故障隔離手冊內容編寫研究

王會麗 姜朗

摘 要：飛機故障隔離手冊是判斷和排除飛機故障的重要技術文件，也是民用飛機主制造商必須交付給用戶的持續適航文件之一。故障隔離手冊的目的是指導飛機運行方以最有效的方式找到故障原因，排除故障，提高飛機的運行效率，降低飛機的運行成本。國際標準規范S1000D、ATA2200及ATA100對故障隔離手冊編寫的標準和規范有較強的指導意義，世界領先的飛機制造商也成功應用這些標準規范編制了適合自己機型的故障隔離手冊，但這些標準規范對飛機故障隔離手冊內容的編寫并沒有具體的指導流程。而且由于民機運營支持產品開發領域在國內起步較晚，如何在設計飛機的同時開發其相應的運營支持產品缺乏可以借鑒的經驗，因此國內民機制造商在編寫飛機故障隔離手冊方面尚處于摸索階段。文章則結合這些國際標準規范及行業應用現狀，并結合國內某民機型號的研發，探索飛機故障隔離手冊內容的編寫方法。

關鍵詞：故障隔離 故障信息 排故程序 S1000D

中圖分類號：V26 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）08（c）-0012-05

1 概述

飛機故障隔離手冊是判斷和排除飛機故障的重要技術文件，給出了識別和分析故障必要的技術數據和相關資料，提供了一種報告和糾正飛機系統故障的構成方法，并提供了相應的故障隔離程序，幫助地面維護人員排除故障，主要用于支持航線和機庫中心級的故障分析。目的是用最有效（時間短、成本低）的方式找到故障原因，并采取必要的措施排除故障，使得系統恢復正常狀態，以使飛機能夠快速恢復運行。飛機故障隔離手冊在飛機設計過程中編寫，并隨著飛機的交付應用而不斷地更新完善。在飛機（商用飛機）交付客戶之前，故障隔離手冊需要作為持續適航文件的一部分交由民航管理部門審查。

2 相關規范研究

目前已有的標準規范S1000D、ATA2200及ATA100等對故障隔離手冊的標準規范和組織形式具有較大的指導意義，但并不側重于具體的內容編寫。文章的研究重點在于故障隔離手冊內容編寫的方法研究，因此本節主要闡述這些標準規范中對于故障隔離手冊內容部分的規范。

2.1 ATA標準

ATA100是美國航空運輸協會（ATA）對于航空產品技術資料編寫的規范。ATA100中對于故障隔離程序的內容方面主要有以下要求[1]。

（1）排故程序應當足夠分析出故障并排除故障，一個排故程序可以用于多個故障；

（2）排故程序應包括準備程序、警告、注意和注；

（3）排故程序應當進行到更換設備或者能夠在飛機上完成其他工作（如檢查或調整接線）的程度。對于那些需要更換線路達到排除故障目的的元件，應該給出相應的圖表；

（4）排故程序應該包括跟該故障信息相關的完整的程序，不應要求用戶為完成排故而參考其他章節。系統內容相互參考是允許的，如自檢測（BIT）的排故程序編號；

（5）如果給定的排故過程包括一個以上的設備，則應按照故障發生的順序列出所有設備；

（6）排故程序應該是排除故障最直接最簡便的方法，不應包括任何不必要的步驟，不需要維護人員重復飛行機組人員采取的措施，要最大限度地使用機載檢測裝置。

隨著航空產品的發展和技術創新，為了實現技術文檔的電子化形式，美國航空運輸協會又推出了ATA2200規范[4]。ATA2200中定義故障隔離手冊應為維修人員提供隔離故障及應采取何種糾正措施所需的技術資料。故障隔離手冊應當最大限度地與航空公司的維修方案、維修培訓及維修手冊程序兼容。對于新飛機，故障隔離手冊建立在飛機系統的功能和實效模式的基礎上，不要求飛行機組做故障隔離工作。故障隔離手冊應當客戶化，只包含適用于特定用戶或用戶組和飛機系列的信息，并由飛機制造商定期更改。故障隔離程序應考慮飛行航線環境、工具、維修能力、時間等限制條件。故障隔離手冊的內容應當包括以下幾方面[2]。

（1）故障代碼：按照ATA標準編號系統制定；

（2）故障說明：簡短地闡述故障，并說明可能受影響的部件和系統；

（3）故障隔離參考：包含每個故障隔離任務及維護信息的任務參考；

（4）故障隔離圖：故障隔離的主要步驟可以按照導致故障的概率給出排故的流程圖，圖中應包括簡短的故障原因說明。

（5）故障隔離程序：故障隔離部分應當包括故障確認檢查。故障隔離程序應當給出最終的糾正措施，如：航線可更換件（LRU）的更換或保養。專用的線路檢查還應包括電氣接頭的標識符和位置、觸點的標識符、參考的線路圖等。

