要手段。现阶段，军机研制过程中FMEA工作还存在不足，首先各个单位应建立自己产品的故障模式库，积累经验和数据，并不断完善。其次，FMEA工作应与其他可靠性工作协调起来。最后，FM EA工作要实施动态管理，反复迭代，随设计不断完善。

3.4 加强元器件质量与可靠性控制

飞机的每个系统是由各种元器件、零部件组成的。由于它们的数量、品种众多，所以他们的性能、可靠性、费用等参数对整个系统及飞机的性能、可靠性、寿命周期费用等影响非常大。因此必须在研制的初期就开始对元器件、零部件的应用、选择、控制予以重视。必须严格控制元器件、零部件种类，保持元器件的品种最少，并最大限度地使用标准件，从而从根本上降低飞机的保障费用和寿命周期费用。

目前在工程上比较切实可行的措施有：

a.制订型号元器件优选目录，超目录选用要严格按技术责任制进行审批，不能失控；b.控制进口元器件的品种数量，进口元器件要有可靠的进口渠道；

c.元器件必须百分之百的进行复验和二次筛选，未经复验和二次筛选不得装机；

d.对关键元器件要进行破坏性物理分析（DPA）；

e.产品必须进行合理的降额设计和热设计。

3.5 实施软件可靠性工程

软件是型号配套产品，应纳入型号研制计划和产品配套表进行监督与管理。软件开发单位应制订并贯彻型号软件可靠性、安全性设计准则，开展软件可靠性、安全性设计。关键软件要进行防错、纠错、容错、检错及故障恢复设计。实施软件可靠性测评和管理。

实施软件的工程化管理，确保软件的安全、可靠，在设计过程中需注意：

a.确保软件开发阶段划分合理，并且软件实现阶段与其前、后阶段的工作不是由同一个人员负责完成；

b.明确各阶段的产品要求，并且一定要及时加以验证，确保文档的及时性、一致性和追溯性；

c.加强内部评审和评审检查单的制定，确保评审的有效性；

d.对经评审通过的阶段产品加以控制，使之不可能被随意更改；

e.要十分重视软件测试，不仅软件开发者自己必须测试，而且还需要进行独立的第三方测试。

3.6 注重开展可靠性和环境试验及可靠性试验的评价工作

环境应力筛选试验是排除早期故障，使产品恢复到固有可靠性水平的手段。它通过将适度的环境应力作用于元器件、插板、组合和整机，把元器件工艺缺陷激发出来，并给予更换或改进。从而使产品的可靠性得到保持或提高。

试验本身是不能提高产品可靠性，只有采取能防止在使用期间重复发生故障的改进措施之后，才能提高可靠性。因此环境应力筛选和环境试验项目的确定、试验大纲的编制必须到位，防止试验进行的不充分，或是试验完成后才发现试验项目不够合理的情况发生，真正使试验起到作用。除此之外，还要有针对性的开展可靠性增长试验，暴露产品的薄弱环节，并证明改进措施能防止薄弱环节再现，即证明改进的有效性。

可靠性试验的评价工作是利用研制各阶段的试验数据进行产品可靠性评定与数据分析，以验证试验的有效性，掌握产品可靠性增长的情况，并作为研制转阶段的重要依据。

3.7 积极推进测试性设计

现代军用飞机系统变得日益复杂，高代价、高效能、信息战、C3I/C4I作战指挥控制系统等的使用效果的提高和保障，必须依靠测试性设计技术确保正常、有效的发挥其作战效能，确保其较高的战备完好性及任务成功概率。可靠性高的军用飞机能减少对维修人员和备件的需求, 但装备存在着发生故障的可能, 高水平的维修性意味着装备即使出现故障, 也能够迅速、容易地就地得到维修, 并迅速恢复作战状态。在FMEA的基础上开展测试性设计，针对故障研究测试对策和维修方案，提高武器系统检测的自动化程度，以缩短故障定位时间，确保测试性指标的实现，最终达到提高军用飞机维修性水平。以测试性设计技术为基础的故障预测与健康管理（PHM）技术可在传感器的基础上，对全机进行状态监控并预测部件出现故障的时间。这样既可充分利用有寿件的使用寿命、避免过度维修，又能针对具体情况有效地预防故障，从而降低维修频率、节省大量人力物力，在避免替换件浪费的同时还提高了飞机的可用性。

3.8 大力开展保障性工作

保障性是军用飞机重要的质量特性，包含三个方面的内容，一是与保障有关的设计特性（如可靠性、维修性、测试性等）；二是保障资源；三是上述二者匹配协调满足战备完好性要求的能力。因此，产品研制初期就必须全面开展保障性设计，在产品的全寿命期内实现产品的好用、好保障、全寿命周期费用最经济。保证研制出的装备具有能持续完成作战与训练任务的能力是装备研制的目的[5]。

