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        民用飛機(jī)初步系統(tǒng)安全性評(píng)估方法研究

        2015-10-17 02:53:39李磊徐世寧
        科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào) 2015年22期

        李磊++徐世寧

        摘 要:民用飛機(jī)初步系統(tǒng)安全性評(píng)估(PSSA)過(guò)程是民機(jī)安全性設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)和重要方法。該文結(jié)合SAEARP4754A和ARP4761的要求,緊密聯(lián)系系統(tǒng)研制的過(guò)程,介紹了初步系統(tǒng)安全性評(píng)估的意義、目的和具體實(shí)施過(guò)程。針對(duì)ARP4754A中提出的新概念功能失效集與最小隔集概念進(jìn)行解釋和比較,對(duì)比異同點(diǎn),確定其工程實(shí)踐中的具體操作方法。最終在研制保證等級(jí)分配流程的基礎(chǔ)上,給出PSSA過(guò)程完整的建議操作流程以及工作依據(jù),并舉例說(shuō)明整個(gè)過(guò)程中的難點(diǎn)問(wèn)題,有效指導(dǎo)民機(jī)初步系統(tǒng)安全性評(píng)估工作的開(kāi)展。

        關(guān)鍵詞:初步系統(tǒng)安全性評(píng)估 研制保證等級(jí) 功能失效集 研制保證等級(jí)

        中圖分類(lèi)號(hào):V223 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-098X(2015)08(a)-0028-02

        1 概述

        民用飛機(jī)的安全性評(píng)估過(guò)程是系統(tǒng)研制過(guò)程的一部分,與系統(tǒng)研制過(guò)程平行進(jìn)行。初步系統(tǒng)安全性評(píng)估(PSSA)過(guò)程是系統(tǒng)安全性評(píng)估的重要環(huán)節(jié)。SAE于2010年發(fā)布的4754A《民用飛機(jī)與系統(tǒng)研制指南》中明確要求使用PSSA的方法確保飛機(jī)系統(tǒng)研制的分配和確定過(guò)程(雙“V”型研發(fā)流程的左側(cè))能夠滿足安全性要求。ARP4761《民用機(jī)載系統(tǒng)和設(shè)備安全性評(píng)估過(guò)程指南和方法》中提出了PSSA的具體方法。ARP4754A告訴我們“要做什么”,ARP4761來(lái)解決“怎么做”的問(wèn)題。但由于指南僅提出要求,在實(shí)踐中各人理解的差別會(huì)導(dǎo)致結(jié)果出現(xiàn)很多偏差,該文結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),研究具體系統(tǒng)研發(fā)過(guò)程中PSSA的操作方法,對(duì)工程實(shí)踐提供指導(dǎo)。

        2 初步系統(tǒng)安全性評(píng)估過(guò)程的目標(biāo)

        系統(tǒng)的PSSA過(guò)程貫穿于整個(gè)系統(tǒng)研制全生命周期,結(jié)合系統(tǒng)功能的分配、分解和確定進(jìn)行,是自上而下反復(fù)迭代的分析過(guò)程。在安全性評(píng)估的三個(gè)主要過(guò)程(功能危險(xiǎn)性分析FHA、PSSA和系統(tǒng)安全性評(píng)估SSA)中,PSSA起到了一個(gè)承上啟下的作用。由此可以明確PSSA過(guò)程的主要目標(biāo)為以下4方面。

        (1)完善飛機(jī)級(jí)及系統(tǒng)級(jí)安全性要求清單,檢查飛機(jī)級(jí)及系統(tǒng)級(jí)FHA的結(jié)果;

        (2)系統(tǒng)化的檢查系統(tǒng)架構(gòu)如何滿足FHA的安全性要求,考察系統(tǒng)構(gòu)架中有哪些子系統(tǒng)和組件失效能夠?qū)е掠蒄HA確定的功能危險(xiǎn);

        (3)在研制周期內(nèi)調(diào)整并評(píng)估設(shè)計(jì)更改;

        (4)得出較低層次系統(tǒng)和組件的設(shè)計(jì)、安裝等定性和定量的安全性要求。

        3 初步系統(tǒng)安全性評(píng)估(PSSA)的實(shí)施過(guò)程

        初步系統(tǒng)安全性評(píng)估過(guò)程主要分為以下幾個(gè)階段進(jìn)行:收集PSSA輸入數(shù)據(jù);根據(jù)系統(tǒng)功能架構(gòu)定義失效狀態(tài)的初步故障分析(FTA)結(jié)構(gòu);進(jìn)行失效狀態(tài)評(píng)估后實(shí)施PSSA過(guò)程中子系統(tǒng)/組件的研制保證等級(jí)(DAL)分配和失效概率分配;同時(shí)考慮共因源對(duì)獨(dú)立性影響的分析,最終得對(duì)子系統(tǒng)/組件定性和定量的設(shè)計(jì)要求和安全性目標(biāo)。

