FRACAS在民用飛機運營階段的應用分析

馬彪

【摘 要】民用飛機的可靠性是安全性、經濟性的基礎，也是民用飛機的重要特性。故障報告、分析及糾正措施系統（FRACAS）作為最為重要的可靠性任務，在民用飛機的設計階段得到了廣泛的應用。將FRACAS擴展到民用飛機的運營階段，可以積累可靠性數據，改善固有可靠性，保證持續適航性，提高經濟性。本文的研究通過分析民用飛機運營階段所需要關注的故障和使用數據，明確故障分析的流程，研究在運營階段所能制定的糾正措施和實施過程，明確了FRACAS在民用飛機運營階段應用的可行性，提出了FRACAS在運營階段的工作任務。

【關鍵詞】故障報告、分析及糾正措施系統；FRACAS；可靠性；維修性；民用飛機

0 概述

故障報告、分析及糾正措施系統（Failure Reporting，Analysis and Corrective Action System， FRACAS）是一個故障報告閉環系統，其目的是及時報告產品的故障，并分析故障原因，制定和實施有效的糾正措施，以防止故障再現，改善其可靠性和維修性[1]。

根據美國可靠性分析中心（Reliability Analysis Center， RAC）1995年發布的有關可靠性工作任務的調查報告，FRACAS是最為重要的可靠性任務[2-3]。美國國防部1985年頒布了軍用標準MIL-STD-2155《故障報告、分析和糾正措施》，提出了FRACAS的概念，我國政府也在1990年頒布了GJB 841-1990《故障報告、分析和糾正措施系統》[1]。

大量的應用實踐證明，FRACAS不但是關鍵的可靠性任務，也是改善飛機維修性和降低其生命周期費用的有效手段[4]。世界上的各大飛機制造商和系統供應商不但建立了其FRACAS，并且還通過不斷研究努力提高FRACAS的效力。

1 研究現狀

民用飛機的全壽命周期可以分為設計階段和運營階段兩個階段。在設計階段，制造商通過可靠性設計與分析，保證產品設計的固有可靠性。并且通過FRACAS對設計、生產、試驗和試飛中出現的故障進行閉環歸零處理，提高飛機的可靠性。在運營階段，運營商通過使用飛機，并按照制造商提供的維修大綱（MRBR，Maintenance Review Board Report）和維修計劃文件（MPD，Maintenance Planning Document）制定維修方案，對飛機進行維護工作，以保證民用飛機的持續適航性。

傳統的FRACAS定義主要應用于民用飛機的設計階段，不能有效地為民用飛機的運營階段提供支持。造成該現象的原因與傳統的FRACAS糾正措施有關。傳統的FRACAS針對重大故障通常采取的糾正措施包括：在制造中實行新的控制方法，設計更改、工藝或材料的更改，更換一個滿足使用要求的較好的元器件等[1]。在民用飛機的運營階段，飛機的設計已經定型，設計更改難度更大，成本更高，導致了傳統的FRACAS在民用飛機運營階段難以實施。

各大航空制造商已經嘗試將FRACAS的工作擴展到民用飛機運營過程中。如波音公司（Boeing）有一套完整的體系，采用設備可靠性調查報告的形式，及時發現機隊可靠性中的薄弱環節，采取相應的糾正措施。龐巴迪（Bombardier）公司為其FRACAS增加了EDSE（Electronic Data Standard Exchange），使制造商、供應商和航空公司可在線交換產品的可靠性數據。通過FRACAS的工作，到2000年左右龐巴迪的Dash8系列飛機A、C檢時間間隔增加了20%，起落架首翻期增加了5000起落，降低了31%的起落架總維護費用[5]。

我國的民用航空脫胎于軍事工業，對FRACAS的研究也方興未艾，在FRACAS的概念和應用上，停留在針對生產、試驗、試飛中的重大故障進行閉環控制的傳統概念上。如何將FRACAS的運用擴展到民用飛機的運營階段，是國內民用航空工業需要研究的問題。

2 FRACAS在民用飛機運營階段的應用分析

2.1 民用飛機運營階段工作特點

從現代民用航空工業的發展趨勢來看，各大航空制造商將盈利的模式從傳統的銷售模式轉為服務模式，降低飛機的售價，而更多依賴服務獲取利潤[4]。同時，隨著大型民用飛機的不斷復雜化和科技化，其維護和維修成本不斷增加，占其全壽命周期成本的15%-20%[6]。對于運營商而言，維修成本僅次于購機費用，占到了其直接運營成本的20%以上[7]。因此，降低民用飛機的維護和維修費用是航空制造商的服務重點，是提高民用飛機市場競爭力的重要途徑，也是運營階段的重要工作。

降低飛機的維護費用可以通過提高飛機的固有可靠性和制定合理的維修方案兩個方面實施。

優秀的可靠性設計是民用飛機固有可靠性的保障。在可靠性設計過程中利用3F（FMECA、FTA和FRACAS）中的故障模式、影響及危害度分析（FMECA，Failure Mode Effects and Criticality Analysis）和故障樹分析（FTA，Fault Tree Analysis）盡可能提高飛機的固有可靠性。在民用飛機的設計、生產和試驗試飛中通過FRACAS收集故障，制定并實施糾正措施，從而提高民用飛機的可靠性。

