周宇霞，楊賓華

(1.上海飛機(jī)客戶服務(wù)有限公司 科技委辦公室,上海 200241) (2.上海飛機(jī)客戶服務(wù)有限公司 維修工程部,上海 200241) (3.上海飛機(jī)制造有限公司 復(fù)合材料中心,上海 201324)

0 引 言

民用飛機(jī)在運(yùn)營(yíng)期間經(jīng)常產(chǎn)生結(jié)構(gòu)或系統(tǒng)故障的特殊事件，如鳥撞、重著陸、火山灰等。這些特殊事件會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)損傷和系統(tǒng)功能降低或失效。一旦發(fā)生特殊事件，必須嚴(yán)格根據(jù)飛機(jī)維修手冊(cè)(Aircraft Maintenance Manual，簡(jiǎn)稱AMM)05章時(shí)限/維護(hù)部分進(jìn)行操作，對(duì)相關(guān)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)進(jìn)行必要的檢查[1]。由于涉及到知識(shí)產(chǎn)權(quán)和技術(shù)封鎖等原因，還沒有任何一家民用飛機(jī)制造商發(fā)布針對(duì)特殊事件的分析流程和方法。目前唯一公開發(fā)表且可參考的是歐洲宇航與防務(wù)工業(yè)協(xié)會(huì)制定《后勤保障分析國(guó)際程序規(guī)范》(《International Procedure Specification for Logistics Support Analysis LSA S3000L》，簡(jiǎn)稱S3000L)[2-3]。該規(guī)范第八章?lián)p傷與特殊事件分析(Damage and Special Event Analysis，簡(jiǎn)稱DSEA)介紹了損傷與特殊事件分析流程。但是，由于該規(guī)范是面向所有工業(yè)產(chǎn)品開發(fā)的，某些內(nèi)容不適用于民用飛機(jī)產(chǎn)品的開發(fā)。

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)的民用飛機(jī)研發(fā)開展得如火如荼，從民用飛機(jī)持續(xù)適航[4-5]角度出發(fā)，維修類手冊(cè)是航空器評(píng)審組(Aircraft Evaluation Group，簡(jiǎn)稱AEG)評(píng)審的內(nèi)容，AEG評(píng)審目前是型號(hào)合格證(Type Certification，簡(jiǎn)稱TC)的前提，民用飛機(jī)的DSEA分析直接關(guān)系到AMM手冊(cè)和TC的結(jié)構(gòu)修理手冊(cè)(Structure Repair Manual，簡(jiǎn)稱SRM)的輸入問題。因此，國(guó)內(nèi)也逐步開展了特殊事件分析工作的研究[1,6-8]，蔣慶喜等[1]從確定特殊事件維修任務(wù)所需考慮的主要因素入手，提出了特殊事件概率的相關(guān)計(jì)算方法。楊蓓等[7]開展了飛機(jī)維修手冊(cè)中特殊事件任務(wù)研究，分析了特殊事件的類型，并從特定風(fēng)險(xiǎn)方法入手，結(jié)合特殊風(fēng)險(xiǎn)分析的實(shí)施和輸出，給出了相關(guān)任務(wù)的編制工作思路。蘇林[8]通過對(duì)S3000L 規(guī)范進(jìn)行研究，提出直升機(jī)損傷和特殊事件分析的流程和方法。這些研究雖然推動(dòng)了對(duì)民機(jī)損傷特殊事件工作的開展，但是離型號(hào)任務(wù)的開發(fā)還有一段較遠(yuǎn)的距離。

系統(tǒng)開發(fā)民用飛機(jī)特殊事件分析理論及方法對(duì)科學(xué)地編制國(guó)產(chǎn)民用飛機(jī)AMM手冊(cè)05章具有重要的作用。依據(jù)S3000L的思路和要求，結(jié)合民用飛機(jī)設(shè)計(jì)特點(diǎn)，工程經(jīng)驗(yàn)和最新研究工作，本文對(duì)S3000L第八章進(jìn)行裁剪與補(bǔ)充，制定出一套詳細(xì)的特殊事件分析流程，并通過某型號(hào)民用飛機(jī)部分案例進(jìn)行描述和說明。

