關(guān)于FAA咨詢通告AC 20-157 如何準(zhǔn)備飛機(jī)系統(tǒng)和設(shè)備的可靠性評估計劃的研究

徐 海

（中國民用航空沈陽航空器適航審定中心，遼寧 沈陽 110043）

一、概述

隨著民用航空器技術(shù)日新月異的發(fā)展，飛機(jī)和發(fā)動機(jī)電子和電氣系統(tǒng)可靠性評估越來越引起制造廠商和適航審查當(dāng)局的重視。美國適航當(dāng)局FAA 2007年1月19日發(fā)布咨詢通告AC20-157，至今無其他新修訂版本。主題是“如何準(zhǔn)備飛機(jī)系統(tǒng)和設(shè)備的可靠性評估計劃”，其內(nèi)容介紹了如何開發(fā)和使用可靠性評估計劃。是申請人編制和使用可靠性評估計劃的一份綱領(lǐng)性指導(dǎo)文件。

此咨詢通告的適用范圍是飛機(jī)系統(tǒng)和設(shè)備可靠性評估計劃包括飛機(jī)和發(fā)動機(jī)的電子和電氣系統(tǒng)，以及機(jī)電元件和設(shè)備的可靠性。但并不包括其他機(jī)械或流體系統(tǒng)。下面通過結(jié)合一些適航審定要求和要素來分析和研究如何準(zhǔn)備一份飛機(jī)系統(tǒng)和設(shè)備的可靠性評估計劃。

二、適航要求解析

關(guān)于飛機(jī)和發(fā)動機(jī)電子和電氣系統(tǒng)，以及機(jī)電元件和設(shè)備的可靠性在CCAR-23，25，27，29規(guī)章中第1309條中有關(guān)于飛機(jī)可靠性的相關(guān)內(nèi)容。

此份咨詢通告所涉及的可靠性評估計劃，雖然在美國申請人的航空器設(shè)計和運行過程中已經(jīng)開始廣泛使用，但尚未在中國民航適航部門中強(qiáng)制要求申請人完成，也未被局方列為適航審查所必須的符合性報告。但是，申請人可以使用可靠性評估計劃來作為提交適航部門的飛機(jī)和發(fā)動機(jī)的電子和電氣系統(tǒng)安全性分析報告和持續(xù)適航評估報告的輔助支撐文件，也可以作為申請人設(shè)計決策和系統(tǒng)架構(gòu)選擇等支持性文件。

三、符合性驗證技術(shù)研究

編制一份可控制的評估計劃文件，可重復(fù)的流程，以評估飛機(jī)和發(fā)動機(jī)的電子和電氣系統(tǒng)，包括機(jī)電元件和設(shè)備的可靠性。此外，咨詢通告還介紹了可靠性評估計劃的用途和優(yōu)點，應(yīng)用哪些指導(dǎo)性文件幫助申請人來完成可靠性評估計劃，以及如何使用計劃及其結(jié)果。

此咨詢通告中并沒有介紹具體的符合性驗證方法，但是推薦了可以使用SAE ARP 5890作為一個框架，來指導(dǎo)制定一項 可靠性評估計劃。編制一份可靠性評估計劃有可能涉及的其他參考文件還包括SAE M-102/95 “可靠性、可維護(hù)性和可支持性指南”、SAE JA 1000 “可靠性程序標(biāo)準(zhǔn)”，以及SAE JA 1000/1“可靠性計劃標(biāo)準(zhǔn)實施指南”。

正確理解電子電氣設(shè)備的可靠性，使用 SAE ARP 5890 作為參考模型，可以開發(fā)一個結(jié)合了數(shù)據(jù)和方法適合的產(chǎn)品類型和設(shè)計、資格認(rèn)證和運行中航空器生命周期各階段的可靠性評估計劃。

該咨詢通告介紹了如何依據(jù)一些標(biāo)準(zhǔn)文件中推薦的方法來使用可靠性評估計劃及其結(jié)果，以及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的作用和聯(lián)系。

