薛海紅

（第一飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710089）

大型飛機(jī)整機(jī)平均無故障間隔飛行小時(shí)目標(biāo)值很高，高出戰(zhàn)斗機(jī)10倍左右；飛機(jī)壽命要求飛行小時(shí)和日歷年，也高出戰(zhàn)斗機(jī)10倍左右，無論是大飛機(jī)的可靠性指標(biāo)還是壽命指標(biāo)均提出了非常高的定量要求。

從定性角度分析，大飛機(jī)其使用環(huán)境復(fù)雜、使用率高、任務(wù)時(shí)間長(zhǎng)，要求其必須具有高的基本可靠性和任務(wù)可靠性水平，尤其，在戰(zhàn)時(shí)環(huán)境下要具有在簡(jiǎn)易機(jī)場(chǎng)起飛的能力，要求大飛機(jī)的故障次數(shù)少，飛機(jī)無維修執(zhí)行任務(wù)的能力強(qiáng)。

綜上分析，高可靠性和長(zhǎng)壽命設(shè)計(jì)是大飛機(jī)研制的重要特征和目標(biāo)，這就對(duì)為飛機(jī)配套的機(jī)載設(shè)備的研制提出了巨大的挑戰(zhàn)。針對(duì)大飛機(jī)高可靠長(zhǎng)壽命的研制需求，大部分機(jī)載設(shè)備需要全新研制，而面對(duì)國(guó)內(nèi)目前的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和工業(yè)技術(shù)水平，要利用現(xiàn)有的元器件、原材料和工藝水平，研制出可靠性和壽命均高出以往10倍要求的產(chǎn)品，無論是技術(shù)上還是工程管理上都將面臨巨大的困難。

1 總體思路

“產(chǎn)品的可靠性是設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理出來的”，要實(shí)現(xiàn)大飛機(jī)的可靠性目標(biāo)，就必須圍繞組成飛機(jī)的各類機(jī)載設(shè)備，從以下幾方面來轉(zhuǎn)變工作思路。

改變傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念——在產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)中，實(shí)現(xiàn)由基于概率統(tǒng)計(jì)的隨機(jī)失效向失效物理理念的轉(zhuǎn)變，運(yùn)用失效物理方法和手段識(shí)別并確定產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的深層次故障或故障趨勢(shì)。

強(qiáng)化過程管理控制——在產(chǎn)品可靠性管理中，實(shí)現(xiàn)由重視研發(fā)結(jié)果的考核向研發(fā)過程控制的轉(zhuǎn)變，最大程度的暴露產(chǎn)品研制各階段的可靠性問題，確保產(chǎn)品研發(fā)過程的可靠性水平。

采用先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)——在產(chǎn)品研發(fā)過程中，積極引入可靠性設(shè)計(jì)、可靠性分析、可靠性試驗(yàn)等各類先進(jìn)的關(guān)鍵技術(shù)和手段，挖掘傳統(tǒng)可靠性方法所不能發(fā)現(xiàn)的設(shè)計(jì)缺陷，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品可靠性的增長(zhǎng)，提高產(chǎn)品健壯性設(shè)計(jì)。

按照以上思路，在大飛機(jī)研制中，總師單位應(yīng)做好可靠性工作的總體規(guī)劃和要求、制定有效控制措施和手段，積極探索可靠性新技術(shù)和新方法，并加速推進(jìn)工程應(yīng)用；機(jī)載設(shè)備單位應(yīng)嚴(yán)格按照總師單位的計(jì)劃、要求，以及規(guī)范和指南，結(jié)合各研制階段的設(shè)計(jì)流程，對(duì)機(jī)載設(shè)備、分系統(tǒng)及系統(tǒng)各層次開展可靠性設(shè)計(jì)、分析、試驗(yàn)及管理控制工作，最大程度的激發(fā)潛在故障，暴露設(shè)計(jì)缺陷，通過設(shè)計(jì)改進(jìn)實(shí)施大幅可靠性增長(zhǎng)，確保設(shè)備、系統(tǒng)乃至飛機(jī)可靠性要求的實(shí)現(xiàn)。

2 工作重點(diǎn)

2.1 制定規(guī)范要求，明確任務(wù)職責(zé)

