可靠性工程在機群運行監(jiān)控中的應用

王凱

（中國民航飛行學院洛陽分院，河南洛陽471001）

可靠性工程在機群運行監(jiān)控中的應用

王凱

（中國民航飛行學院洛陽分院，河南洛陽471001）

針對飛行訓練教學中機群的主要運行性能參數(shù)，對可靠性工程在機務維修工作中的相關(guān)控制參數(shù)的監(jiān)控方法及流程進行了分析與探討，在為該機群的可靠性運行監(jiān)控提供依據(jù)的同時，有力保障并提高了機群的運行效率。

性能參數(shù)；可靠性工程；監(jiān)控

0 引言

隨著航空器的設計改進和維修控制手段的提高，航空器的維修已不局限于依靠給定航空器部件的壽命和分解檢查而保證安全裕度的傳統(tǒng)維修方法，在一定程度上允許某些航空器部件或系統(tǒng)出現(xiàn)故障而不需要事先進行預防性維修，這樣既能保證航空器的飛行安全，還可大大地降低航空營運中的運行和維修成本，達到降低運行成本和提高經(jīng)濟效益的目的。本文在介紹可靠性工程在機務維修應用中的同時，重點介紹可靠性工程在機群運行監(jiān)控中的應用方法和流程，并通過實例驗證了該方法的適用性。

1 可靠壽命

在可靠性工程中，產(chǎn)品的壽命是一項重要指標。從不同的角度出發(fā)，有不同表征壽命的方法，如平均壽命、可靠壽命、中立壽命、壽命方差等，總稱為“壽命特征”。壽命是指一個產(chǎn)品從開始使用到發(fā)生失效（或故障）停用這段時間。對于不修產(chǎn)品，壽命是指產(chǎn)品失效前的工作時間或儲存時間；對于可修產(chǎn)品，壽命是指相鄰兩次故障間的工作時間。

給定可靠度所對應的時間稱可靠壽命。可靠度是一個時間t的非增函數(shù)。在t=0時，可靠度為1，隨著時間的增加，可靠度從1開始下降。當時間無限增大時，可靠度將趨向于0。對于每一個給定的時間t，都有一個對應于這個時間的可靠度值r。反過來，如果給定一個可靠度值r，也必然對應一個相應的時間t。

2 維修性、維修度與有效度

維修性是指產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，按規(guī)定的程序和方法進行維修時，保持或恢復到規(guī)定狀態(tài)的能力。維修性的概率度量稱為維修度。維修度也是時間的函數(shù)，即為M（t）。由于每次修復產(chǎn)品的實際時間τ是一個隨機變量，產(chǎn)品的維修度可定義為τ不超過規(guī)定時間t的概率，即

其中，M（t）表示從t=0開始到某一時刻t內(nèi)完成維修的概率，是對時間t的累積概率，而且是時間t的非降函數(shù)。

維修率是指修理時間已達到某時刻t時，尚未修復的產(chǎn)品在t以后的單位時間內(nèi)完成修理的概率。它也是時間的函數(shù)，記為μ（t）。維修率與維修度的關(guān)系為

有效度也稱可用度，指可以維修的產(chǎn)品在某時刻t具有或維持其功能的概率，通常用A（t）表示。它是維修度和可靠度的綜合表征，是反映產(chǎn)品效能的主要特性參數(shù)之一。通過有效度分析可以在產(chǎn)品的可靠度和維修度之間做出合理的權(quán)衡。有效度是與時間相關(guān)的。一個產(chǎn)品投入工作現(xiàn)場后，它在一個規(guī)定的時期內(nèi)的總時間歷程可以分解為若干時段，以這些不同的時段為基礎，即可得出用于有效度分析的各種有效度參數(shù)。按定義，有效度A的數(shù)學表達式為

式中，Tu為能工作的時間，Td為不能工作的時間。

在實際進行有效度分析時，根據(jù)不同需要，可以由上述不同的時段組合構(gòu)成不同的有效度參數(shù)。可靠性工程常遇到隨機變量問題，如產(chǎn)品故障時間、維修時間等。處理這種問題應用概率統(tǒng)計方法，找出它們的概率分布和概率密度函數(shù)，有了確定的分布就可以求出該分布的特征統(tǒng)計量，如均值及標準差。即使不知道具體的分布函數(shù)，也可以通過對分布的參數(shù)估計求得某些特征量的估計值。

3 可靠性工程在機群運行監(jiān)控中的應用流程和方法

機群可靠性工程系統(tǒng)是一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，其原理是收集表示機群運行性能的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、處理、分析，并將其與預訂的性能標準進行比較以鑒別系統(tǒng)中存在的問題及不良的趨勢，調(diào)查分析其產(chǎn)生的原因，確定并實施恰當?shù)募m正措施，再通過數(shù)據(jù)收集來監(jiān)控糾正措施的有效性。

3.1 數(shù)據(jù)的收集及處理

可靠性數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)采集下列數(shù)據(jù)：飛機狀態(tài)變化數(shù)據(jù)、飛機時間數(shù)據(jù)、飛機出勤數(shù)據(jù)、月維修工作統(tǒng)計數(shù)據(jù)和故障信息數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)是指對所收集的數(shù)據(jù)進行標準化處理。數(shù)據(jù)處理之后，得到機群運行的監(jiān)控參數(shù)，監(jiān)控參數(shù)包括：航空器在用架日、飛機日利用率、機組報告故障千時率、飛機總故障千時率、運行重大事件統(tǒng)計等，各參數(shù)定義如下：

