軍用飛機開展可靠性工作的工程方法研究

姬長法

（中航工業洪都飛機設計研究所，江西 南昌 330024）

隨著航空科技的發展，在現代軍用飛機設計中，可靠性已經成為與性能同等重要的設計要求，它對飛機的作戰能力、生存力、部署機動能力、維修人力和使用保障費用等都有著重要的影響作用。可靠性也已經發展為包括可靠性、維修性、測試性、保障性和安全性等門類的綜合學科[1]。

飛機的固有可靠性高意味著在飛機使用壽命當中的失效次數最低；固有的維修性好決定了能更簡便、經濟地進行飛機系統修理。兩者都能顯著降低系統的使用費用；任務可靠性是確定系統效能的關鍵因素；系統的戰備完好性在很大程度上又是由該系統的可靠性和維修性特征決定的；可靠性與安全性是緊密相關的，更可靠的系統通常也是更安全的系統；武器系統更可靠、更有效，則有利于減少采辦量。總之，可靠性是實現裝備更高戰備完好性和經濟可承受性總目標的一個關鍵因素[2]。

1 軍用飛機設計中開展可靠性工作存在的主要問題

1.1 可靠性認識問題

對提高產品可靠性的重要性和可靠性工作的艱巨性認識不足，“重性能、輕可靠性”的思想觀念根深蒂固。如果時間緊，設計任務重，可靠性就會處于被忽略狀態，產品的可靠性設計就無從談起。

1.2 可靠性技術問題

可靠性設計、分析工作沒有真正抓實，可靠性設計與性能設計不同步，“兩張皮”的現象普遍存在，嚴重影響可靠性工作效果。

可靠性大綱和可靠性工作流于形式，沒有真正在提高產品的可靠性上狠下功夫。可靠性設計工作與性能設計不同步，影響可靠性設計分析的效果。

設計人員對產品可能發生的故障模式分析不全，對故障原因和后果分析不透，也沒有采取相應的改進補償措施；用于工藝設計改進的過程FMEA工作基本沒有進行。

可靠性研制試驗或增長試驗不充分；非電產品的可靠性研制試驗技術沒有真正給予研究重視。

1.3 管理問題

型號質量師系統、可靠性工作系統對可靠性的工作職責不夠明確，各專業沒有設立專職的或兼職的可靠性設計人員。

型號總體單位沒有明確履行“抓總”的職責。對總體應負的質量責任認識不足，對型號的質量與可靠性工作的總體策劃工作做得不夠。對配套產品的可靠性工作監督檢查不力，也很難對配套單位進行協調與監控。

2 軍用飛機開展可靠性工作的工程方法

2.1 建立健全型號可靠性工作系統是開展可靠性工作的有力保障

針對可靠性工作中存在的問題，首先要建立完善的可靠性工作系統，由型號行政總指揮、總設計師或副總指揮、副總設計師中的一人擔任可靠性工作系統的負責人，可靠性工作系統由可靠性專業人員、產品設計師、計劃管理部門人員、質量保證部門人員等組成，有的型號可靠性工作系統還邀請軍方代表參加，根據所承擔研制的產品層次和專業的分工，可任命若干名可靠性主任設計師和主管設計師。其次，總師系統必須深刻認識到可靠性工作的重要性，總體協調、計劃和監督，確保可靠性工作系統順暢運行，正確處理可靠性工作系統與質量師系統之間的關系、可靠性專職人員與設計人員之間的關系。加強專業設計人員可靠性技術培訓[3]。

建立、健全型號可靠性工作組織機構，認真落實可靠性工作責任制，做好型號可靠性工作是實現訂購方提出的可靠性要求的重要保證。

圖1是某型號可靠性工作系統組成的一個示例。

圖1 某型號可靠性工作系統組成示例

2.2 可靠性預計與分配是可靠性工作的基礎[4]

可靠性預計、分配是產品可靠性指標得以實現的基本保證，開展可靠性預計和分配工作，是確保設計、生產具備規定可靠性指標產品的指導性和基礎性工作。首先將產品的可靠性指標自上而下逐級地分配到產品的各個層次，借此落實相應層次的可靠性要求，并使整體與部分之間的可靠性相互協調。盡量做到既避免出現薄弱環節又避免局部“質量過剩”而帶來浪費。

可靠性預計是一個由局部到整體、由小到大的綜合過程，自下而上地預計產品各層次的可靠性參數，判斷各層次設計是否滿足分配的可靠性指標。只有各層次的可靠性分別達到分配的要求，才能保證產品可靠性指標得以實現。對未達到分配指標要求的設計，則能發現其可靠性薄弱環節、設計上的隱患并提供選擇糾正措施的依據。