飛機(jī)總師單位通過制訂“型號(hào)工作計(jì)劃”、“型號(hào)壽命與可靠性要求”、“型號(hào)成品技術(shù)協(xié)議書”等文件，明確可靠性工作項(xiàng)目要求、技術(shù)指標(biāo)要求、開展時(shí)機(jī)要求及完成質(zhì)量要求等內(nèi)容，并通過建立和運(yùn)行“型號(hào)四性與保障設(shè)計(jì)師分系統(tǒng)”和任命“型號(hào)四性與保障系統(tǒng)兼職主管設(shè)計(jì)師”，明確工作責(zé)任單位（部門）、責(zé)任人及職責(zé)內(nèi)容，確保各項(xiàng)可靠性工作的順利開展。

2.2 明確監(jiān)控措施，加大監(jiān)控力度

飛機(jī)總師單位通過制訂“型號(hào)四性與綜保監(jiān)督與控制規(guī)定”和“型號(hào)可靠性審查要求”，提出大飛機(jī)系統(tǒng)或產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)、分析、管理等各項(xiàng)工作的控制與審查要求，明確審查階段和形式、審查項(xiàng)目和內(nèi)容、審查要素和審查重點(diǎn)等。

在型號(hào)研制各階段，總師單位嚴(yán)格依據(jù)審查要求中規(guī)定的內(nèi)容，對(duì)飛機(jī)各系統(tǒng)和各設(shè)備承研單位可靠性工作進(jìn)行監(jiān)督和控制。通過審查要求的貫徹和實(shí)施，保證同層次產(chǎn)品在不同研制階段可靠性工作的延續(xù)性和可追溯性，保證不同層次產(chǎn)品在相同研制階段可靠性信息傳遞的準(zhǔn)確性和完整性。通過以上監(jiān)控與審查，確?？煽啃苑治鲂畔⑴c系統(tǒng)設(shè)計(jì)信息相互迭代，實(shí)現(xiàn)可靠性工作與產(chǎn)品研制工作同步進(jìn)行。

2.3 控制設(shè)計(jì)源頭，提高分析深度

通過對(duì)元器件和原材料的選用源頭和選用過程進(jìn)行嚴(yán)格控制，同時(shí)，通過降額設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)等可靠性設(shè)計(jì)措施和元器件二次篩選、整機(jī)環(huán)境應(yīng)力篩選等試驗(yàn)手段，對(duì)元器件和原材料的使用過程進(jìn)行嚴(yán)格控制；

加強(qiáng)可靠性預(yù)計(jì)、FMEA（失效模式與效應(yīng)分析）和FTA（故障權(quán)分析）等工作，確保各項(xiàng)分析工作的準(zhǔn)確性和完整性。多輪分析，多輪迭代，實(shí)現(xiàn)可靠性分析與產(chǎn)品設(shè)計(jì)同步。在方案階段、初步設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)階段分別開展可靠性預(yù)計(jì)、故障模式影響分析、故障樹分析，通過各種可靠性分析一方面評(píng)估產(chǎn)品可靠性水平，另一方面尋找潛在故障隱患和設(shè)計(jì)薄弱環(huán)節(jié)，為產(chǎn)品設(shè)計(jì)改進(jìn)提供輸入。

3 技術(shù)措施與保障

3.1 應(yīng)用試驗(yàn)新技術(shù)，提高產(chǎn)品過程可靠性

對(duì)于大飛機(jī)機(jī)載設(shè)備非常高的可靠性指標(biāo)，按照傳統(tǒng)方式開展可靠性試驗(yàn)，則不論從試驗(yàn)經(jīng)費(fèi)還是從試驗(yàn)進(jìn)度上都難以實(shí)現(xiàn)。以某機(jī)為例，其新研成品多達(dá)280項(xiàng)，如果都進(jìn)行可靠性試驗(yàn)，經(jīng)費(fèi)將達(dá)數(shù)億元，在這種情況下，只好僅對(duì)16項(xiàng)二級(jí)產(chǎn)品安排可靠性鑒定試驗(yàn)，對(duì)21項(xiàng)關(guān)鍵的三級(jí)產(chǎn)品安排了可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)。雖然該飛機(jī)在可靠性試驗(yàn)方面已經(jīng)投入了很大的人力和物力，但在飛機(jī)設(shè)計(jì)定型時(shí)，飛機(jī)的可靠性水平仍然沒有達(dá)到研制總要求中規(guī)定的指標(biāo)，成為了設(shè)計(jì)定型遺留的主要問題之一。造成這種結(jié)果的主要原因是雖然對(duì)新研的二級(jí)和三級(jí)產(chǎn)品安排了可靠性試驗(yàn)，但大部分新研產(chǎn)品由于受到經(jīng)費(fèi)和進(jìn)度的影響卻沒有進(jìn)行過任何可靠性試驗(yàn)，這些產(chǎn)品的可靠性水平嚴(yán)重影響了飛機(jī)整機(jī)的可靠性水平。

