民用飞机签派可靠度分配方法研究

张凡

【摘 要】签派可靠度是表征民机可靠性的顶层参数，是国际民航运输行业衡量机队/飞机运营效率的最重要的参数之一，对保证飞机安全运行、经济运营、持续适航具有重要的意义。根据基于签派可靠度的可靠性设计分析工作流程，研究设计阶段签派可靠度指标的分配准则和分配方法及详细的分配步骤。

【关键词】可靠性；签派可靠度；签派中断率；分配和预计

【Abstract】Dispatch reliability is the top-level parameter of civil aircraft reliability and is the most important parameter of evaluating fleet/aircraft operation efficiency for international civil aviation transportation industry. Dispatch reliability is of great significance to guarantee safety operation， economy management and continued airworthiness for civil aircraft. In this paper， dispatch reliability allocation criteria， allocation model and detailed allocation tasks during design phase are researched according to dispatch reliability analysis workflow.

【Key words】Reliability； Dispatch reliability； Dispatch interruption rate； Allocation and Prediction

签派可靠度的高低，即航班的正点率水平，直接影响到型号运营的经济性，也在很大程度上受飞机自身设计的影响，因此在民机研制阶段，须对签派可靠度进行深入的分析、合理的分配、准确的预计，并进行充分的验证[1]。目前，我国民用飞机签派可靠度往往是航空公司的一个定期运营统计值，但在民用飞机研制阶段，对签派可靠度水平缺乏有效成熟的评估方法。本文提出了民用飞机设计阶段的签派可靠度设计工作流程，并在其基础上研究指标分配方法，为后续签派可靠度准确预计和验证提供指标基础，有利于采取设计改进措施，提高可靠性水平，保证民用飞机的经济性和商业成功。

1 定义

签派可靠度：没有延误（技术原因）或撤销航班（技术原因）而营运离站的百分数[1]。

在数值上，签派可靠度=1—签派中断率。

签派中断率是在规定的日历时间内（或规定的累计商务离站次数内），因技术原因的延误及航班撤销总次数除以商务离站总次数。

2 基于签派可靠度的可靠性设计工作流程

根据ARP4754A，民用飞机研制过程主要由要求捕获（即指标论证和确定）、要求确认和要求验证等三部分工作内容。基于签派可靠度的可靠性设计过程同样由这三部分工作内容组成[2]。

2.1 指标论证及确定

在民用飞机项目可行性论证阶段，根据相似产品的经验，考虑新研产品的特点，进行相似性（含差异性）分析、可靠性与经济性权衡分析等，并确定新研飞机的整机级签派可靠度设计定量要求。相似性（含差异性）分析主要包括技术相似性分析、运行剖面技术相似性分析、用户需求、相似机型运营统计数据分析等。

2.2 指标确认

签派可靠度的指标确认主要包括签派可靠度要求的分配和预计。签派可靠度要求分为影响签派可靠度的失效状态概率要求以及按照ATA章节分配的全机全系统签派中断率要求。

根据签派可靠度要求不同，包括签派可靠度的功能失效分析以及签派中断率分析两部分内容。其中功能失效分析与系统安全性评估工作结合进行，均采用ARP4761中建议的功能危险性评估 - 初步系统安全性评估评估方法，对失效状态的可靠性要求通过上述评估方法分配到整机级、系统以及设备级。签派中断率分析包括签派中断率分配和预计过程[3]。

2.3 指标验证

可靠性指标验证方法分为分析验证和试验验证。由于签派可靠度是可用性指标，是统计性指标，故在设计阶段无法对签派可靠度进行验证。签派可靠度验证工作只能在民机的实际运营过程中，根据运营数据统计方法进行统计验证。但在民机设计阶段至飞机交付之前，可以对与签派可靠度相关的设计参数进行验证，即基本可靠性（失效率/故障率）——组件（LRU）故障率进行验证，其验证对象主要是LRU或设备进行验证，验证方法包括分析与试验验证。

3 签派可靠度分配方法

根据上述基于签派可靠度的可靠性设计流程，签派可靠度指标确认即分配和预计尤为重要，通过对飞机的签派可靠度进行分配和预计，可以定量地得出影响飞机整体签派可靠度水平的系统、子系统和LRU设备，在保证飞机安全性的基础上合理调整飞机的构型，以提高飞机的签派可靠度水平。由于签派可靠度分配是目前国内民用飞机签派可靠度设计的薄弱环节，因此本文重点关注签派可靠度分配工作，提出签派可靠度分配的流程和详细工作。