1 S3000L與DSEA其他分析活動(dòng)的關(guān)系

夏哲[9]提到，后勤保障相關(guān)故障模式影響分析(Logistics Support Analysis Failure Modes and Effects Analysis，簡(jiǎn)稱LSA-FMEA)、損傷與特殊事件分析、修理級(jí)別分析(Level of Repair Analysis，簡(jiǎn)稱LORA)、后勤相關(guān)使用任務(wù)分析(Logistics Related Operations Analysis，簡(jiǎn)稱LROA)、計(jì)劃維修分析(Scheduled Maintenance Analysis，簡(jiǎn)稱SMA)、維修任務(wù)分析(Maintenance Task Analysis，簡(jiǎn)稱MTA)統(tǒng)稱“維修工程分析”(基于CAAC習(xí)慣以及國(guó)際主流，民用飛機(jī)主制造商申請(qǐng)型號(hào)合格證時(shí)，一般用“MSG-3”分析規(guī)范[10]來完成SMA部分工作)。按照S3000L的邏輯關(guān)系，與LSA-FMEA、MTA、LROA、SMA一樣，DSEA主要產(chǎn)生維修任務(wù)清單，再通過MTA完成確定任務(wù)的制定及其所需要的資源(航材、耗材、地面支持設(shè)備、人員資質(zhì)和任務(wù)時(shí)間等)的配置，其關(guān)系如圖1所示。DSEA的維修任務(wù)清單主要有兩種：一種是產(chǎn)生特殊事件的維修程序(服務(wù)于AMM05章)，主要是針對(duì)不同的特殊事件所必須進(jìn)行的各層級(jí)的維修檢查任務(wù)程序和標(biāo)準(zhǔn)；另一種是提供特殊事件維修程序中的任務(wù)清單(服務(wù)于AMM20之后的章節(jié))，作為維修任務(wù)的輸入。

圖1 DSEA與維修工程分析的關(guān)系Fig.1 Relationship between DSEA and maintenance engineering analysis

2 特殊事件分析流程

根據(jù)民用飛機(jī)設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)特點(diǎn)，S3000L相關(guān)部分裁剪及改進(jìn)后特殊事件分析流程如圖2所示。

圖2 特殊事件分析流程Fig.2 Flowchart of special events analysis

2.1 特殊事件分析數(shù)據(jù)

特殊事件分析應(yīng)根據(jù)《民用飛機(jī)研制程序：HB 8525》[11]開展工作。該標(biāo)準(zhǔn)將民用飛機(jī)產(chǎn)品與服務(wù)研制進(jìn)程劃分為11個(gè)控制點(diǎn)(用G1-G11分別表示11個(gè)控制點(diǎn))，每個(gè)控制點(diǎn)獲得批準(zhǔn)后，才可以開展下一控制點(diǎn)的工作。從G1機(jī)會(huì)識(shí)別到G11項(xiàng)目關(guān)閉審查，特殊事件分析都應(yīng)參與到各階段工作中。從G4初步技術(shù)方案遴選階段即開始特殊事件分析數(shù)據(jù)的收集工作。根據(jù)以往型號(hào)工程經(jīng)驗(yàn)，特殊事件分析需完成技術(shù)數(shù)據(jù)或分析報(bào)告采集(如表1所示)，數(shù)據(jù)的作用在后續(xù)分析過程中介紹。

表1 特殊事件分析數(shù)據(jù)采集表Table 1 Special events analysis data acquisition

2.2 確定特殊事件

國(guó)際主流民用飛機(jī)制造商主要依據(jù)全球范圍內(nèi)運(yùn)營(yíng)商提供的數(shù)據(jù)確定需要分析的特殊事件。國(guó)內(nèi)蔣慶喜等[1]對(duì)該問題也有研究，但偏重于理論研究。為利于適航取證工作的開展，當(dāng)前可參考CCAR25《民用航空規(guī)章第25部》[5]《民用航空器使用困難報(bào)告和調(diào)查：AC-121-60》[12]《航空器的持續(xù)適航文件：AC-91-11R1》[5]，相似機(jī)型的AMM手冊(cè)05章，以往民航業(yè)運(yùn)營(yíng)的經(jīng)驗(yàn)[13]及該型號(hào)飛機(jī)預(yù)計(jì)運(yùn)營(yíng)的環(huán)境確定需要分析的特殊事件。

在S3000L中并無特殊事件識(shí)別方法的介紹，通過對(duì)類似機(jī)型的總結(jié)以及國(guó)內(nèi)民用飛機(jī)運(yùn)營(yíng)人的調(diào)研，識(shí)別飛機(jī)特殊事件發(fā)生主要有以下四種方法：

