基于直升机人—机—环境系统可靠性设计准则的应用研究

李春秀　陈圣斌

摘  要：该文基于以往的直升机型号可靠性设计的经验教训，提出了直升机人—机—环境系统设计准则的编写程序，并对其应用进行了研究。其目的是试图通过引入直升机型号可靠性设计中“人的因素”和“环境因素”，并以此为基础分析其对直升机可靠性的影响，以期拓展直升机可靠性设计准则的范围和内容，将直升机人—机—环境系统可靠性要求转化为可靠性设计措施。

关键词：人—机—环境系统;直升机;设计准则

中图分类号：V21    文献标志码：A

0 概述

由于以往直升机型号可靠性设计准则中缺少对“人对直升机”、“环境对直升机”等因素的考虑，导致在型号研制阶段直升机型号可靠性设计评审中缺少全面的检查、验证和审定的依据文件，提高了直升机型号研制风险。

因此该文基于《直升机人—机—环境系统可靠性设计准则编写的研究》，并根据以往直升机型号可靠性設计的经验和教训，首先提出了直升机人—机—环境系统可靠性设计准则的编写程序，然后讨论了直升机人—机—环境系统可靠性设计准则的基本内容。最后，研究了型号设计中直升机人—机—环境系统可靠性设计准则的具体实施方法。

该文试图通过引入型号可靠性设计要素 “人的因素”和“环境因素”，分析其对直升机型号可靠性设计的影响，并将这2种影响直升机可靠性设计的因素纳入直升机可靠性设计准则的范围中，以期可以将完善后的直升机人—机—环境系统可靠性要求转化为直升机型号可靠性设计的具体执行措施，从而提高直升机型号可靠性设计指标。

1 可靠性设计准则的编写程序

根据以往直升机型号可靠性设计的经验和教训，该文提出如图1所示的直升机型号可靠性设计准则编写程序的要求，。

（1）直升机型号可靠性设计内容和要求必须完整全面，涵盖直升机型号设计中各类预期可靠性因素。

（2） 可靠性设计准则中各条款内容对型号可靠性设计具有适用性和实用性，便于实施和执行。

（3） 必须考虑可靠性设计准则中各条款内容对型号可靠性设计预计代价，以及具体实施时给设计员带来的工作负担等。

（4） 需考虑可靠性设计准则中各条款和内容在直升机型号设计中的介入时机和介入方式等。

2 可靠性设计准则的内容

直升机人—机—环境系统可靠性设计准则主要包括3个部分内容。

（1） 人—机系统的可靠性设计准则。

（2）直升机和系统可靠性设计准则。

（3） 机—环境系统的可靠性设计准则。

其中，根据从20世纪90年代至今20多年的直升机型号可靠性的研制经验，已经形成了比较完善的直升机和系统的可靠性设计准则，这些准则对直升机可靠性设计起了较大的促进作用。但目前直升机型号可靠性设计中仍缺乏对“人—机系统的可靠性设计准则”和“机—环境系统的可靠性设计准则”的考虑，导致直升机型号研制过程中相关可靠性设计问题重复出现，严重影响了直升机型号的研制进度。因此，就直升机人—机—环境系统的可靠性设计准则而言，应致力于对“人—机系统的可靠性设计准则”和“机—环境系统的可靠性设计准则”这2个部分的要求和内容进行研究。

2.1 人—机系统可靠性设计准则

人—机系统可靠性设计准则，主要是规范人—机接口的可靠性设计要求。

其中一般要求包括标准化、功能分配、人—机接口设计、故障或失效的安全设计、简化设计、相互作用、安全性、耐火性、 核生化环境下的生存性设计、 电冲击防护设计、自动化等。

详细要求包括控制—显示一体化、目视显示器、音响告警、控制器、标识、结构相容性、座舱设计、环境、使用与维修、危险与安全性、人与计算机接口、减少维修差错设计等。

2.2 机—环境系统可靠性设计准则

该文中的机—环境系统可靠性设计要求是指直升机在空域环境或机外环境中的可靠性和安全性要求。其中环境是指大气环境中的雷电/高强度辐射场、地形地貌、电线电缆、鸟撞、外来物等。因此这一准则包括防雷电/高强度辐射场设计、防高压电缆设计、防鸟撞设计、防可控飞行撞地设计、防核防生化污染设计等。