可靠度分配是将顶层目标（即整机级签派可靠度指标）分配到飞机系统和功能/设备。根据系统和组件失效对飞机签派可靠度事件有关系的可靠性参数的贡献比，将可靠性要求分配到飞机系统和组件。因此签派可靠度分配是一个自上而下的过程，主要分为3大步骤，分别为飞机级（步骤1）、系统级（步骤2）和功能级（步骤3）。

3.1 签派可靠度分配模型和分配标准

签派可靠度的分配基于包含分配标准的分配模型，针对步骤1、步骤2和步骤3的分配模型可能不同，但都是严格地基于相同的逻辑建立的。在步骤2和3中要对系统和功能/设备的可靠性影响进行权衡来确定分配准则和整个分配模型，因此分配标准中需要考虑以下4个因素：运营（飞行循环影响、关于签派事件的失效影响等级、ETOPS等）；工程（技术复杂性、科技成熟度、环境条件等）；维修（MEL清单等）；LRU（主要与ETOPS、不利的环境、成本等相关的）。

签派可靠度分配模型包括等分配模型和分级模型。其中，等分配模型：根据飞机架构，在给定的N-层级的每个系统/子系统/功能将会得到上一层级（N+1层）的部分可靠性目标。数学分配仅仅基于N-层级系统/子系统/功能的数量。分配给所有N-层级的部件的可靠性目标都是相同的。而分级模型与等分配模型相反，分级分配模型中会引入运营、技术、科技、环境等详细因素，能更好地权衡飞机系统和功能之间的可靠性指标分配，因此，得到的签派可靠度指标也更准确和可行。分配模型中的每个分配标准都将影响可靠性要求的分配，分配标准主要考虑两大因素：一是，运营关键度（也就是系统/功能的功能失效对签派事件的影响）；二是，系统/功能的技术、科技、维修性等方面的关键度，分配标准在指标分配中以权重和百分比的形式表示，其和为100%。

3.2 签派可靠度分配详细工作

在飞机级，也就是步骤1，这部分工作的目的是将整机级目标分解到可执行层级以便让设计团队进行后续工作，因此要为分配标准设定相关的并具有代表性的值。步骤1包含两种互相补充的方法，它们分别在初期阶段和后期阶段进行。在初期阶段，采用相似飞机/设备的运营经验，也就是机队数据评估；在后期阶段，通过FMEA/FMES分析得到可执行层级的失效率。

在系统级，也就是步骤2，使用设计相似性因素进行指标分配。对于任何衍生型飞机，假如系统的构架和技术没有很大的改变的话，可以使用相似机型的运营数据确定新研飞机的可靠性目标（如设备MTBUR 等）以及使用转化因子。

在功能级，也就是步骤3，对于衍生型飞机，如果系统的架构和技术没有很多改变，这样就可以通过使用运营数据中的系统相似性分析的方法来完成功能/设备级签派可靠度目标的分解。对于新设计飞机或使用新技术的系统，在概念/初步设计阶段应完成构架分析（如故障树或马尔可夫模型），分配失效率到那些能够导致运营中断、非计划拆换或让机组有所行动的组件的失效模式，并确定与故障探测和可达性相关的要求。

4 结束语

本文提出了民用飞机设计阶段的签派可靠度可靠性设计工作流程，介绍了各部分的签派可靠度设计工作，重点关注签派可靠度指标分配这一国内民用飞机签派可靠度设计的薄弱环节，提出了分配模型和分配标准以及详细的分配步骤，为后续签派可靠度指标预计和验证提供基础，有利于调整飞机实际构型和方案，提高飞机整体的签派可靠度水平和经济性。

【参考文献】

[1]蔡蔚荣.民用飞机可靠性指标预计方法研究[J].科技视界，2015（13）：96.

[2]SAE ARP 4754A Guidelines for Development of Civil Aircraft and Systems[S].

[3]SAE ARP 4761 Guidelines and Methods for Conducting the Safety Assessment Process on Civil Airborne Systems and Equipment[S].

[责任编辑：杨玉洁]