(1) 通過飛機(jī)飛行手冊(cè)(Airplane Flight Ma-nual，簡(jiǎn)稱AFM)和飛行機(jī)組使用手冊(cè)(Flight Crew Operational Manual，簡(jiǎn)稱FCOM)和飛機(jī)飛行記錄確定，如重著陸等；

(2) 由機(jī)務(wù)人員根據(jù)航前檢查、航后檢查等日常檢查確定如雷擊，或者其他從業(yè)人員的報(bào)告；

(3) 當(dāng)局通報(bào)或者當(dāng)?shù)貧庀?、?zāi)害控制部門的通報(bào)；

(4) 其他方法(如在飛機(jī)運(yùn)營(yíng)期間空乘人員發(fā)現(xiàn)煙霧)。

2.3 確定項(xiàng)目故障

根據(jù)飛機(jī)系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)選型報(bào)告、飛機(jī)系統(tǒng)技術(shù)FMEA、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)報(bào)告、工程經(jīng)驗(yàn)和運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等，確定飛機(jī)全機(jī)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)故障(后面用“項(xiàng)目”表示系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)各級(jí)別的組合體，如系統(tǒng)、子系統(tǒng)、模塊/單元、附件元件、組件、零件等)。確定全機(jī)的項(xiàng)目故障是一項(xiàng)繁鎖又很重要的工作，項(xiàng)目故障的準(zhǔn)確與否直接影響最終分析任務(wù)。以系統(tǒng)為例，項(xiàng)目故障的確定主要有以下步驟：

(1) 根據(jù)飛機(jī)系統(tǒng)選型報(bào)告梳理出飛機(jī)選用的系統(tǒng)；

(2) 根據(jù)飛機(jī)選用系統(tǒng)的技術(shù)FMEA確定其故障；

(3) 根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)和該系統(tǒng)在類似機(jī)型上的運(yùn)營(yíng)統(tǒng)計(jì)結(jié)果完善故障梳理。

全機(jī)故障確定項(xiàng)目故障主要有兩個(gè)指標(biāo)：(1) 項(xiàng)目認(rèn)知度；(2) 故障敏感度。

2.3.1 項(xiàng)目認(rèn)知度

項(xiàng)目認(rèn)知度即該項(xiàng)目在民用飛機(jī)研發(fā)中的推廣程度，反映了主制造或者供應(yīng)商對(duì)該項(xiàng)目的熟悉程度。項(xiàng)目認(rèn)知度越高，則表明對(duì)項(xiàng)目的特性越熟悉，在發(fā)生特殊事件時(shí)，更能準(zhǔn)確判斷該項(xiàng)目是否發(fā)生故障。例如，當(dāng)發(fā)生冰雹特殊事件時(shí)，目前已經(jīng)廣泛采用的金屬材料比較容易確定是否發(fā)生損傷故障，而剛剛應(yīng)用的復(fù)合材料則比較難于確定是否發(fā)生損傷故障。具體項(xiàng)目認(rèn)知度級(jí)別劃分如表2所示。

表2 項(xiàng)目認(rèn)知度評(píng)級(jí)表Table 2 Rating for item behavior

2.3.2 故障敏感度

確定項(xiàng)目故障的另一個(gè)指標(biāo)是故障敏感度，該指標(biāo)反映了項(xiàng)目故障對(duì)特殊事件的敏感程度。例如，當(dāng)項(xiàng)目對(duì)特殊事件非常敏感時(shí)，如果有特殊事件發(fā)生，則需要分析該故障；反之，則無需分析。根據(jù)飛機(jī)系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)選型報(bào)告、飛機(jī)系統(tǒng)技術(shù)FMEA、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)報(bào)告、工程經(jīng)驗(yàn)等梳理出全機(jī)項(xiàng)目的故障類型。結(jié)構(gòu)故障類型如表3所示，系統(tǒng)故障類型[14]如表4所示。

表3 結(jié)構(gòu)故障分類表Table 3 Classification of structural failure

表4 系統(tǒng)故障分類表Table 4 Classification of system failure

最終，根據(jù)型號(hào)任務(wù)的推進(jìn)以及供應(yīng)商的推薦完善系統(tǒng)故障類型。

對(duì)不同故障類型，根據(jù)供應(yīng)商提供的技術(shù)報(bào)告和運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)確定故障敏感度。根據(jù)S3000L，故障敏感度的劃分如表5所示。

