大飛機機載設(shè)備高可靠長壽命目標的實現(xiàn)途徑

薛海紅

（第一飛機設(shè)計研究院，陜西 西安 710089）

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

從定性角度分析，大飛機其使用環(huán)境復(fù)雜、使用率高、任務(wù)時間長，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)時環(huán)境下要具有在簡易機場起飛的能力，要求大飛機的故障次數(shù)少，飛機無維修執(zhí)行任務(wù)的能力強。

綜上分析，高可靠性和長壽命設(shè)計是大飛機研制的重要特征和目標，這就對為飛機配套的機載設(shè)備的研制提出了巨大的挑戰(zhàn)。針對大飛機高可靠長壽命的研制需求，大部分機載設(shè)備需要全新研制，而面對國內(nèi)目前的設(shè)計經(jīng)驗和工業(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、生產(chǎn)、管理出來的”，要實現(xiàn)大飛機的可靠性目標，就必須圍繞組成飛機的各類機載設(shè)備，從以下幾方面來轉(zhuǎn)變工作思路。

改變傳統(tǒng)設(shè)計理念——在產(chǎn)品可靠性設(shè)計中，實現(xiàn)由基于概率統(tǒng)計的隨機失效向失效物理理念的轉(zhuǎn)變，運用失效物理方法和手段識別并確定產(chǎn)品設(shè)計中的深層次故障或故障趨勢。

強化過程管理控制——在產(chǎn)品可靠性管理中，實現(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。

采用先進設(shè)計技術(shù)——在產(chǎn)品研發(fā)過程中，積極引入可靠性設(shè)計、可靠性分析、可靠性試驗等各類先進的關(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)計缺陷，實現(xiàn)對產(chǎn)品可靠性的增長，提高產(chǎn)品健壯性設(shè)計。

按照以上思路，在大飛機研制中，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，并加速推進工程應(yīng)用；機載設(shè)備單位應(yīng)嚴格按照總師單位的計劃、要求，以及規(guī)范和指南，結(jié)合各研制階段的設(shè)計流程，對機載設(shè)備、分系統(tǒng)及系統(tǒng)各層次開展可靠性設(shè)計、分析、試驗及管理控制工作，最大程度的激發(fā)潛在故障，暴露設(shè)計缺陷，通過設(shè)計改進實施大幅可靠性增長，確保設(shè)備、系統(tǒng)乃至飛機可靠性要求的實現(xiàn)。

2 工作重點

2.1 制定規(guī)范要求，明確任務(wù)職責

飛機總師單位通過制訂“型號工作計劃”、“型號壽命與可靠性要求”、“型號成品技術(shù)協(xié)議書”等文件，明確可靠性工作項目要求、技術(shù)指標要求、開展時機要求及完成質(zhì)量要求等內(nèi)容，并通過建立和運行“型號四性與保障設(shè)計師分系統(tǒng)”和任命“型號四性與保障系統(tǒng)兼職主管設(shè)計師”，明確工作責任單位（部門）、責任人及職責內(nèi)容，確保各項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

飛機總師單位通過制訂“型號四性與綜保監(jiān)督與控制規(guī)定”和“型號可靠性審查要求”，提出大飛機系統(tǒng)或產(chǎn)品可靠性設(shè)計、分析、管理等各項工作的控制與審查要求，明確審查階段和形式、審查項目和內(nèi)容、審查要素和審查重點等。

在型號研制各階段，總師單位嚴格依據(jù)審查要求中規(guī)定的內(nèi)容，對飛機各系統(tǒng)和各設(shè)備承研單位可靠性工作進行監(jiān)督和控制。通過審查要求的貫徹和實施，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確性和完整性。通過以上監(jiān)控與審查，確保可靠性分析信息與系統(tǒng)設(shè)計信息相互迭代，實現(xiàn)可靠性工作與產(chǎn)品研制工作同步進行。