目前，还有许多现役军用飞机发生故障后，由于维修作业不够规范，综合保障不到位，用户不具备维修能力，研制单位在用户报故障后，派出具有维修经验的设计人员赶到现场，但是在终于将故障定位后，又发现没有现成的备件，有时甚至需要到批生产调试现场拆设备去维修用户的飞机。这种情况的发生说明没有把维修保障工作做好，首先是设计时就缺乏维修性和保障性的考虑，因此在型号研制过程中要特别加以重视。用户迫切需要有完备的综合保障能力，在以用户为主导的飞机综合保障工作中，研制单位要利用现有条件，结合实际情况，积极开展综合保障工作，全面考虑保障问题，使保障影响设计，并在军用飞机部署使用的同时，以最低费用提供与飞机相互匹配的保障资源，开展飞机的保障性设计，确定使用保障和维修保障方案，规划保障资源，确保军用飞机在寿命期内具有最低的使用费用。

3.9 认真开展可靠性评审工作

可靠性评审属于设计评审的一部分，分为可靠性设计评审和工作计划评审。可靠性评审的目的是及时组织非直接参与型号设计的专家，帮助总设计师系统发现设计缺陷，加速设计成熟，降低决策风险，以保证在研型号达到规定的可靠性、维修性要求和完成综合保障工作项目。

对每次评审提出的技术问题进行归零，并贯彻“定位准确、机理清楚、问题复现、措施有效、举一反三”的原则，使型号研制中出现的问题真正做到“举一反三”，提高型号的设计质量和可靠性水平。

3.10 有效运行故障报告、分析与纠正措施系统（FRACAS）

建立故障报告、分析和纠正措施系统（FRACAS）,确立并有效执行故障记录、分析和纠正程序，及时发现并报告产品故障，分析故障原因，制定和实施有效的纠正措施，对故障进行闭环控制，以防止故障重复出现，从而实现产品的可靠性增长，以保证达到并保持产品的可靠性和维修性水平。可靠性工作的主要任务就是与故障作“斗争”，控制故障发生的概率，纠正已经发生的故障。FRACAS是一个有效的可靠性管理工具，既具有改进现实的功能，又能对未来起预防作用。FRACAS的有效运行，能积累对“现实故障”分析、处理的经验，为类似产品的FM EA提供更准确、完整的信息。通过一套规范化的严格的管理程序，保证产品及其组成部分在各个阶段发生的极其分散的故障信息能及时、准确、完整的收集，为分析、评价和改进产品可靠性提供科学依据。

4 结束语

可靠性是一项总体的系统工程，它是通过有效管理和专业设计人员设计来实现的。只有通过建立可靠性工作系统，加强技术与管理的有机结合，由专业设计师与产品设计师密切配合，全面落实可靠性工作责任制，认真贯彻执行国防科技工业质量与可靠性法规和标准，实施行之有效的可靠性工程技术手段，才能不断促进军用飞机的可靠性增长，最终达到提高飞机的战备完好性和降低全寿命周期费用的目的。

[1] 王振西，张宝田.科索沃战争(上中下)［M］.北京：军事科学院出版社，2000

[2] 杨为民，阮镰，俞沼，屠庆慈.可靠性•维修性•保障性总论（可靠性•维修性•保障性丛书）.国防工业出版社，1997

[3] 龚庆祥主编.型号可靠性工程手册. 国防工业出版社，2007

[4] 曾声奎,赵廷弟,张建国等.系统可靠性设计分析教程.北京航空航天大学出版社.2001, 01

[5] 俞沼，浅论装备的保障性和保障性要求的确定，装备质量，2001，10

Study of the Military Airplane Reliability Engineering Methods

Ji Changfa Li Guofeng Zhang Haizhou
（Hongdu Aviation Industry Group, Nanchang, Jiangxi 330024）

Reliabi l ity engineering is the impor tant component of the airplane capabi lity in the development of the mi l itary airplane, and is the ef fective approach to ensure airplane safety,to improve the operational readiness, and to reduce the l i fe cycle cost. Avai lable rel iabi l ity engineering methods to improve rel iabi lity of airplane is put forward in this paper.

Rel iabil ity engineering；Sof tware reliabi l ity；LCC Supporting；Testabi l ity

2010-09-17）

姬长法 男，1976年3月出生，工程师，研究方向为飞机可靠性维修性工程