2.3 FMEA工作是可靠性工作的關鍵

FMEA 是可靠性維修性設計分析中一項非常重要的基礎工作。它要求設計人員在產品研制的不同階段，選擇適當的FMEA方法，找出所有可能的故障模式，提出設計、工藝等方面的補償措施，落實到設計圖紙和技術文件中，并隨著研制工作的進展不斷深化。對產品進行FMEA的主要目的是提高其可靠性和維修性水平。過去，設計人員習慣于依靠自己的經驗和知識來判斷故障對系統所產生的影響，這種判斷依賴于人的知識水平和工作經驗，FMEA是一種系統的、全面的、標準化的分析方法，力圖將導致嚴重后果的單點故障模式消滅在設計階段，同時對不可避免的故障能夠迅速檢測定位，用良好的維修性彌補故障帶來的影響。目前FMEA在許多民用領域被明確規定為設計人員必須掌握的技術，是找出設計上潛在缺陷的主要手段。現階段，軍機研制過程中FMEA工作還存在不足，首先各個單位應建立自己產品的故障模式庫，積累經驗和數據，并不斷完善。其次，FMEA工作應與其他可靠性工作協調起來。最后，FMEA工作要實施動態管理，反復迭代，隨設計不斷完善。

2.4 加強元器件質量與可靠性控制

飛機的每個系統是由基礎產品即由各種元器件、零部件組成的。由于它們的數量、品種眾多，所以他們的性能、可靠性、費用等參數對整個系統及飛機的性能、可靠性、壽命周期費用等影響非常大。因此必須在研制的初期就開始對元器件、零部件的應用、選擇、控制予以重視。必須嚴格控制元器件、零部件種類，保持元器件的品種最少，并最大限度地使用標準件，從而從根本上降低飛機的保障費用和壽命周期費用。

目前在工程上比較切實可行的措施有：制訂型號元器件優選目錄，超目錄選用要嚴格按技術責任制進行審批，不能失控；控制進口元器件的品種數量，進口元器件要有可靠的進口渠道；元器件必須百分之百的進行復驗和二次篩選，未經復驗和二次篩選不得裝機；對關鍵元器件要進行破壞性物理分析（DPA）；產品必須進行合理的降額設計和熱設計。

2.5 實施軟件可靠性工程

軟件是型號配套產品，應納入型號研制計劃和產品配套表進行監督與管理。軟件開發單位應制訂并貫徹型號軟件可靠性、安全性設計準則，開展軟件可靠性、安全性設計。關鍵軟件要進行防錯、糾錯、容錯、檢錯及故障恢復設計。實施軟件可靠性測評和管理。

實施軟件的工程化管理，確保軟件的安全、可靠，在設計過程中需注意：確保軟件開發階段劃分合理，并且軟件實現階段與其前、后階段的工作不是由同一個人員負責完成；明確各階段的產品要求，并且一定要及時加以驗證，確保文檔的及時性、一致性和追溯性；加強內部評審和評審檢查單的制定，確保評審的有效性；對經評審通過的階段產品加以控制，使之不可能被隨意更改；要十分重視軟件測試，不僅軟件開發者自己必須測試，而且還需要進行獨立的第三方測試。

2.6 注重開展可靠性和環境試驗及可靠性試驗的評價工作

環境應力篩選試驗是排除早期故障，使產品恢復到固有可靠性水平的手段。它通過將適度的環境應力作用于元器件、插板、組合和整機，把元器件工藝缺陷激發出來，并給予更換或改進。從而使產品的可靠性得到保持或提高。

試驗本身是不能提高產品可靠性，只有采取能防止在使用期間重復發生故障的改進措施之后，才能提高可靠性。因此環境應力篩選和環境試驗項目的確定、試驗大綱的編制必須到位，防止試驗進行的不充分，或是試驗完成后才發現試驗項目不夠合理的情況發生，真正使試驗起到作用。除此之外，還要有針對性的開展可靠性增長試驗，暴露產品的薄弱環節，并證明改進措施能防止薄弱環節再現，即證明改進的有效性。

可靠性試驗的評價工作是利用研制各階段的試驗數據進行產品可靠性評定與數據分析，以驗證試驗的有效性，掌握產品可靠性增長的情況，并作為研制轉階段的重要依據。

2.7 積極推進測試性設計

現代軍用飛機系統變得日益復雜，高代價、高效能、信息戰、C3I/C4I作戰指揮控制系統等使用效果的提高和保障，必須依靠測試性設計技術確保正常、有效的發揮其作戰效能，確保其較高的戰備完好性及任務成功概率。可靠性高的軍用飛機能減少對維修人員和備件的需求, 但裝備存在著發生故障的可能, 高水平的維修性意味著裝備即使出現故障, 也能夠迅速、容易地就地得到維修, 并迅速恢復作戰狀態。在FMEA的基礎上開展測試性設計，針對故障研究測試對策和維修方案，提高武器系統檢測的自動化程度，以縮短故障定位時間，確保測試性指標的實現，最終達到提高軍用飛機維修性水平。而提高各分系統功能檢測的獨立性，便于各分系統的研制、調試。減少對外部測試設備的依賴，滿足現場維護的要求。簡化操作程序，以降低對戰勤人員的要求等，這些都應該是設計人員時刻考慮和研究的問題。