任務支持資料：包括部件位置、原理圖等。

2.2 S1000D

S1000D是一項國際規范，由歐洲航宇及防務工業集團（ASD）和ASD各成員國的國防部共同擁有ASD、美國航空航天業協會（AIA）和美國航空運輸協會（ATA）共同管理。它規定如何創建、管理及維護航空航天和國防（A&D）業中的技術出版物。S1000D最大的特點是采用數據模塊技術創建技術文檔[5]，用數據模塊編碼區分和管理各個數據模塊，使得技術信息得到最大限度的重用和共享。S1000D也規定了故障隔離手冊需要涵蓋故障描述、解決故障的措施、安全提示等內容[3]。S1000D中的對于故障隔離程序的組織主要以問答的形式進行。

3 故障隔離編寫方法研究

3.1 故障分類

飛機故障隔離手冊需要涵蓋飛機在使用過程中所遇到的各種故障，根據ATA規范和S1000D規范以及某型號飛機涉及到的特點，在設計過程中編寫故障隔離手冊，則需要包括從以下幾類故障。

（1）通過機載維護系統（OMS）報告的故障信息，以下簡稱OMS故障信息；

（2）頂層及觀察到的故障，主要包含以下幾個子類：

1）發動機指示及機組告警系統（EICAS）顯示的故障信息，以下簡稱EICAS信息；

2）故障樹分析（FTA）頂事件；

3）功能危害性分析（FHA）分析及系統功能失效的故障；

4）故障模式及影響分析（FMEA）中的故障模式影響（直接影響、下一層級影響或者最終影響）也是頂層及觀察到的故障的來源；

5）系統運行或維護過程中預計會觀察到的故障；

6）客艙故障；

7）飛行日志或者維護日志中實際觀察到的故障。

3.2 編寫流程

根據一般的飛機設計過程和故障隔離手冊的編寫要求，故障隔離手冊的編寫流程如圖1所示。

由圖1可以看出，整個故障隔離手冊的編寫過程是隨著源數據狀態變化不停迭代的過程，其中的步驟并不是順序進行的，而是并行開展很多工作。

3.3 可維修項及維修任務清單

在編寫故障隔離程序之前，需要初步梳理可維修項和維修任務，可以在故障隔離手冊中確定排故的力度和故障排除的最終程序。一般來說，可維修項和維修任務清單來自于飛機維修手冊（AMM）和綜合后勤保障分析（LSA）中的維修任務（MTA）分析。但在實際設計過程中，這些文件一般在中后期輸出。鑒于FIM的編寫是一個不斷迭代的過程，因此在FIM手冊編寫的期初，需要根據已有的設計數據梳理出適于FIM手冊的可維修項及維修任務清單，并在后期根據更加豐富和完善的資料進行完善。主要梳理過程如下所示。

（1）根據SNS梳理：SNS中列出的部件及相應的拆裝任務是確定要納入該清單的項目，在表格中應加以標注；

（2）根據設計FMEA梳理：FMEA中的糾正措施一欄，可以進一步梳理出該系統的維修任務（注：部分系統的FMEA尚未完全整合成一個文件，因此應將供應商提供的所有FMEA源文件進行梳理）。梳理結果中，部分維修任務會涵蓋根據SNS梳理出的可維修項和維修任務清單。重復的則以SNS為準，比SNS梳理結果更細節的則以FMEA梳理結果為準，例如：SNS中可能沒有區分不同位置的部件，但FMEA中針對不同位置的部件都有獨立的維修任務，這時應以FMEA的結果為準；

（3）根據其他文件梳理：目前的SNS和FMEA均未涉及線束相關的維修任務，因此可以根據系統的描述文件、原理圖等文件（TBD），參考其他類似機型的資料，梳理出線束相關的維修任務；

（4）對照AMM手冊現有的DMRL清單、試飛相關的維護程序等對梳理結果進行修改、完善；

（5）與供應商、AMM團隊、維修工程分析團隊等對清單結果進行討論、修改、完善。

3.4 各類故障信息收集及排故程序編寫

根據各類故障信息的特點，其故障收集過程和排故程序也有所不同。

3.4.1 故障信息收集

OMS故障信息主要來源以下幾類工程設計文件。

（1）系統與OMS的EICD，這是OMS故障信息的主要來源，該文件中涉及的維護信息、與OMS之間的輸入輸出部分會包含OMS故障信息，有的故障信息甚至會包含故障發生的基本邏輯，這些信息對排故程序編寫有重要指導意義；