表5 故障敏感度評(píng)級(jí)表Table 5 Rating for failure sensitivity

2.3.3 確定項(xiàng)目故障級(jí)別

完成項(xiàng)目認(rèn)知度和故障敏感度后，確定項(xiàng)目故障級(jí)別。確定故障級(jí)別目的主要是篩選出當(dāng)特殊事件發(fā)生時(shí)，可能會(huì)發(fā)生故障的項(xiàng)目。故障級(jí)別綜合反映了項(xiàng)目認(rèn)知度和故障敏感度等級(jí)。根據(jù)S3000L和型號(hào)工程經(jīng)驗(yàn)，故障級(jí)別劃分邏輯如表6所示。

表6 項(xiàng)目認(rèn)知度/故障敏感度等級(jí)表Table 6 Rating for item behavior/failure sensitivity

2.4 確定項(xiàng)目影響級(jí)別

從民用飛機(jī)特殊事件實(shí)際運(yùn)營(yíng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)出發(fā)，結(jié)合民用飛機(jī)設(shè)計(jì)特點(diǎn)，為提高分析效率和工作質(zhì)量，引入影響級(jí)別的概念。影響級(jí)別是指特殊事件對(duì)某區(qū)域影響大小的度量，用于確定特殊事件的影響區(qū)域。通過影響級(jí)別指標(biāo)，將不會(huì)受特殊事件影響的項(xiàng)目篩選出來，進(jìn)一步減少分析工作量和提高效率，將影響級(jí)別指標(biāo)劃分為三個(gè)等級(jí)，如表7所示。

表7 項(xiàng)目影響級(jí)別劃分表Table 7 Rating for item influenced by special events

2.5 確定需要分析項(xiàng)目

依據(jù)對(duì)工程經(jīng)驗(yàn)相關(guān)工作總結(jié)，項(xiàng)目是否需確定分析邏輯如表8所示。

表8 確定項(xiàng)目是否分析邏輯表Table 8 Identification logic of items

通過表8，可以確定某特殊事件中需要分析的項(xiàng)目。需要注意的是，表8可隨主制造商的經(jīng)驗(yàn)增長(zhǎng)而調(diào)整。在項(xiàng)目的前期，為了確保飛機(jī)的安全性，指標(biāo)可以偏于保守，后續(xù)隨著飛機(jī)交付數(shù)量的增加，實(shí)際運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)豐富，指標(biāo)可以放松。

說明：當(dāng)“項(xiàng)目故障級(jí)別/影響級(jí)別”為0時(shí)，項(xiàng)目不需在該特殊事件中分析；當(dāng)“項(xiàng)目故障級(jí)別/影響級(jí)別”為1時(shí)，項(xiàng)目需在該特殊事件中分析。

2.6 確定項(xiàng)目檢查方式

S3000L只說明了如何確定需要檢查的項(xiàng)目，并沒有介紹項(xiàng)目是如何檢查的。為方便編制維修工卡和確保任務(wù)的準(zhǔn)確、高效地執(zhí)行，應(yīng)確定項(xiàng)目的檢查方式。事實(shí)上，不同項(xiàng)目的損傷有不同的檢查方式。根據(jù)項(xiàng)目故障類型，確定項(xiàng)目檢查方式。結(jié)構(gòu)檢查方式[10]有三種：一般目視檢查、詳細(xì)檢查、特殊詳細(xì)檢查。除這三種檢查方式外，系統(tǒng)還有功能檢查和操作檢查等方式[10]。檢查方式的選擇應(yīng)根據(jù)檢查對(duì)象的故障類型，是否易于接近等確定；并且如發(fā)現(xiàn)故障后，為了需要進(jìn)一步精確定位故障，則可以選擇高等級(jí)的檢查方式。

2.7 確定維修任務(wù)

S3000L無明確規(guī)定項(xiàng)目檢查順序以及邏輯關(guān)系[1]。一般情況下，特殊事件發(fā)生后，如果有損傷發(fā)生，該損傷是比較明顯的，根據(jù)某主制造商技術(shù)能力以及結(jié)合項(xiàng)目檢查難易程度、項(xiàng)目之間聯(lián)系、特殊事件因果關(guān)系，主要將項(xiàng)目檢查分成兩個(gè)階段。

階段一：主要針對(duì)一般性的外表檢查，若在階段一檢查過程中無故障，檢查工作結(jié)束；若在階段一檢查過程中發(fā)現(xiàn)故障，將進(jìn)入特殊事件階段二，開始進(jìn)一步細(xì)致檢查。

