大飞机机载设备高可靠长寿命目标的实现途径

薛海红

（第一飞机设计研究院，陕西 西安 710089）

大型飞机整机平均无故障间隔飞行小时目标值很高，高出战斗机10倍左右；飞机寿命要求飞行小时和日历年，也高出战斗机10倍左右，无论是大飞机的可靠性指标还是寿命指标均提出了非常高的定量要求。

从定性角度分析，大飞机其使用环境复杂、使用率高、任务时间长，要求其必须具有高的基本可靠性和任务可靠性水平，尤其，在战时环境下要具有在简易机场起飞的能力，要求大飞机的故障次数少，飞机无维修执行任务的能力强。

综上分析，高可靠性和长寿命设计是大飞机研制的重要特征和目标，这就对为飞机配套的机载设备的研制提出了巨大的挑战。针对大飞机高可靠长寿命的研制需求，大部分机载设备需要全新研制，而面对国内目前的设计经验和工业技术水平，要利用现有的元器件、原材料和工艺水平，研制出可靠性和寿命均高出以往10倍要求的产品，无论是技术上还是工程管理上都将面临巨大的困难。

1 总体思路

“产品的可靠性是设计、生产、管理出来的”，要实现大飞机的可靠性目标，就必须围绕组成飞机的各类机载设备，从以下几方面来转变工作思路。

改变传统设计理念——在产品可靠性设计中，实现由基于概率统计的随机失效向失效物理理念的转变，运用失效物理方法和手段识别并确定产品设计中的深层次故障或故障趋势。

强化过程管理控制——在产品可靠性管理中，实现由重视研发结果的考核向研发过程控制的转变，最大程度的暴露产品研制各阶段的可靠性问题，确保产品研发过程的可靠性水平。

采用先进设计技术——在产品研发过程中，积极引入可靠性设计、可靠性分析、可靠性试验等各类先进的关键技术和手段，挖掘传统可靠性方法所不能发现的设计缺陷，实现对产品可靠性的增长，提高产品健壮性设计。

按照以上思路，在大飞机研制中，总师单位应做好可靠性工作的总体规划和要求、制定有效控制措施和手段，积极探索可靠性新技术和新方法，并加速推进工程应用；机载设备单位应严格按照总师单位的计划、要求，以及规范和指南，结合各研制阶段的设计流程，对机载设备、分系统及系统各层次开展可靠性设计、分析、试验及管理控制工作，最大程度的激发潜在故障，暴露设计缺陷，通过设计改进实施大幅可靠性增长，确保设备、系统乃至飞机可靠性要求的实现。

2 工作重点

2.1 制定规范要求，明确任务职责

飞机总师单位通过制订“型号工作计划”、“型号寿命与可靠性要求”、“型号成品技术协议书”等文件，明确可靠性工作项目要求、技术指标要求、开展时机要求及完成质量要求等内容，并通过建立和运行“型号四性与保障设计师分系统”和任命“型号四性与保障系统兼职主管设计师”，明确工作责任单位（部门）、责任人及职责内容，确保各项可靠性工作的顺利开展。

2.2 明确监控措施，加大监控力度

飞机总师单位通过制订“型号四性与综保监督与控制规定”和“型号可靠性审查要求”，提出大飞机系统或产品可靠性设计、分析、管理等各项工作的控制与审查要求，明确审查阶段和形式、审查项目和内容、审查要素和审查重点等。

在型号研制各阶段，总师单位严格依据审查要求中规定的内容，对飞机各系统和各设备承研单位可靠性工作进行监督和控制。通过审查要求的贯彻和实施，保证同层次产品在不同研制阶段可靠性工作的延续性和可追溯性，保证不同层次产品在相同研制阶段可靠性信息传递的准确性和完整性。通过以上监控与审查，确保可靠性分析信息与系统设计信息相互迭代，实现可靠性工作与产品研制工作同步进行。