（2）FMEA：該文件中“給維護人員的指示”一欄可能涉及OMS故障信息；

（3）其他可能涉及OMS故障信息的文件；

頂層及觀察到的故障主要包括以下幾類，每一類故障都有特定的收集來源，見表1。

3.4.2 排故程序編寫

每一條故障信息都應該有特定的排故程序，類似的故障信息也可能共用一條排故程序。排故程序的內容一般包括以下內容。

（1）故障信息名稱及描述；

（2）可能的故障原因：需要根據故障信息的發生邏輯判斷故障發生的原因；

（3）故障原因排序：不同的故障原因需要根據該故障原因導致故障發生的可能性及維修成本進行排序，一般來說，故障原因導致故障發生可能性較高的、維修成本較低的故障原因優先排除，這樣可以達到高效排故的目的；

（4）初步評估：用于進一步確認故障是否存在、是否是虛警的程序，一般可能是PBIT、BIT、CBIT、系統啟動、目視檢查等；

（5）故障隔離程序：

1）確定排故順序后，需要根據每個故障原因編寫相應的排故順序；

2）排故過程中引用的維修任務參照“可維修項及維修任務清單”，若排故過程中發現“可維修項及維修任務清單”的內容不能滿足要求的，對清單進行修改完善。

3.4.3 排故程序編寫實例

本節將通過國內某民用型號研發過程中故障隔離手冊的編寫來探討故障隔離手冊內容編寫的方法。本節以OMS故障信息為例。

故障信息內容：APU Shutdown - Door Failed to Open。

故障信息描述：The APU door failed to open causing the APU not to start. When in door override mode， this shutdown is bypassed and is only a permissive for APU start。

（1）故障原因分析。

根據APU的設計和工作原理以及FMEA文件，可以得出該故障發生的可能原因如下：

1）Operational problem with the air inlet door

2）Inlet Door Actuator

3）ECU（Electronic Control Unit） problem

4）Wiring problem between the air Inlet Door Actuator and the electronic control unit

相關的FMEA分析片段如表2所示。

（2）故障流程圖。

根據故障原因及APU的維修要求，該故障的排故流程圖如圖2。

（3）排故程序。

基于排故流程圖及S1000D對故障隔離手冊的規范要求，該故障的排故程序如下。由于篇幅有限，以下僅以其中的片段為例說明排故程序的編寫。

3.5 故障隔離手冊驗證及跟蹤更改

手冊初步完成之后，或者階段性完成之后，可以進行初步的驗證，主要包括以表3三種驗證方式。

（1）通過維修工程分析的結果驗證，包括FMEA分析、TSA分析、MTA分析等。在進行排故程序編寫時，維修工程分析的這些工作尚未完善，尚無法作為排故類手冊編寫的有效輸入，因此手冊編寫工作與維修工程分析工作是并行開展的，待初步完成手冊時，維修工程這些分析工作將會有新的進展，可以作為手冊的驗證輸入，對手冊的完整性、準確性進行驗證；

（2）在試驗、試飛過程中收集故障條目，對手冊進行驗證、完善；

（3）手冊驗證過程中，需要根據驗證結果進行更改、完善。在飛機運行過程中，也要及時收集飛行日志、維護日志等，收集運行過程中出現的故障現象和排故措施，對手冊進行跟蹤完善。

4 結語

高質量的故障隔離手冊能夠有效提高飛機的運行效率，降低維護成本。不論采用哪種國際規范，故障隔離手冊的內容幾乎都類似。故障隔離手冊內容的編寫需要對飛機系統的設計原理深入了解，能夠預測到系統的運行狀況。民機設計過程中，為了保證飛機產品本身及運行產品的質量，設計團隊與運行支持團隊往往是兩個并行工作的團隊。因此，對于運行支持團隊來說，故障隔離手冊也是飛機持續適航文件中難度最大的手冊之一。該研究也是基于有限的經驗和數據的基礎上的初步探索，在故障原因分析、故障原因排序、排除故障等方面還需要更深入的研究，也需要根據飛機各個系統的特點豐富探索各種故障隔離排故程序內容的編寫。

參考文獻

[1] ATA，航空產品技術資料編寫規范（ATA Specification 100中文版）[S].中航301研究所，1986.

[2] ATA，e-Business Program， Information Standards for Aviation Maintenance （ATA 2200）[S].2014.

[3] ASD，International specification for technical publications （S1000D）[S].Issue 4.0，2008.

[4] 趙洪利，文星辰，郭慶.基于S1000D的飛機故障隔離手冊規范研究與應用[J].航空維修工程，2013（6）：86-89.

[5] 馮東云.S1000D下故障隔離信息的研究與實現[J].信息技術，2011（2）：44-48.