蔡蔚榮

（中國(guó)商飛上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院，中國(guó) 上海201210）

民用飛機(jī)可靠性指標(biāo)的預(yù)計(jì)結(jié)果不僅能夠評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)要求提出的可靠性指標(biāo)能否達(dá)到，而且能夠?yàn)榭煽啃栽鲩L(zhǎng)試驗(yàn)、驗(yàn)證等提供依據(jù)，同時(shí)為安全性評(píng)估提供定量計(jì)算依據(jù)。在民用飛機(jī)可靠性設(shè)計(jì)中，作為基本可靠性指標(biāo)的平均故障間隔時(shí)間是系統(tǒng)、分系統(tǒng)以及設(shè)備進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)時(shí)最為關(guān)注的指標(biāo)。簽派可靠度不僅是民機(jī)可靠性設(shè)計(jì)中最核心的指標(biāo)之一，而且因其能夠直接反映飛機(jī)的市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)情況，影響飛機(jī)的經(jīng)濟(jì)性水平，是航空公司目前最為關(guān)注的可靠性指標(biāo)之一。本文結(jié)合民用飛機(jī)系統(tǒng)特點(diǎn)、工作環(huán)境和其他設(shè)計(jì)因素，建立民用飛機(jī)可靠性指標(biāo)預(yù)計(jì)方法，可以對(duì)飛機(jī)各系統(tǒng)、設(shè)備的可靠性指標(biāo)進(jìn)行定量估計(jì)。

1 定義

1.1 平均故障間隔時(shí)間（MTBF）[1]

在某一時(shí)間內(nèi)的“總設(shè)備小時(shí)”除以在同一時(shí)間內(nèi)該設(shè)備發(fā)生的故障數(shù)得到的數(shù)值。它是描述系統(tǒng)、分系統(tǒng)以及設(shè)備、零部件可靠性的一種最常用的指標(biāo)，也稱基本可靠性指標(biāo)。也可用其倒數(shù)，用故障率（λ）來表示。

1.2 簽派可靠度（DR）[2]

飛機(jī)運(yùn)營(yíng)階段，沒有因技術(shù)原因延誤或取消航班而運(yùn)營(yíng)離站的百分?jǐn)?shù)。技術(shù)延誤指的是由于飛機(jī)的設(shè)備或者部件工作異常而進(jìn)行檢查或者必要修理使得飛機(jī)的最后離站的時(shí)間延遲，通常超過預(yù)定離站時(shí)間為15min。

簽派可靠度（RD）=1-出勤延誤率（RDI）

2 可靠性指標(biāo)預(yù)計(jì)基本模型

2.1 可靠性指標(biāo)

平均故障間隔時(shí)間和簽派可靠度是民用飛機(jī)各系統(tǒng)、子系統(tǒng)、設(shè)備可靠性設(shè)計(jì)中最重要的兩個(gè)設(shè)計(jì)指標(biāo)。平均故障間隔時(shí)間是反映飛機(jī)系統(tǒng)、分系統(tǒng)以及設(shè)備可靠性水平的一種最常用的指標(biāo)，也稱基本可靠性指標(biāo)。簽派可靠度是反映飛機(jī)在航線中完成簽派能力的一種常用可靠性指標(biāo)。

2.2 基本模型

在民用飛機(jī)可靠性指標(biāo)預(yù)計(jì)過程中，需要建立飛機(jī)與系統(tǒng)之間、以及各系統(tǒng)與設(shè)備之間故障邏輯關(guān)系模型，按照目前國(guó)內(nèi)外民機(jī)設(shè)計(jì)商的普遍做法和工程經(jīng)驗(yàn)，一般使用可靠性串聯(lián)模型。

在可靠性串聯(lián)模型中產(chǎn)品的可靠度是由產(chǎn)品包含的各個(gè)單元的可靠度相乘得到的。

數(shù)學(xué)模型關(guān)系式見式（1）：

式中：

Rs(t)——產(chǎn)品的可靠度；

Ri(t)——第i個(gè)單元的可靠度。

假設(shè)產(chǎn)品所包含的各單元的故障時(shí)間服從指數(shù)分布，則其可靠度見式（2）：

式中：

λi——第i個(gè)單元的故障率(1/h)。

3 平均故障間隔時(shí)間預(yù)計(jì)方法

3.1 設(shè)備級(jí)

設(shè)備級(jí)平均故障間隔時(shí)間預(yù)計(jì)工作比較成熟和完善，一般按照MIL-HDBK-217F[3]和RIAC-HDBK-217PLUS[4]提供的數(shù)據(jù)和方法進(jìn)行預(yù)計(jì)。預(yù)計(jì)方法主要有：相似法；故障率預(yù)計(jì)法；修正系數(shù)預(yù)計(jì)法。三種方法的模型均采用一個(gè)全串聯(lián)模型，包括那些冗余或代替的單元都按串聯(lián)處理，用以估計(jì)產(chǎn)品基本可靠性及其組成單元引起的維修及產(chǎn)品支援要求。

3.2 系統(tǒng)級(jí)