2.3 控制設(shè)計源頭，提高分析深度

通過對元器件和原材料的選用源頭和選用過程進行嚴格控制，同時，通過降額設(shè)計、標準化設(shè)計等可靠性設(shè)計措施和元器件二次篩選、整機環(huán)境應(yīng)力篩選等試驗手段，對元器件和原材料的使用過程進行嚴格控制；

加強可靠性預(yù)計、FMEA（失效模式與效應(yīng)分析）和FTA（故障權(quán)分析）等工作，確保各項分析工作的準確性和完整性。多輪分析，多輪迭代，實現(xiàn)可靠性分析與產(chǎn)品設(shè)計同步。在方案階段、初步設(shè)計和詳細設(shè)計階段分別開展可靠性預(yù)計、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)計薄弱環(huán)節(jié)，為產(chǎn)品設(shè)計改進提供輸入。

3 技術(shù)措施與保障

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

對于大飛機機載設(shè)備非常高的可靠性指標，按照傳統(tǒng)方式開展可靠性試驗，則不論從試驗經(jīng)費還是從試驗進度上都難以實現(xiàn)。以某機為例，其新研成品多達280項，如果都進行可靠性試驗，經(jīng)費將達數(shù)億元，在這種情況下，只好僅對16項二級產(chǎn)品安排可靠性鑒定試驗，對21項關(guān)鍵的三級產(chǎn)品安排了可靠性增長試驗。雖然該飛機在可靠性試驗方面已經(jīng)投入了很大的人力和物力，但在飛機設(shè)計定型時，飛機的可靠性水平仍然沒有達到研制總要求中規(guī)定的指標，成為了設(shè)計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新研的二級和三級產(chǎn)品安排了可靠性試驗，但大部分新研產(chǎn)品由于受到經(jīng)費和進度的影響卻沒有進行過任何可靠性試驗，這些產(chǎn)品的可靠性水平嚴重影響了飛機整機的可靠性水平。

因此，對于大型飛機，按傳統(tǒng)的可靠性試驗方式已經(jīng)很難滿足要求，必須實現(xiàn)工作思路的轉(zhuǎn)變，即“由試驗驗證向綜合評價轉(zhuǎn)變；由結(jié)果考核向研制試驗轉(zhuǎn)變；由被動故障向主動故障轉(zhuǎn)變”。

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

3.2 探索設(shè)計新技術(shù)，實現(xiàn)主動可靠性設(shè)計

產(chǎn)品可靠性設(shè)計是產(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，確保將可靠性設(shè)計技術(shù)納入到產(chǎn)品研制中。因此，可靠性設(shè)計技術(shù)的貫徹和應(yīng)用是大飛機高可靠和長壽命目標實現(xiàn)的重要保證，在大飛機各研制階段應(yīng)合理規(guī)劃、嚴格控制各級產(chǎn)品的可靠性設(shè)計工作，全面提高產(chǎn)品及飛機的可靠性水平。

大飛機可靠性設(shè)計中可以采用的設(shè)計技術(shù)很多，應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品的特點選擇和實施。比如提高非電產(chǎn)品壽命的耐久性設(shè)計與分析技術(shù)、提高產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)能力的環(huán)境防護設(shè)計技術(shù)、能夠有效控制電子產(chǎn)品熱量積累的熱設(shè)計技術(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)計技術(shù)；

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

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

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

表1中對大飛機研制中推薦采用的9種可靠性設(shè)計技術(shù)，從作用和適用范圍兩方面進行對比分析。

4 結(jié)束語

要實現(xiàn)大飛機高可靠性要求，必須要合理規(guī)劃研制周期各項可靠性工作，全面貫徹系統(tǒng)工程的設(shè)計理念和方法，堅持“強化關(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)計與試驗新技術(shù)的應(yīng)用深度和廣度，最大程度的將設(shè)計缺陷消除在產(chǎn)品底層和研制早期，確保設(shè)備、系統(tǒng)及飛機的可靠性目標的實現(xiàn)。

表1 可靠性設(shè)計技術(shù)的對比分析