基于FMECA的飞参采集器维修性信息分析

吴传贵，陈明新，周勇军，赵桂芳，张小辉，阚 艳

(1.中国人民解放军 第5720工厂，安徽 芜湖 241007；2. 安徽省航空设备测控与逆向工程实验室，安徽 芜湖 241007)



基于FMECA的飞参采集器维修性信息分析

吴传贵1,2，陈明新1，周勇军1,2，赵桂芳1,2，张小辉1,2，阚 艳1,2

(1.中国人民解放军 第5720工厂，安徽 芜湖 241007；2. 安徽省航空设备测控与逆向工程实验室，安徽 芜湖 241007)

维修性作为决定产品维修品质与寿命、周期和费用的关键因素之一，它是一种设计属性且日益受到各方的重视，特别是航空维修系统；某型飞机进入修理阶段需要开展机载设备维修设计，针对该机装备的新型飞参采集器的维修准备中保障资源确定无输入依据信息的问题，提出了一种基于FMECA的信息分析方法；首先介绍了FMECA，其次分析了采集器的任务功能、功能组成结构及可靠性框图，再次根据各模块的故障模式及其影响、危害性和基本维修措施等内容编制FMECA维修性信息分析表；最后进行危害性分析并绘制出危害性矩阵图，找到了对采集器危害性最大和影响较大的故障模式，避免了传统维修性分析方法的盲目性和主观性，表明FMECA的信息分析方法在航空产品维修性分析中有较好的应用和推广价值。

FMECA；飞参；采集器；故障模式；维修性分析

0 引言

随着新型飞机进入大修阶段，航空维修系统需要对机载设备进行维修性保障研究，投入保障资源配置等开展工作，为此，针对新型飞参采集器的维修保障迫切需要进行维修性分析。传统的维修性分析方法主观性强、实施困难，很难适应新的要求[1]。采用FMECA(failure mode, effects, and criticality analysis)维修性信息分析方法，把采集器的故障数据信息和产品可靠性分析结合起来进行维修性分析，以快速找到维修保障的重点，提高维修效率。

FMECA是由故障模式及影响分析(FMEA)、危害性分析(CA)两部分组成，只有进行FMEA分析基础上，才能进行CA分析。FMECA是一种归纳分析方法，不仅是产品可靠性分析的重要工作项目，也是开展维修性、安全性、测试性分析和保障性分析的基础[2-4]。具体的分析方法可参照GJB/Z1391—2006《故障模式、影响及危害性分析指南》[5]。

1 采集器定义

1.1 分析任务功能

某型飞参记录系统由飞参采集器、飞参记录器和快取记录器组成。飞参采集器通过飞机上的传感器及设备总线，采集来自航电系统和非航电系统的各个子系统的重要数据信息并通过HDLC系统总线送记录器和快取记录器进行记录。

定义初始约定层次为飞参记录系统，约定层次为采集器，最低约定层次为UART总线信号接口模块(10)、ARINC429总线信号接口模块(20)，交流和同步信号接口模块(30)、开关和频率信号接口模块(40)、直流模拟信号接口模块(50)和频率信号接口模块(60)、电源模块(70)、母板(80)和采集通讯控制模块(90)。

1.2 绘制功能框图

如图1所示。电源模块为整个采集器提供各种电源；功能信号接口模块包括UART总线、ARINC429总线、交流和同步信号、开关和频率信号、直流模拟信号和频率信号接口模块，通过匹配电路测量机上各类型重要数据信息；采集通讯控制模块完成有采集通讯和整个设备的控制；母板为各模块提供电气通道。

图1 采集器的功能原理图

以UART信号为例，其具体工作为：UART总线信号接口模块通过母板提供的电源模块生成的各种工作电压、采集通讯控制器发送的控制指令后，开始接收NAMP设备送来的UART信号，并将接收到的信号通过母板传送给采集通讯控制模块，最终上传至主记录器和快取记录器。

功能层次和结构层次对应框图如图2所示，图中虚线左侧为描述其功能的功能部分；右侧为对应的结构部分。UART总线信号接口模块(10)用于接收处理UART总线信号并存储；ARINC429总线信号接口模块(20)用于接收处理ARINC429总线信号并存储；交流和同步信号接口模块(30)用于接收处理交流和同步信号并存储；开关和频率信号接口模块(40)用于接收处理开关和频率信号并存储；直流模拟信号接口模块(50)用于接收处理直流模拟信号并存储；频率信号接口模块(60)用于接收处理频率信号并存储；电源模块(70)提供各模块使用的二次电源；母板(80)用于提供电气通道；采集通讯控制模块(90)用于内部总线的通讯控制和外部HLDS通讯。

图2 采集器的功能层次及结构层次对应图

1.3 绘制可靠性框图

参照图2把复杂的采集器划分为具有独立功能的模块，由于任何某一模块失效都将引起采集器的失效，所以采集器可靠性框图为串联关系(见图3)，依次为UART总线信号接口模块(10)→ARINC429总线信号接口模块(20)→交流和同步信号接口模块(30)→开关和频率信号接口模块(40)→直流模拟信号接口模块(50)→频率信号接口模块(60)→电源模块→母板(80)→采集通讯控制模块(90)。

