基于直升機人—機—環境系統可靠性設計準則的應用研究

李春秀　陳圣斌

摘? 要：該文基于以往的直升機型號可靠性設計的經驗教訓，提出了直升機人—機—環境系統設計準則的編寫程序，并對其應用進行了研究。其目的是試圖通過引入直升機型號可靠性設計中“人的因素”和“環境因素”，并以此為基礎分析其對直升機可靠性的影響，以期拓展直升機可靠性設計準則的范圍和內容，將直升機人—機—環境系統可靠性要求轉化為可靠性設計措施。

關鍵詞：人—機—環境系統;直升機;設計準則

中圖分類號：V21? ? 文獻標志碼：A

0 概述

由于以往直升機型號可靠性設計準則中缺少對“人對直升機”、“環境對直升機”等因素的考慮，導致在型號研制階段直升機型號可靠性設計評審中缺少全面的檢查、驗證和審定的依據文件，提高了直升機型號研制風險。

因此該文基于《直升機人—機—環境系統可靠性設計準則編寫的研究》，并根據以往直升機型號可靠性設計的經驗和教訓，首先提出了直升機人—機—環境系統可靠性設計準則的編寫程序，然后討論了直升機人—機—環境系統可靠性設計準則的基本內容。最后，研究了型號設計中直升機人—機—環境系統可靠性設計準則的具體實施方法。

該文試圖通過引入型號可靠性設計要素 “人的因素”和“環境因素”，分析其對直升機型號可靠性設計的影響，并將這2種影響直升機可靠性設計的因素納入直升機可靠性設計準則的范圍中，以期可以將完善后的直升機人—機—環境系統可靠性要求轉化為直升機型號可靠性設計的具體執行措施，從而提高直升機型號可靠性設計指標。

1 可靠性設計準則的編寫程序

根據以往直升機型號可靠性設計的經驗和教訓，該文提出如圖1所示的直升機型號可靠性設計準則編寫程序的要求，。

（1）直升機型號可靠性設計內容和要求必須完整全面，涵蓋直升機型號設計中各類預期可靠性因素。

（2） 可靠性設計準則中各條款內容對型號可靠性設計具有適用性和實用性，便于實施和執行。

（3） 必須考慮可靠性設計準則中各條款內容對型號可靠性設計預計代價，以及具體實施時給設計員帶來的工作負擔等。

（4） 需考慮可靠性設計準則中各條款和內容在直升機型號設計中的介入時機和介入方式等。

2 可靠性設計準則的內容

直升機人—機—環境系統可靠性設計準則主要包括3個部分內容。

（1） 人—機系統的可靠性設計準則。

（2）直升機和系統可靠性設計準則。

（3） 機—環境系統的可靠性設計準則。

其中，根據從20世紀90年代至今20多年的直升機型號可靠性的研制經驗，已經形成了比較完善的直升機和系統的可靠性設計準則，這些準則對直升機可靠性設計起了較大的促進作用。但目前直升機型號可靠性設計中仍缺乏對“人—機系統的可靠性設計準則”和“機—環境系統的可靠性設計準則”的考慮，導致直升機型號研制過程中相關可靠性設計問題重復出現，嚴重影響了直升機型號的研制進度。因此，就直升機人—機—環境系統的可靠性設計準則而言，應致力于對“人—機系統的可靠性設計準則”和“機—環境系統的可靠性設計準則”這2個部分的要求和內容進行研究。

2.1 人—機系統可靠性設計準則

人—機系統可靠性設計準則，主要是規范人—機接口的可靠性設計要求。

其中一般要求包括標準化、功能分配、人—機接口設計、故障或失效的安全設計、簡化設計、相互作用、安全性、耐火性、 核生化環境下的生存性設計、 電沖擊防護設計、自動化等。

詳細要求包括控制—顯示一體化、目視顯示器、音響告警、控制器、標識、結構相容性、座艙設計、環境、使用與維修、危險與安全性、人與計算機接口、減少維修差錯設計等。

2.2 機—環境系統可靠性設計準則

該文中的機—環境系統可靠性設計要求是指直升機在空域環境或機外環境中的可靠性和安全性要求。其中環境是指大氣環境中的雷電/高強度輻射場、地形地貌、電線電纜、鳥撞、外來物等。因此這一準則包括防雷電/高強度輻射場設計、防高壓電纜設計、防鳥撞設計、防可控飛行撞地設計、防核防生化污染設計等。