階段二：主要在階段一檢查中發(fā)現(xiàn)故障時(shí)，拆卸相應(yīng)口蓋，對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行深入檢查，最終形成特殊事件的維修任務(wù)。

2.8 驗(yàn)證特殊事件分析結(jié)果

損傷與特殊事件分析輸出對(duì)應(yīng)特殊事件的維修任務(wù)，作為MTA和AMM手冊(cè)05章“時(shí)限/維護(hù)”部分輸入。包含發(fā)生特殊事件后所需執(zhí)行檢查任務(wù)和他們之間的邏輯關(guān)系。分析結(jié)果的驗(yàn)證目的，即為確定整套維修任務(wù)的合理性，以便能夠快速、準(zhǔn)確、全面的發(fā)現(xiàn)特殊事件所造成的飛機(jī)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)故障。

因特殊事件發(fā)生概率較低，并很難重復(fù)，故除極個(gè)別強(qiáng)制規(guī)定外，一般只能通過書面、軟件、樣機(jī)、真機(jī)等驗(yàn)證特殊事件維修任務(wù)。

3 案例分析

本文以“冰雹”事件為例，分析X機(jī)型機(jī)身結(jié)構(gòu)部段。

3.1 確定特殊事件

結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，“冰雹”事件需進(jìn)行分析。當(dāng)冰雹發(fā)生后，飛機(jī)執(zhí)行任務(wù)前均要檢查。因此，特殊事件的識(shí)別方法為冰雹。

3.2 確定“冰雹”事件中需要分析項(xiàng)目故障

綜上述分析，該指標(biāo)主要包含“項(xiàng)目認(rèn)知度”和“故障敏感度”。

X機(jī)型機(jī)身部段使用的材料均為典型金屬材料，如2000系列、7000系列鋁合金材料等，這些材料已經(jīng)廣泛應(yīng)用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，因此“項(xiàng)目認(rèn)知度”指標(biāo)為“0”。“冰雹”事件引起機(jī)身結(jié)構(gòu)部段故障主要為“凹坑”，在飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，會(huì)考慮到“冰雹”事件對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)的影響，將它控制在允許范圍之內(nèi)，因此“故障敏感度”指標(biāo)為“2”。因此通過表5可以看出，“冰雹”事件“項(xiàng)目故障級(jí)別”指標(biāo)為“1”。

3.3 確定“冰雹”事件中需要分析項(xiàng)目

在“冰雹”事件中，機(jī)身部段直接暴露于其中，冰雹直接打到機(jī)身部段，即特殊事件發(fā)生直接影響分析項(xiàng)目，通過表7可以看出，在“冰雹”事件中機(jī)身部段“影響級(jí)別”指標(biāo)為2。

“項(xiàng)目故障級(jí)別”指標(biāo)為1，“影響級(jí)別”指標(biāo)為2，通過表8可以看出，“冰雹”事件中機(jī)身部段需進(jìn)行維修任務(wù)分析。

3.4 確定“冰雹”事件中項(xiàng)目檢查方式

按照“冰雹”事件中機(jī)身部段的材料及其故障，凹坑發(fā)生在外表面，維修人員可以直接通過一般目視檢查的方法發(fā)現(xiàn)，對(duì)于細(xì)小的凹坑，可以輔助側(cè)向照明等方法一般目視檢查發(fā)現(xiàn)，其檢查方式為“一般目視檢查”(階段一)。如果發(fā)現(xiàn)凹坑，就可能在結(jié)構(gòu)上發(fā)生更進(jìn)一步的損傷，需檢查凹坑處內(nèi)部結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)(階段二)。

3.5 確定“冰雹”事件中維修任務(wù)

按照“冰雹”事件影響的區(qū)域，其機(jī)身結(jié)構(gòu)部段維修任務(wù)如表9所示。

表9 “冰雹”特殊事件的維修任務(wù)表Table 9 Maintenance task list for “hail”

4 結(jié) 論

(1) 通過建立國(guó)產(chǎn)民用飛機(jī)損傷與特殊事件的分析方法，量化分析指標(biāo)，可以有效地、標(biāo)準(zhǔn)地開展民用飛機(jī)損傷特殊事件分析工作；

(2) 引入了“影響級(jí)別”指標(biāo)，該指標(biāo)可以有效地識(shí)別出需要分析的項(xiàng)目，降低了工作量，提高了工程師的工作效率和質(zhì)量。