因此，對(duì)于大型飛機(jī)，按傳統(tǒng)的可靠性試驗(yàn)方式已經(jīng)很難滿足要求，必須實(shí)現(xiàn)工作思路的轉(zhuǎn)變，即“由試驗(yàn)驗(yàn)證向綜合評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)變；由結(jié)果考核向研制試驗(yàn)轉(zhuǎn)變；由被動(dòng)故障向主動(dòng)故障轉(zhuǎn)變”。

按照以上思路，需要探索和突破可靠仿真、可靠性強(qiáng)化、可靠性加速增長(zhǎng)等一系列基于失效物理研究的可靠性試驗(yàn)新技術(shù)。在大飛機(jī)系統(tǒng)及設(shè)備研制早期，運(yùn)用這些可靠性試驗(yàn)新技術(shù)，在不同研制階段，針對(duì)不同產(chǎn)品層次，通過加大應(yīng)力、縮短周期、盡量多的誘發(fā)產(chǎn)品故障和驗(yàn)證設(shè)計(jì)冗余，充分暴露產(chǎn)品設(shè)計(jì)薄弱環(huán)節(jié)或設(shè)計(jì)缺陷，為產(chǎn)品的可靠性提高提供輸入，使得產(chǎn)品設(shè)計(jì)得更加健壯。

3.2 探索設(shè)計(jì)新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)可靠性設(shè)計(jì)

產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)是產(chǎn)品可靠性工作中首要的工作，要提高產(chǎn)品的可靠性水平，首先要開展好產(chǎn)品各研制階段的可靠性設(shè)計(jì)，確保將可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)納入到產(chǎn)品研制中。因此，可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)的貫徹和應(yīng)用是大飛機(jī)高可靠和長(zhǎng)壽命目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的重要保證，在大飛機(jī)各研制階段應(yīng)合理規(guī)劃、嚴(yán)格控制各級(jí)產(chǎn)品的可靠性設(shè)計(jì)工作，全面提高產(chǎn)品及飛機(jī)的可靠性水平。

大飛機(jī)可靠性設(shè)計(jì)中可以采用的設(shè)計(jì)技術(shù)很多，應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品的特點(diǎn)選擇和實(shí)施。比如提高非電產(chǎn)品壽命的耐久性設(shè)計(jì)與分析技術(shù)、提高產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)能力的環(huán)境防護(hù)設(shè)計(jì)技術(shù)、能夠有效控制電子產(chǎn)品熱量積累的熱設(shè)計(jì)技術(shù)等等，具體技術(shù)的選用應(yīng)考慮以下因素：

● 根據(jù)產(chǎn)品類型選擇可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)；

● 根據(jù)產(chǎn)品重要性選擇可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)；

● 根據(jù)產(chǎn)品復(fù)雜程度選擇可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)；

● 根據(jù)產(chǎn)品研制狀態(tài)選擇可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)。

表1中對(duì)大飛機(jī)研制中推薦采用的9種可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)，從作用和適用范圍兩方面進(jìn)行對(duì)比分析。

4 結(jié)束語

要實(shí)現(xiàn)大飛機(jī)高可靠性要求，必須要合理規(guī)劃研制周期各項(xiàng)可靠性工作，全面貫徹系統(tǒng)工程的設(shè)計(jì)理念和方法，堅(jiān)持“強(qiáng)化關(guān)鍵環(huán)節(jié)、控制關(guān)鍵產(chǎn)品、應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)”的原則，提高可靠性設(shè)計(jì)與試驗(yàn)新技術(shù)的應(yīng)用深度和廣度，最大程度的將設(shè)計(jì)缺陷消除在產(chǎn)品底層和研制早期，確保設(shè)備、系統(tǒng)及飛機(jī)的可靠性目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

表1 可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)的對(duì)比分析