系統(tǒng)級(jí)平均故障間隔時(shí)間的預(yù)計(jì)計(jì)算一般分為兩類，一是基于不同環(huán)境（區(qū)域）給定溫度的系統(tǒng)級(jí)平均故障間隔時(shí)間預(yù)計(jì)，二是基于不同環(huán)境（區(qū)域）溫度包線的系統(tǒng)級(jí)平均故障間隔時(shí)間預(yù)計(jì)。

3.2.1 基于不同環(huán)境（區(qū)域）給定溫度的系統(tǒng)級(jí)平均故障間隔時(shí)間預(yù)計(jì)

當(dāng)基于不同環(huán)境（區(qū)域）給定溫度計(jì)算時(shí)，已知某一給定溫度下設(shè)備的故障率用λi表示，設(shè)備的平均故障間隔時(shí)間TMBF″見式（3）：

用ni表示某一類設(shè)備的數(shù)量，系統(tǒng)的故障率λs與設(shè)備的故障率λi的關(guān)系見式（4）：

系統(tǒng)的平均故障間隔時(shí)間TMBF′見式（5）：

3.2.2 基于不同環(huán)境（區(qū)域）溫度包線的系統(tǒng)級(jí)平均故障間隔時(shí)間預(yù)計(jì)

當(dāng)基于不同環(huán)境（區(qū)域）的環(huán)境溫度包線計(jì)算時(shí)，先根據(jù)不同階段設(shè)備的故障率（λi1、λi2……λin）及該階段所占的時(shí)間比例計(jì)算出設(shè)備總的故障率λi，見式（6）：

用ni表示某一類設(shè)備的數(shù)量，系統(tǒng)的故障率λs與設(shè)備的故障率λi的關(guān)系見式（7）：

系統(tǒng)的平均故障間隔時(shí)間TMBF′見式（8）：

3.3 飛機(jī)級(jí)

飛機(jī)級(jí)平均故障間隔時(shí)間的預(yù)計(jì)是在系統(tǒng)級(jí)均故障間隔時(shí)間的預(yù)計(jì)結(jié)果的基礎(chǔ)上，一般按照可靠性串聯(lián)模型進(jìn)行計(jì)算得出。已知各系統(tǒng)的故障率λs，則飛機(jī)的平均故障間隔時(shí)間TMBF見式（9）：

4 簽派可靠度預(yù)計(jì)方法

簽派可靠度反映了飛機(jī)在航線中完成簽派的能力，推薦采用基于系統(tǒng)構(gòu)型的簽派分析法，即根據(jù)供應(yīng)商可以給出的飛機(jī)構(gòu)型清單和PMMEL（初始主最低設(shè)備清單），或是類似系統(tǒng)構(gòu)型的MMEL（主最低設(shè)備清單），以及供應(yīng)商所提供的設(shè)備MFHBF、MTTR清單進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)計(jì)工作。MTTR（平均修復(fù)時(shí)間）

根據(jù)飛機(jī)簽派可靠度與飛機(jī)出勤延誤率的關(guān)系，一般通過計(jì)算飛機(jī)的出勤延誤率，從而得到飛機(jī)的簽派可靠度。飛機(jī)的簽派可靠度與飛機(jī)出勤延誤率存在如式（10）的關(guān)系：

式中：

RD——飛機(jī)的簽派可靠度；

RDI——飛機(jī)的出勤延誤率。

飛機(jī)的出勤延誤率是飛機(jī)出勤延誤次數(shù)與飛機(jī)計(jì)劃飛行次數(shù)的比值，見公式（11）：

式中：

NI——飛機(jī)出勤延誤次數(shù)；

NS——飛機(jī)計(jì)劃飛行次數(shù)。

其中，飛機(jī)出勤延誤次數(shù)由飛機(jī)延誤次數(shù)與飛機(jī)取消航班次數(shù)組成，見式（12）：

式中：

ND——飛機(jī)延誤次數(shù)；

NC——飛機(jī)取消航班次數(shù)。

5 結(jié)束語

本文根據(jù)民用飛機(jī)各系統(tǒng)之間的關(guān)系和基本可靠性的特點(diǎn)，充分考慮系統(tǒng)的構(gòu)成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、系統(tǒng)的工作環(huán)境等因素，給出了民用飛機(jī)可靠性指標(biāo)預(yù)計(jì)基本模型，提出了民用飛機(jī)平均故障間隔時(shí)間和簽派可靠度兩大可靠性指標(biāo)的預(yù)計(jì)方法，能夠在民用飛機(jī)設(shè)計(jì)階段對(duì)飛機(jī)各系統(tǒng)可靠性指標(biāo)的定量預(yù)計(jì)提供借鑒和指導(dǎo)。

［1］GJB 451A-2005可靠性維修性保障性術(shù)語[Z].

［2］AC-121/135-49民用航空器主最低設(shè)備清單、最低設(shè)備清單的制定和批準(zhǔn)[Z].

［3］MIL-HDBK-217F Reliability Prediction of Electronic Equipment[Z].

［4］RIAC-HDBK-217PLUS Reliability Prediction Models[Z].