運營商的維修方案根據MRBR和MPD的數據和要求而制定，是保證飛機持續適航的具體措施[8]。MRBR、MPD和維修方案是一個動態管理的過程。除了運營商基于其運營的具體情況（如運營類型、飛行任務、備件和維修水平等）而對維修方案進行權衡以外，主制造商也會對MRBR和MPD進行修改。如空客公司（Airbus）為其型號飛機所制定的初始維修大綱適用于該型號的所有飛機，在積累了一定的故障和維修經驗后，對該大綱進行修改，以幫助用戶減少維修費用，最終根據用戶的使用需求、維修方案、具體的維修資源進行維修大綱的剪裁，使得維修活動的安排最優化[9]。

2.2 民用飛機運營階段的FRACAS運用

無論是保證飛機的固有可靠性還是制定合理的維修方案，都依賴大量的故障數據積累和對故障機理和規律的充分理解。實施FRACAS，并將其擴展到設計、生產、試驗試飛和運營的全壽命周期中，能夠充分收集和積累故障數據，改善民用飛機的固有可靠性，并可以有效支持MRBR、MPD和維修方案的修改完善。其具體作用可以體現在以下幾個方面：

a）通過FRACAS對故障實施閉環控制，有效地提高產品的可靠性。將FRACAS擴展到全壽命周期中，可以對運營中暴露的可靠性問題進行分析并制定糾正措施，從而進一步提高飛機的可靠性；

b）通過FRACAS可以收集并積累大量的故障數據，為飛機改型和新研飛機提供數據支持[10][11]。在民用飛機的設計過程，可靠性數據來源包括標準和手冊數據、外場數據和經驗數據。將FRACAS在民用飛機全壽命周期中部署實施，可以收集并積累大量故障數據，長期積累可靠性數據；

c）通過FRACAS收集故障信息以更新FMECA的結果。FMECA為FRACAS評審發生的故障提供了依據，而FRACAS又可為評價FMECA的完整性和準確性提供信息[1]，從而為故障分析和維修性設計提供了一定的依據；

d）通過FRACAS的故障及使用數據收集和分析，可以支持維修方案的優化。MRBR、 MPD維修方案的修改依賴于大量的故障和維修經驗。隨著電子維修手冊等先進維修手段的應用，MRBR、MPD和維修方案的調整將得以更快地應用[6][11]，對于減少維護費用、提高民用飛機維修性和經濟性有更重要的作用。通過FRACAS收集民用飛機全壽命周期中的故障和維修數據，尤其是運營階段的使用數據，也對于MRBR和MPD的修改起到了重要的推動作用和參考價值。

3 總結

通過對FRACAS在民用飛機運營階段的應用研究表明，通過擴展工作流程將FRACAS延伸到民用飛機運營階段是必要的也是可行的。在民用飛機運營階段，FRACAS可以通過糾正重大故障以提高飛機的固有可靠性，通過改進維修方案、MRBR和MPD以保障飛機的可靠性，對民用航空的可靠性、維修性和經濟性都有著十分重要的意義。

將FRACAS應用在民用飛機全壽命周期中，可以積累大量故障數據，改善民用飛機固有可靠性，保證民用飛機持續適航性，降低維護成本，提高經濟性，對航空制造商和運營商都有著積極的意義。

【參考文獻】

[1]GJB 841-1990，故障報告、分析和糾正措施系統[S].

[2]Michael Ciemian.Increasing the Effectiveness of FRACAS，AAI Corporation

[3]Criscimagna，N，N.Fuqua，and PHetheringtion.Benchmarking of Commercial Reliability and Maintainability Practices[R].Reliability Analysis Center，1995.

[4]劉佳.面向商用飛機生命周期的FRACAS研究[R].中國航空學會2007年學術年會，2007.

[5]Bombardier Aerospace. Bormbardier EDSE selected as world standard[J]. Bombardier Aerospace Regional Aircraft Regional Update，2000，13（20）：7.

[6]劉春紅，王華偉.大型客機維修成本優化研究[J].飛機設計，2010 Vol.30 No.2.

[7]于新才，王娟.中美航空公司成本結構比較研究[J].民航經濟與技術，2000，225（9）：33-35.

[8]吳興旺.民航飛機維修管理思想介紹及其對其他工業領域的啟示[J].管理工程，2012：326-331.

[9]重點型號可靠性維修性保障性工程管理[G].裝備部重點型號部.

[10]歐陽健.基于工作流的商用飛機FRACAS的研究與實現[D].南京航空航天大學，2010.

[11]劉毅，劉佳，吳海橋.面向民用飛機生命周期的RMS工程關鍵技術[R].中國航空學會2007年學術年會，2007.

[責任編輯：朱麗娜]