可靠性評估是數(shù)值評估，為了實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)備滿足可靠性要求和目標(biāo)，應(yīng)按照可靠性評估計劃進(jìn)行評估，并使用評估結(jié)果作為系統(tǒng)安全性評估和系統(tǒng)構(gòu)架選擇的輸入。SAE ARP 4761說明了如何確定系統(tǒng)的安全性評估和系統(tǒng)開發(fā)。

可靠性評估結(jié)果是故障樹，故障模式和影響分析，以及在SAE ARP 4761中的其他任務(wù)等很多安全評估任務(wù)重要的輸入。如果應(yīng)用可靠性評估方法進(jìn)行數(shù)值的安全評估，則該部分安全評估必須依據(jù)于可靠性實踐。另一方面，可靠性評估也對安全分析中的使用規(guī)則范圍和假設(shè)做了很好的檢驗。

SAE AIR 5022介紹了如何集成可靠性和安全性評估過程，并介紹了一些經(jīng)常執(zhí)行的可靠性和安全性的分析任務(wù)，強(qiáng)調(diào)它們的相互關(guān)系和共同的數(shù)據(jù)元素。

對于執(zhí)行復(fù)雜和相關(guān)的功能的高度綜合的系統(tǒng)，包括可靠性評估計劃中的批準(zhǔn)及驗證的過程和活動。可以使用SAE ARP 4754，作為安全性評價的批準(zhǔn)和驗證過程和活動指南。

當(dāng)為一個特定的申請人選擇一種特別的可靠性評估方法時，復(fù)審那種方法的準(zhǔn)確性和局限性。在計劃內(nèi)證明所使用的方法正確。證明中應(yīng)該包括在評估數(shù)據(jù)和假設(shè)中處理不確定性的方法。

SAE ARP 5890提供了可靠性評估方法和工具。MIL-HDBK-217F CHG Notice 2、以及電器研究所和電子工程師 IEEE 1413和IEEE 1413.1提供了可接受的方法來預(yù)測給定的電子元器件的可靠性。可以使用可靠性分析中心的非電子的零件可靠性數(shù)據(jù)（NPRD）-95，第二節(jié)，部分摘要，確定機(jī)械零件故障率。所有這些方法都可以準(zhǔn)確地估計在開始生產(chǎn)前預(yù)期的系統(tǒng)和設(shè)備的可靠性。

SAE ARP 5150了解如何使可靠性評估與持續(xù)適航安全評估過程相聯(lián)系。也描述涉及安全分析的重要的元素和需要用服務(wù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)證明或驗證的相關(guān)的假設(shè)。

可以使用可靠性評估的結(jié)果作為持續(xù)適航性評估任務(wù)的輸入。舉例說明，見 FAA 咨詢通告（A C）39-8，運輸類飛機(jī)動力裝置和輔助動力裝置安裝持續(xù)適航評估，指導(dǎo)持續(xù)適航任務(wù)，例如組件故障率的評估。

可以使用可靠性評估結(jié)果建立維護(hù)要求認(rèn)證，并且向以可靠性為中心的維護(hù)流程和MSG-3應(yīng)用提供輸入。AC25-19，為維護(hù)要求認(rèn)證提供了指導(dǎo)。美國航空運輸協(xié)會的維護(hù)供應(yīng)商指南（MSG）3，指導(dǎo)航空/制造商維護(hù) 項目規(guī)劃。SA E JA 1011，為評價標(biāo)準(zhǔn)的可靠性為中心的維修過程提供了指導(dǎo)。