图3 采集器的任务可靠性框图

2 FMECA维修性信息分析表格形成

依据故障模式、影响及危害性分析指南和采集器的技术要求，分别从代码、产品或功能标志、功能、故障模式和原因及影响、严酷度类别、故障检测方法、基本维修措施、是否属于最少设备清单和故障模式概率等级等方面进行分析，以UART总线信号接口模块为例，首先，分析模块功能和相应的故障模式，本模块主要有无输出和部分功能两个故障模式，再次，逐一进行分析故障模式对应的原因、故障影响和严酷度类别、故障检测方法、基本维修措施和故障模式概率等级等，最后，形成所有的故障代码(1001-1004)，完成具体模块的分析。按以上方法将所有模块的故障情况进行分析和罗列，最终形成了采集器的FMECA维修性信息分析表(详见表1)。

3 危害性矩阵绘制与分析

根据表1采集器的FMECA维修性信息分析表的内容，将故障模式的严酷度类别作为横坐标，概率等级作为纵坐标，绘制由20个方格组成的4×5矩阵(如图4所示)，再沿矩阵的对角线绘制虚线OP，经过方格几何中心与OP虚线相交的垂线交点到坐标原点的距离就代表了该方格所对应的故障模式危害大小，危害性越大就距原点越远。值得说明的一点是：在同一方格内的标注点“9001”和“9003”危害性相同，这简化了分析过程，只进行定性分析。从图4中可以看出：一是垂线“r”最远“u”最近，说明对采集器危害性最大的是采集通讯控制模块接口电路损坏(“9004”)，最小的是各模块软件损坏(“1002”至“6002”)故障模式；二是两垂线“s”和“t”处于中间，说明对采集器危害性相当的是各模块接口电路损坏(“1004”至“6004”)、采集通讯控制模块控制器损坏和双口RAM坏(“9001”、“9003”)等故障模式。

图4 危害性矩阵图

4 结论

飞参采集器进入修理阶段需要开展装备维修设计，为更好有针对性的明确维修重点、项目和要求，提供保障资源定输入信息依据的问题。本文基于FMECA分析方法对采集器进行了维修性信息分析，通过绘制FMECA维修性信息分析表和危害性矩阵图的方式，将采集器的维修关注重点一目了然的呈现出来，最终能够明确下一步修理研究的重点是采集通讯控制模块的接口电路，其次是其它模块的接口电路。重点研究对象的确定，能够为维修计划制定、修理科研和器材备件采购等工作的确定提供科学有效信息。经验证，该方法可以避免传统维修性分析方法的盲目性和主观性，其分析结果更加科学客观，具有较强的指导性和推广价值。

[1] 王佳笑，常天庆，朱 斌，等．基于FMECA的捷联惯性导航系统维修性信息分析[J]．弹箭与制导学报，2011，31(1): 29-32.

[2] 闵庭荫，万会兵．基于FMECA的测试性验证分析 [J]．航空电子技术，2015，46(1): 52-56.

[3] 崔欣哲，丛 明，王冠雄，等．基于FMECA的缸盖机加生产线故障分析[J]，组合机床与自动化加工技术，2014，24(1): 149-152.

[4] 周恭谦，杨露菁．基于FMECA的信息系统软件失效安全风险评估与预测[J]．指挥控制与仿真，2014，36(1): 125-129.

[5] GJB/Z1391—2006故障模式，影响及危害性分析指南[S].总装备部军标出版发行部.2006.

Maintainability Analysis of Flight Data Generator Based on FMECA

Wu Chuanggui1,2,Chen Mingxin1,Zhou Yongjun1,2,Zhao Guifang1,2,Zhang Xiaohui1,2,Kan Yan1,2

(1.People’s Liberation Army of China NO.5720 Factory,Wuhu 241007,China;2.Anhui Province Aviation Equipment Testing and Control and Reverse Engineering Laboratory,Wuhu 241007,China)

Maintainability is one of the key factors, it decides the product quality,life span, maintenance cycle and cost.It is a kind of design attributes and increasingly brought to the attention of the parties, especially in the aviation maintenance system.The plane entered the stage of repair, aerial equipment needed maintenance design,Aiming at the problem of no input information of determine the collector maintenance support resources,Put forward a method based on information of FMECA analysis.First introduces the FMECA,secondly analyses the collector task function, composition structure and the reliability block diagram, again according to the failure mode and effect of each module, harmfulness and basic maintenance measures, Prepare a list of the FMECA the maintainability information analysis.Finally analyzing harmfulness and map the harmfulness of matrix,To avoid the blindness and subjectivity of traditional maintainability analysis method, That information analysis method of FMECA in the aviation product maintainability analysis has good application and popularization value.

FMECA；flight data；collector；failure mode；maintainability analysis

2015-09-01；

2015-11-12。

空军修理科研项目(87-技-15-151)。

吴传贵(1979-),男，安徽怀宁人，高级工程师，硕士，主要从事航空电子机载设备修理方向的研究。

1671-4598(2016)03-0170-04

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2016.03.046

TH707

A