3 可靠性設計準則的貫徹實施

可靠性設計準則是型號設計的強制性的設計規范。20世紀90年代至今的20年以上的多個型號的設計中，雖然都強調可靠性設計的重要性，但執行的效果卻不盡如人意。準則中強調防差錯設計，但是實際工作中，會經常出現左、右腳蹬反接;左、右航向助力器反接;水平尾翼前后倒裝;上天線連接饋線與下天線連接饋線反接等低級錯誤。凡此種問題中除了可靠性設計準則存在 “工程化、具體化、實用化”的問題，使設計人員難以實施之外，還存在可靠性設計方法的問題，即設計人員在圖樣設計中沒有嚴格按照國軍標（GJB181，GJB150等）程序要求中的相應條款進行設計，而是在圖樣設計完成之后，對照設計準則進行符合性檢查與分析，這樣的結果是可靠性設計與圖樣的性能設計脫節，使可靠性設計變成了事后工作，顯然效果有限。可靠性設計變成了一種被動的工作，不能對系統性能進行綜合考慮。

為此，該文提出了以下工作思路，以便將可靠性設計準則的貫徹實施作為直升機型號設計過程中重點考慮部分：

第一步，對可靠性設計準則的相應條款與要求進行分析，梳理出具體的設計措施。

第二步，將可靠性設計措施融入圖樣設計中。

第三步，按設計準則進行符合性分析、檢查和評估。

3.1 可靠性設計準則的分析

可靠性設計工作最重要的是將可靠性設計準則作為型號設計規范的一部分，在設計中嚴格按照可靠性設計準則要求貫徹實施。其中最重要的是將準則中的可靠性要求轉化為圖樣設計的具體設計措施，為此，應按以下要求完成可靠性設計準則的分析工作。

1）設計人員應加深對可靠性設計準則中相應條款內容及要求的理解。

2）將設計準則的要求，以提問的方式進行逐一分析，對發現的問題，按準則要求，提出設計措施。

人—機系統設計準則中的防差錯設計可按圖2的程序進行分析，以找到相應的設計措施。

3.2 可靠性設計要求轉化和實施

以直升機水平尾冀連接防差錯設計為例進行分析，為防止水平尾翼的前后錯接或錯位連接可以采取的方法有：1）增加定位銷設計;2）水平尾翼與尾段的連接采用不同孔徑的安裝螺栓;3）不同的安裝尺寸。

為了檢查與評估可靠性設計準則在圖樣設計中貫徹實施情況，該文梳理了表1系統可靠性設計準則符合性分析要素，系統可按表1的模式對可靠性設計準則的相應條款進行符合性分析。

表1 系統可靠性設計準則符合性分析

準則條款編號 可靠性設計準則條款內容 采取的設計措施

在以往的直升機型號設計中，也曾嘗試按照表1的模式進行可靠性設計準則符合性分析。但從所做的可靠性設計準則符合性分析報告來看，主要存在下列問題：1）分析過于簡單，只描述實施結果，缺乏符合性核查環節;2）大多數系統可靠性設計，缺乏符合性核查過程記錄;3）可靠性設計未考慮后續可實施性和成本。

因此在進行直升機型號可靠性設計過程中，應嚴格按照設計準則中的要求對系統進行可靠性性能、可靠性設計使用費用和可靠性實施方案的分析，需綜合考慮各項要素，并選擇合適的設計和驗證方案;保留好可靠性設計和分析過程記錄，以確保可以為后續直升機型號可靠性設計方案和符合性的核查提供支撐。

4 結論

通過上面的研究分析可以得出。直升機型號可靠性設計準則的內容，必須涵蓋直升機型號本身的設計要求;充分考慮“人的因素”及“外部環境條件”直升機安全性、可靠性的影響。在直升機可靠性設計準則的貫徹實施過程中，不僅要進行可靠性符合性的檢查、分析，找出未能滿足要求的設計缺陷/差錯，最重要的是要對條款內容進行分析，找出相應的設計措施，并將設計措施轉化為圖樣設計。

參考文獻

[1]陳圣斌， 郝宗敏.直升機性能與RMS綜合設計的研究[J].直升機技術， 2006（4）：23-29.

[2]陳圣斌，周曉光，曾曼成.可靠性設計分析、評估準則的編制與應用研究[J].直升機技術，2010（12）：6-10.