3.2 以警戒值為標準的性能監(jiān)控

根據(jù)數(shù)據(jù)的概率分布不同，可靠度（警告值）的計算公式亦有所不同，通常分為正態(tài)分布和泊松分布兩種形式。其中正態(tài)分布用于除附件之外的其它參數(shù)計算，泊松分布用于附件警告值的計算。由于機群可靠性計算只針對飛機和系統(tǒng)，所以采用正態(tài)分布。

每千小時的警戒值=每千小時故障率的平均值（12個月的平均值）+2倍標準方差。

采用警戒值進行性能監(jiān)控的性能參數(shù)包括：機組報告故障千時率、總故障千時率、ATA系統(tǒng)故障千時率。

通常將所確定的性能標準與用運行圖表或表格表示的當前性能進行對比，描繪出性能變化趨勢，并確認是否存在超限的狀況。當月及前兩個月的性能參數(shù)與已制定的警戒值相比較，當其超過警戒值時，發(fā)出警告。對于警告項目，須立即對該項目采取糾正措施。

對于超警戒值而報警的項目，如果報警項目的糾正措施已經(jīng)執(zhí)行完畢，而且效果良好，性能參數(shù)已回落到警戒值之下，則解除警告狀態(tài)。

如果報警項目在執(zhí)行了糾正措施后，飛機相關(guān)性能狀況未得到改善，則必須采取進一步措施，直至性能參數(shù)回落到警戒值之下。

4 可靠性工程在ATA系統(tǒng)故障監(jiān)控中的驗證

為驗證可靠性工程在機群運行監(jiān)控中的適用性，在上述分析的基礎上，對機群ATA系統(tǒng)故障千時率進行分析。

現(xiàn)以ATA-34章節(jié)導航系統(tǒng)為例（時間區(qū)間為2011年1月～2012年1月）。為實施對該系統(tǒng)2012年1月故障千時率的故障監(jiān)控，須統(tǒng)計出該系統(tǒng)之前12個月（即2011年1～12月）該系統(tǒng)的故障千時率，故障千時率分布及發(fā)展趨勢如圖1所示。

圖1 導航系統(tǒng)故障千時率分布及發(fā)展趨勢圖

根據(jù)圖1分析可知，該系統(tǒng)故障千時率有逐步上升的趨勢，尤其在近期，故障千時率更是居高不下。為此，須對該系統(tǒng)的故障狀態(tài)進行可靠性（警戒值）驗證。

據(jù)計算，2011年1～12月故障千時率均值為：3.107，標準差為0.914。根據(jù)警戒值的計算公式可計算得出，該系統(tǒng)當月（2012年1月）警戒值為4.934。而當月該系統(tǒng)故障千時率為4.963，超出警戒值標準，發(fā)出警告。經(jīng)調(diào)查分析，該系統(tǒng)故障多集中在部件故障，尤以氣動地平儀較為嚴重，平均工作時間為624.16 h，其可靠壽命遠遠小于該部件的使用壽命。經(jīng)進一步查證核實，該部件存在翻修質(zhì)量不高的問題。綜合考慮該部件的翻修成本及運行需要，重新訂購一批全新件。在隨后的2012年2、3月份，故障千時率明顯下降，分別為2.836、1.805，低于警戒值標準，解除警告狀態(tài)。

5 結(jié)語

本文介紹了可靠性工程在機群運行監(jiān)控中的應用方法，針對機群運行中的不同性能參數(shù)，對產(chǎn)品壽命特性、維修性、維修度、有效度等進行了介紹，并闡述了機群運行可靠性的監(jiān)控流程和方法，對機群的運行性能監(jiān)控具有一定的實用價值。

［1］ 方志耕.質(zhì)量與可靠性管理［M］.北京：科學出版社，2011.

［2］ 康銳，張叔農(nóng).可靠性工程基礎［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2011.

［3］ 李瑞瑩，王乃超.可靠性與維修性工程概論［M］.北京：清華大學出版社，2010.

［4］ 趙宇.可靠性數(shù)據(jù)分析［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2011.

［5］ 王軍鋒，陳云斌，周憲.產(chǎn)品可靠性、維修性及保障性手冊［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2011.

［6］ 宋保維.系統(tǒng)可靠性設計與分析［M］.西安:西北工業(yè)大學出版社，2008.

（編輯：啟 迪）

Application of Reliability Engineering on the Working Monitor for Aircraft

WANG Kai
（Luoyang Branch,Civil Aviation Flight University of China,Luoyang 471001,China）

In connection with the working performance parameter for aircraft in flight teaching,it is analyzed about the method and procedure of specified parameters used by reliability engineering.And it provides effective basis for reliability working monitor on aircraft and enhances the operating efficiency.

performance parameter;reliability engineering;monitor

V 215.7

A

1002－2333（2014）04－0027－02

王凱（1984—），男，碩士研究生，工程師，從事航空器維修工作。

2013-12-18