        下面對(duì)PSSA實(shí)施過(guò)程的主要階段進(jìn)行分析。

        3.1 PSSA的輸入

        在開(kāi)始進(jìn)行PSSA評(píng)估過(guò)程之前,需收集相關(guān)的數(shù)據(jù)信息,這些信息包括但不局限于以下內(nèi)容:來(lái)自飛機(jī)級(jí)/系統(tǒng)FHA和相關(guān)功能的失效狀態(tài);高級(jí)別安全性評(píng)估得出的需求;相關(guān)的系統(tǒng)功能;包含系統(tǒng)接口的推薦的系統(tǒng)架構(gòu);共因源信息。這些信息共同構(gòu)成了PSSA分析的基礎(chǔ),為后續(xù)進(jìn)行有效的分析過(guò)程提供必要的數(shù)據(jù)保障。

        3.2 建立PSSA階段初步故障樹(shù)分析模型

        針對(duì)需要分析的失效狀態(tài)涉及的系統(tǒng)功能架構(gòu),建立PSSA階段初步的故障樹(shù)分析(FTA)模型。FTA通過(guò)分層次、分支路的構(gòu)建方法,演繹性的表明引起該失效狀態(tài)的各種子功能/組件失效之間的架構(gòu)關(guān)系,進(jìn)而可以自上而下的得到低級(jí)別失效定性和定量的安全性要求,并驗(yàn)證推薦的系統(tǒng)功能架構(gòu)是否滿足安全性目標(biāo)。對(duì)于確定的架構(gòu),PSSA里面需要進(jìn)行詳細(xì)的架構(gòu)說(shuō)明。

        3.3 研制保證等級(jí)的分配過(guò)程

        ARP4754A里要求通過(guò)分析功能失效集(FFS)中成員的方法分析子系統(tǒng)/組件錯(cuò)誤組合對(duì)頂層失效狀態(tài)的影響關(guān)系,并通過(guò)對(duì)FFS成員的研制保證等級(jí)(DAL)的分配得到對(duì)子系統(tǒng)和組件的設(shè)計(jì)要求。系統(tǒng)功能的DAL分配過(guò)程是針對(duì)FHA和初步飛機(jī)級(jí)安全性分析以及高層次級(jí)別PSSA階段進(jìn)行,組件的DAL分配過(guò)程針對(duì)低層次級(jí)別PSSA過(guò)程。為了明確概念方便后續(xù)分析的開(kāi)展,現(xiàn)對(duì)ARP4754A中的FFS概念和ARP4761中FTA的最小割集進(jìn)行比較分析。

        3.3.1 功能失效集(FFS)和故障樹(shù)分析(FTA)中的最小割集概念比較分析

        在ARP4764A中新提出了功能失效集合(FFS)的概念,即當(dāng)任意一個(gè)FFS中的所有成員的錯(cuò)誤同時(shí)發(fā)生時(shí),就能導(dǎo)致該FFS最頂層的失效狀態(tài)的發(fā)生。FFS成員表示潛在的研制錯(cuò)誤的結(jié)果,而非失效。在保證了每個(gè)FFS中所有成員獨(dú)立性的情況下,針對(duì)該FFS中各個(gè)成員進(jìn)行功能保證等級(jí)分配(DAL),對(duì)支持頂層失效狀態(tài)的研制保證等級(jí)和該功能架構(gòu)研制置信度是非常重要的。

        當(dāng)完成了針對(duì)某個(gè)失效狀態(tài)下所有FFS中的全部成員進(jìn)行功能DAL分配時(shí),按照DAL分配原則,可能會(huì)有多種符合要求的分配結(jié)果,然后需要進(jìn)行各FFS中成員之間分配結(jié)果的交叉檢查,統(tǒng)籌考慮整個(gè)失效模式下所有FFS成員的分配,刪除各FFS之間矛盾的分配結(jié)論,最終得到合理并且滿足要求的所有底層子系統(tǒng)/組件錯(cuò)誤的DAL結(jié)果。

        ARP4761中的最小割集概念基于故障樹(shù)分析工具得到,是通過(guò)FTA架構(gòu),各邏輯門(mén)關(guān)系得出的引起頂事件發(fā)生的基本事件的最低限度集合。

        FTA中最小割集是針對(duì)失效,該集合中的成員均來(lái)自失效模式及影響分析(FMEA)中的設(shè)備或組件的各種失效模式。而FFS是針對(duì)錯(cuò)誤的。在AMC25.1309的定義中,錯(cuò)誤是指人員疏忽或不正確的行為,或在研制、設(shè)計(jì)過(guò)程中的差錯(cuò)。失效是指能夠影響零部件的工作使其不能執(zhí)行預(yù)期功能的事件(其中包括功能喪失和功能式故障)。錯(cuò)誤會(huì)能夠引起失效,但是不能認(rèn)為錯(cuò)誤就是失效。FFS的意義涵蓋但不能完全等同于FTA中最小割集。endprint

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