民用飛機簽派可靠度分配方法研究

張凡

【摘 要】簽派可靠度是表征民機可靠性的頂層參數，是國際民航運輸行業衡量機隊/飛機運營效率的最重要的參數之一，對保證飛機安全運行、經濟運營、持續適航具有重要的意義。根據基于簽派可靠度的可靠性設計分析工作流程，研究設計階段簽派可靠度指標的分配準則和分配方法及詳細的分配步驟。

【關鍵詞】可靠性；簽派可靠度；簽派中斷率；分配和預計

【Abstract】Dispatch reliability is the top-level parameter of civil aircraft reliability and is the most important parameter of evaluating fleet/aircraft operation efficiency for international civil aviation transportation industry. Dispatch reliability is of great significance to guarantee safety operation， economy management and continued airworthiness for civil aircraft. In this paper， dispatch reliability allocation criteria， allocation model and detailed allocation tasks during design phase are researched according to dispatch reliability analysis workflow.

【Key words】Reliability； Dispatch reliability； Dispatch interruption rate； Allocation and Prediction

簽派可靠度的高低，即航班的正點率水平，直接影響到型號運營的經濟性，也在很大程度上受飛機自身設計的影響，因此在民機研制階段，須對簽派可靠度進行深入的分析、合理的分配、準確的預計，并進行充分的驗證[1]。目前，我國民用飛機簽派可靠度往往是航空公司的一個定期運營統計值，但在民用飛機研制階段，對簽派可靠度水平缺乏有效成熟的評估方法。本文提出了民用飛機設計階段的簽派可靠度設計工作流程，并在其基礎上研究指標分配方法，為后續簽派可靠度準確預計和驗證提供指標基礎，有利于采取設計改進措施，提高可靠性水平，保證民用飛機的經濟性和商業成功。

1 定義

簽派可靠度：沒有延誤（技術原因）或撤銷航班（技術原因）而營運離站的百分數[1]。

在數值上，簽派可靠度=1—簽派中斷率。

簽派中斷率是在規定的日歷時間內（或規定的累計商務離站次數內），因技術原因的延誤及航班撤銷總次數除以商務離站總次數。

2 基于簽派可靠度的可靠性設計工作流程

根據ARP4754A，民用飛機研制過程主要由要求捕獲（即指標論證和確定）、要求確認和要求驗證等三部分工作內容。基于簽派可靠度的可靠性設計過程同樣由這三部分工作內容組成[2]。

2.1 指標論證及確定

在民用飛機項目可行性論證階段，根據相似產品的經驗，考慮新研產品的特點，進行相似性（含差異性）分析、可靠性與經濟性權衡分析等，并確定新研飛機的整機級簽派可靠度設計定量要求。相似性（含差異性）分析主要包括技術相似性分析、運行剖面技術相似性分析、用戶需求、相似機型運營統計數據分析等。

2.2 指標確認

簽派可靠度的指標確認主要包括簽派可靠度要求的分配和預計。簽派可靠度要求分為影響簽派可靠度的失效狀態概率要求以及按照ATA章節分配的全機全系統簽派中斷率要求。

根據簽派可靠度要求不同，包括簽派可靠度的功能失效分析以及簽派中斷率分析兩部分內容。其中功能失效分析與系統安全性評估工作結合進行，均采用ARP4761中建議的功能危險性評估 - 初步系統安全性評估評估方法，對失效狀態的可靠性要求通過上述評估方法分配到整機級、系統以及設備級。簽派中斷率分析包括簽派中斷率分配和預計過程[3]。

2.3 指標驗證

可靠性指標驗證方法分為分析驗證和試驗驗證。由于簽派可靠度是可用性指標，是統計性指標，故在設計階段無法對簽派可靠度進行驗證。簽派可靠度驗證工作只能在民機的實際運營過程中，根據運營數據統計方法進行統計驗證。但在民機設計階段至飛機交付之前，可以對與簽派可靠度相關的設計參數進行驗證，即基本可靠性（失效率/故障率）——組件（LRU）故障率進行驗證，其驗證對象主要是LRU或設備進行驗證，驗證方法包括分析與試驗驗證。

3 簽派可靠度分配方法

根據上述基于簽派可靠度的可靠性設計流程，簽派可靠度指標確認即分配和預計尤為重要，通過對飛機的簽派可靠度進行分配和預計，可以定量地得出影響飛機整體簽派可靠度水平的系統、子系統和LRU設備，在保證飛機安全性的基礎上合理調整飛機的構型，以提高飛機的簽派可靠度水平。由于簽派可靠度分配是目前國內民用飛機簽派可靠度設計的薄弱環節，因此本文重點關注簽派可靠度分配工作，提出簽派可靠度分配的流程和詳細工作。