2.3 控制设计源头，提高分析深度

通过对元器件和原材料的选用源头和选用过程进行严格控制，同时，通过降额设计、标准化设计等可靠性设计措施和元器件二次筛选、整机环境应力筛选等试验手段，对元器件和原材料的使用过程进行严格控制；

加强可靠性预计、FMEA（失效模式与效应分析）和FTA（故障权分析）等工作，确保各项分析工作的准确性和完整性。多轮分析，多轮迭代，实现可靠性分析与产品设计同步。在方案阶段、初步设计和详细设计阶段分别开展可靠性预计、故障模式影响分析、故障树分析，通过各种可靠性分析一方面评估产品可靠性水平，另一方面寻找潜在故障隐患和设计薄弱环节，为产品设计改进提供输入。

3 技术措施与保障

3.1 应用试验新技术，提高产品过程可靠性

对于大飞机机载设备非常高的可靠性指标，按照传统方式开展可靠性试验，则不论从试验经费还是从试验进度上都难以实现。以某机为例，其新研成品多达280项，如果都进行可靠性试验，经费将达数亿元，在这种情况下，只好仅对16项二级产品安排可靠性鉴定试验，对21项关键的三级产品安排了可靠性增长试验。虽然该飞机在可靠性试验方面已经投入了很大的人力和物力，但在飞机设计定型时，飞机的可靠性水平仍然没有达到研制总要求中规定的指标，成为了设计定型遗留的主要问题之一。造成这种结果的主要原因是虽然对新研的二级和三级产品安排了可靠性试验，但大部分新研产品由于受到经费和进度的影响却没有进行过任何可靠性试验，这些产品的可靠性水平严重影响了飞机整机的可靠性水平。

因此，对于大型飞机，按传统的可靠性试验方式已经很难满足要求，必须实现工作思路的转变，即“由试验验证向综合评价转变；由结果考核向研制试验转变；由被动故障向主动故障转变”。

按照以上思路，需要探索和突破可靠仿真、可靠性强化、可靠性加速增长等一系列基于失效物理研究的可靠性试验新技术。在大飞机系统及设备研制早期，运用这些可靠性试验新技术，在不同研制阶段，针对不同产品层次，通过加大应力、缩短周期、尽量多的诱发产品故障和验证设计冗余，充分暴露产品设计薄弱环节或设计缺陷，为产品的可靠性提高提供输入，使得产品设计得更加健壮。

3.2 探索设计新技术，实现主动可靠性设计

产品可靠性设计是产品可靠性工作中首要的工作，要提高产品的可靠性水平，首先要开展好产品各研制阶段的可靠性设计，确保将可靠性设计技术纳入到产品研制中。因此，可靠性设计技术的贯彻和应用是大飞机高可靠和长寿命目标实现的重要保证，在大飞机各研制阶段应合理规划、严格控制各级产品的可靠性设计工作，全面提高产品及飞机的可靠性水平。

大飞机可靠性设计中可以采用的设计技术很多，应根据产品的特点选择和实施。比如提高非电产品寿命的耐久性设计与分析技术、提高产品环境适应能力的环境防护设计技术、能够有效控制电子产品热量积累的热设计技术等等，具体技术的选用应考虑以下因素：

● 根据产品类型选择可靠性设计技术；

● 根据产品重要性选择可靠性设计技术；

● 根据产品复杂程度选择可靠性设计技术；

● 根据产品研制状态选择可靠性设计技术。

表1中对大飞机研制中推荐采用的9种可靠性设计技术，从作用和适用范围两方面进行对比分析。

4 结束语

要实现大飞机高可靠性要求，必须要合理规划研制周期各项可靠性工作，全面贯彻系统工程的设计理念和方法，坚持“强化关键环节、控制关键产品、应用关键技术”的原则，提高可靠性设计与试验新技术的应用深度和广度，最大程度的将设计缺陷消除在产品底层和研制早期，确保设备、系统及飞机的可靠性目标的实现。

表1 可靠性设计技术的对比分析