2.8 大力開展保障性工作

保障性是軍用飛機重要的質量特性，包含3個方面的內容，一是與保障有關的設計特性（如可靠性、維修性、測試性等）；二是保障資源；三是上述二者匹配協調滿足戰備完好性要求的能力。因此，產品研制初期就必須全面開展保障性設計，在產品的全壽命期內實現產品的好用，好保障，全壽命周期費用最經濟。保證研制出的裝備具有能持續完成作戰與訓練任務的能力是裝備研制的目的[5]。

目前，還有許多現役軍用飛機發生故障后，由于維修作業不夠規范，綜合保障不到位，用戶不具備維修能力，研制單位在用戶報故障后，派出具有維修經驗的設計人員趕到現場，但是在終于將故障定位后，又發現沒有現成的備件，有時甚至需要到批生產調試現場拆設備去維修用戶的飛機。這種情況的發生說明沒有把維修保障工作做好，首先是設計時就缺乏維修性和保障性的考慮，因此在型號研制過程中要特別加以重視。用戶迫切需要有完備的綜合保障能力，在以用戶為主導的飛機綜合保障工作中，研制單位要利用現有條件，結合實際情況，積極開展綜合保障工作，全面考慮保障問題，使保障影響設計，并在軍用飛機部署使用的同時，以最低費用提供與飛機相互匹配的保障資源，開展飛機的保障性設計，確定使用保障和維修保障方案，規劃保障資源，確保軍用飛機在壽命期內具有最低的使用費用。

2.9 認真開展可靠性評審工作

可靠性評審屬于設計評審的一部分，分為可靠性設計評審和工作計劃評審。可靠性評審的目的是及時組織非直接參與型號設計的專家，幫助總設計師系統發現設計缺陷，加速設計成熟，降低決策風險，以保證在研型號達到規定的可靠性、維修性要求和完成綜合保障工作項目。

對每次評審提出的技術問題進行歸零，并貫徹“定位準確、機理清楚、問題復現、措施有效、舉一反三”的原則，使型號研制中出現的問題真正做到“舉一反三”，提高型號的設計質量和可靠性水平。

2.10 有效運行故障報告、分析與糾正措施系統（FRACAS）

建立FRACAS（故障報告、分析與糾正措施系統）的目的是為了確保飛機在研制過程和使用中的所有故障能及時報告，徹底查清，正確糾正，防止再現，從而實現產品的可靠性增長，以保證達到并保持產品的可靠性和維修性水平。可靠性工作的主要任務就是與故障作“斗爭”，控制故障發生的概率，糾正已經發生的故障。建立FRACAS就是要通過對整個故障報告、分析和糾正活動加以監督和控制，來保證產品故障能及早、正確地報告、分析和糾正，防止在以后的試驗和使用中再發生。FRACAS是一個有效的可靠性管理工具，既具有改進現實的功能，又能對未來起預防作用。FRACAS的有效運行，能積累對“現實故障”分析、處理的經驗，為類似產品的FMEA提供更準確、完整的信息。通過一套規范化的嚴格的管理程序，保證產品及其組成部分在各個階段發生的極其分散的故障信息能及時、準確、完整的收集，為分析、評價和改進產品可靠性提供科學依據。

3 結束語

可靠性是一項總體的系統工程，它是通過有效管理和專業設計人員設計來實現的。只有通過建立可靠性工作系統加強技術與管理的有機結合，由專業設計師與產品設計師密切配合，全面落實可靠性工作責任制，認真貫徹執行國防科技工業質量與可靠性法規和標準，實施行之有效的可靠性工程技術手段，才能不斷促進軍用飛機的可靠性增長，最終達到提高飛機的戰備完好性和降低全壽命周期費用的目的。

[1] 牛寶成.裝備可靠性對作戰行動的影響[J].電子產品可靠性與環境試驗，2001，03.

[2] 楊為民，阮鐮，俞沼，屠慶慈.可靠性?維修性?保障性總論（可靠性?維修性?保障性叢書）[M].北京：國防工業出版社，1997.

[3] 龔慶祥主編.型號可靠性工程手冊[M]. 北京：國防工業出版社，2007.

[4] 曾聲奎，趙廷弟，張建國等.系統可靠性設計分析教程[M].北京：北京航空航天大學出版社，2001.

[5] 俞沼.淺論裝備的保障性和保障性要求的確定[J].裝備質量，2001，10.