可靠度分配是將頂層目標（即整機級簽派可靠度指標）分配到飛機系統和功能/設備。根據系統和組件失效對飛機簽派可靠度事件有關系的可靠性參數的貢獻比，將可靠性要求分配到飛機系統和組件。因此簽派可靠度分配是一個自上而下的過程，主要分為3大步驟，分別為飛機級（步驟1）、系統級（步驟2）和功能級（步驟3）。

3.1 簽派可靠度分配模型和分配標準

簽派可靠度的分配基于包含分配標準的分配模型，針對步驟1、步驟2和步驟3的分配模型可能不同，但都是嚴格地基于相同的邏輯建立的。在步驟2和3中要對系統和功能/設備的可靠性影響進行權衡來確定分配準則和整個分配模型，因此分配標準中需要考慮以下4個因素：運營（飛行循環影響、關于簽派事件的失效影響等級、ETOPS等）；工程（技術復雜性、科技成熟度、環境條件等）；維修（MEL清單等）；LRU（主要與ETOPS、不利的環境、成本等相關的）。

簽派可靠度分配模型包括等分配模型和分級模型。其中，等分配模型：根據飛機架構，在給定的N-層級的每個系統/子系統/功能將會得到上一層級（N+1層）的部分可靠性目標。數學分配僅僅基于N-層級系統/子系統/功能的數量。分配給所有N-層級的部件的可靠性目標都是相同的。而分級模型與等分配模型相反，分級分配模型中會引入運營、技術、科技、環境等詳細因素，能更好地權衡飛機系統和功能之間的可靠性指標分配，因此，得到的簽派可靠度指標也更準確和可行。分配模型中的每個分配標準都將影響可靠性要求的分配，分配標準主要考慮兩大因素：一是，運營關鍵度（也就是系統/功能的功能失效對簽派事件的影響）；二是，系統/功能的技術、科技、維修性等方面的關鍵度，分配標準在指標分配中以權重和百分比的形式表示，其和為100%。

3.2 簽派可靠度分配詳細工作

在飛機級，也就是步驟1，這部分工作的目的是將整機級目標分解到可執行層級以便讓設計團隊進行后續工作，因此要為分配標準設定相關的并具有代表性的值。步驟1包含兩種互相補充的方法，它們分別在初期階段和后期階段進行。在初期階段，采用相似飛機/設備的運營經驗，也就是機隊數據評估；在后期階段，通過FMEA/FMES分析得到可執行層級的失效率。

在系統級，也就是步驟2，使用設計相似性因素進行指標分配。對于任何衍生型飛機，假如系統的構架和技術沒有很大的改變的話，可以使用相似機型的運營數據確定新研飛機的可靠性目標（如設備MTBUR 等）以及使用轉化因子。

在功能級，也就是步驟3，對于衍生型飛機，如果系統的架構和技術沒有很多改變，這樣就可以通過使用運營數據中的系統相似性分析的方法來完成功能/設備級簽派可靠度目標的分解。對于新設計飛機或使用新技術的系統，在概念/初步設計階段應完成構架分析（如故障樹或馬爾可夫模型），分配失效率到那些能夠導致運營中斷、非計劃拆換或讓機組有所行動的組件的失效模式，并確定與故障探測和可達性相關的要求。

4 結束語

本文提出了民用飛機設計階段的簽派可靠度可靠性設計工作流程，介紹了各部分的簽派可靠度設計工作，重點關注簽派可靠度指標分配這一國內民用飛機簽派可靠度設計的薄弱環節，提出了分配模型和分配標準以及詳細的分配步驟，為后續簽派可靠度指標預計和驗證提供基礎，有利于調整飛機實際構型和方案，提高飛機整體的簽派可靠度水平和經濟性。

【參考文獻】

[1]蔡蔚榮.民用飛機可靠性指標預計方法研究[J].科技視界，2015（13）：96.

[2]SAE ARP 4754A Guidelines for Development of Civil Aircraft and Systems[S].

[3]SAE ARP 4761 Guidelines and Methods for Conducting the Safety Assessment Process on Civil Airborne Systems and Equipment[S].

[責任編輯：楊玉潔]