3 可靠性设计准则的贯彻实施

可靠性设计准则是型号设计的强制性的设计规范。20世纪90年代至今的20年以上的多个型号的设计中，虽然都强调可靠性设计的重要性，但执行的效果却不尽如人意。准则中强调防差错设计，但是实际工作中，会经常出现左、右脚蹬反接;左、右航向助力器反接;水平尾翼前后倒装;上天线连接馈线与下天线连接馈线反接等低级错误。凡此种问题中除了可靠性设计准则存在 “工程化、具体化、实用化”的问题，使设计人员难以实施之外，还存在可靠性设计方法的问题，即设计人员在图样设计中没有严格按照国军标（GJB181，GJB150等）程序要求中的相应条款进行设计，而是在图样设计完成之后，对照设计准则进行符合性检查与分析，这样的结果是可靠性设计与图样的性能设计脱节，使可靠性设计变成了事后工作，显然效果有限。可靠性设计变成了一种被动的工作，不能对系统性能进行综合考虑。

为此，该文提出了以下工作思路，以便将可靠性设计准则的贯彻实施作为直升机型号设计过程中重点考虑部分：

第一步，对可靠性设计准则的相应条款与要求进行分析，梳理出具体的设计措施。

第二步，将可靠性设计措施融入图样设计中。

第三步，按设计准则进行符合性分析、检查和评估。

3.1 可靠性设计准则的分析

可靠性设计工作最重要的是将可靠性设计准则作为型号设计规范的一部分，在设计中严格按照可靠性设计准则要求贯彻实施。其中最重要的是将准则中的可靠性要求转化为图样设计的具体设计措施，为此，应按以下要求完成可靠性设计准则的分析工作。

1）设计人员应加深对可靠性设计准则中相应条款内容及要求的理解。

2）将设计准则的要求，以提问的方式进行逐一分析，对发现的问题，按准则要求，提出设计措施。

人—机系统设计准则中的防差错设计可按图2的程序进行分析，以找到相应的设计措施。

3.2 可靠性设计要求转化和实施

以直升机水平尾冀连接防差错设计为例进行分析，为防止水平尾翼的前后错接或错位连接可以采取的方法有：1）增加定位销设计;2）水平尾翼与尾段的连接采用不同孔径的安装螺栓;3）不同的安装尺寸。

为了检查与评估可靠性设计准则在图样设计中贯彻实施情况，该文梳理了表1系统可靠性设计准则符合性分析要素，系统可按表1的模式对可靠性设计准则的相应条款进行符合性分析。

表1 系统可靠性设计准则符合性分析

准则条款编号 可靠性设计准则条款内容 采取的设计措施

在以往的直升机型号设计中，也曾尝试按照表1的模式进行可靠性设计准则符合性分析。但从所做的可靠性设计准则符合性分析报告来看，主要存在下列问题：1）分析过于简单，只描述实施结果，缺乏符合性核查环节;2）大多数系统可靠性设计，缺乏符合性核查过程记录;3）可靠性设计未考慮后续可实施性和成本。

因此在进行直升机型号可靠性设计过程中，应严格按照设计准则中的要求对系统进行可靠性性能、可靠性设计使用费用和可靠性实施方案的分析，需综合考虑各项要素，并选择合适的设计和验证方案;保留好可靠性设计和分析过程记录，以确保可以为后续直升机型号可靠性设计方案和符合性的核查提供支撑。

4 结论

通过上面的研究分析可以得出。直升机型号可靠性设计准则的内容，必须涵盖直升机型号本身的设计要求;充分考虑“人的因素”及“外部环境条件”直升机安全性、可靠性的影响。在直升机可靠性设计准则的贯彻实施过程中，不仅要进行可靠性符合性的检查、分析，找出未能满足要求的设计缺陷/差错，最重要的是要对条款内容进行分析，找出相应的设计措施，并将设计措施转化为图样设计。

参考文献

[1]陈圣斌， 郝宗敏.直升机性能与RMS综合设计的研究[J].直升机技术， 2006（4）：23-29.

[2]陈圣斌，周晓光，曾曼成.可靠性设计分析、评估准则的编制与应用研究[J].直升机技术，2010（12）：6-10.