四、適航審定要素和審查要求

此咨詢通告適用于飛機(jī)和發(fā)動機(jī)的電子和電氣系統(tǒng)，包括機(jī)電元件及設(shè)備的可靠性。但并不適用于其他系統(tǒng)和設(shè)備，如機(jī)械或流體系統(tǒng)。因此，飛機(jī)和發(fā)動機(jī)上所有的航電、電子和電氣系統(tǒng)以及其他包含電子元件的相關(guān)專業(yè)或?qū)彶閷ｎ}都可以使用本咨詢通告推薦的方法完成可靠性評估計劃。以下是適航審定要素及審查要求：

圖1 可靠性評估圖

圖2 相似性分析流程示例圖

1）在審查過程中，局方要鼓勵申請人開發(fā)可靠性評估計劃并在制定過程中予以一定的幫助；

2）作為一份計劃性文件，在審查過程中，局方應(yīng)關(guān)注計劃的可行性，看計劃中的內(nèi)容是否與申請人及其產(chǎn)品的特性一致，是否考慮到了所有可能的情況；

3）局方還需要確定申請人是否有能力和方法收集相關(guān)必要的信息，以保證計劃能夠持續(xù)更新；

4）局方還應(yīng)對申請人在可靠性評估計劃中使用的方法進(jìn)行評估，確定其輸出的有效性；

5）局方應(yīng)確定申請人在可靠性評估計劃中的評估過程是可控的、可重復(fù)的。

五、應(yīng)用ARP 5890作為指導(dǎo)來編制可靠性評估計劃

ARP 5890，為發(fā)動機(jī)電子控制系統(tǒng)準(zhǔn)備可靠性評估計劃的指南，發(fā)布于2002年10月。

該標(biāo)準(zhǔn)作為發(fā)動機(jī)電子控制系統(tǒng)可靠性評估計劃的指南，可以作為一個典型框架，用于編制一項飛機(jī)和發(fā)動機(jī)的電子和電氣系統(tǒng)，包括機(jī)電元件及設(shè)備的可靠性評估計劃的指導(dǎo)。評估結(jié)果可以用于輸入安全評估和分析，可靠性方案規(guī)劃和監(jiān)測，審定分析，設(shè)備的設(shè)計決策，系統(tǒng)架構(gòu)和業(yè)務(wù)的選擇決定，以及持續(xù)適航評估。

標(biāo)準(zhǔn)中重點介紹了編制一份可靠性評估計劃全過程指導(dǎo)。其中可靠性評估計劃的內(nèi)容包括過 程、數(shù)據(jù)、方法、結(jié)果和可靠性評估過程改進(jìn)五部分內(nèi)容，這些內(nèi)容的聯(lián)系和相互關(guān)系，詳見圖1可靠性評估圖。圖1概況性的歸納總結(jié)了SAE ARP 5890中所包含的可靠性評估流程圖。

此外，在文中介紹了四種評估和分析方法，分別是相似性分析、耐久性評估、靈敏度測試和分析，以及手冊的預(yù)估。并在SAE ARP 5890附錄A和B中詳細(xì)介紹了相似性分析示例和耐久性分析兩種重要的分析方法。本文圖2是關(guān)于相似性分析示例的流程，其他具體分析方法詳細(xì)參見SAE ARP 5890。申請人也可以參照標(biāo)準(zhǔn)中的典型程序方法和示例來編制適合自己公司的航空電子產(chǎn)品的相似性分析表格，用于可靠性評估需要。

結(jié)語

綜上所述，在飛機(jī)整個設(shè)計和運行壽命周期內(nèi)，擁有一份動態(tài)的可靠性評估計劃，可以極大的提高電子設(shè)備的可靠性，更好的保證飛機(jī)安全。因此，中國民用航空適航當(dāng)局盡快出臺相關(guān)指導(dǎo)性文件，鼓勵和指導(dǎo)航空器申請人編制開發(fā)和使用可靠性評估計劃是非常有必要的。

[1]AC20-157，How to Prepare Reliability Assessment Plans for Aircraft Systems and Equipment，2007.

[2]SAE ARP 5890， Guidelines for Preparing Reliability Assessment Plans for Electronic Engine Controls， 2002.