關于FAA咨詢通告AC 20-157 如何準備飛機系統和設備的可靠性評估計劃的研究

徐 海

（中國民用航空沈陽航空器適航審定中心，遼寧 沈陽 110043）

一、概述

隨著民用航空器技術日新月異的發展，飛機和發動機電子和電氣系統可靠性評估越來越引起制造廠商和適航審查當局的重視。美國適航當局FAA 2007年1月19日發布咨詢通告AC20-157，至今無其他新修訂版本。主題是“如何準備飛機系統和設備的可靠性評估計劃”，其內容介紹了如何開發和使用可靠性評估計劃。是申請人編制和使用可靠性評估計劃的一份綱領性指導文件。

此咨詢通告的適用范圍是飛機系統和設備可靠性評估計劃包括飛機和發動機的電子和電氣系統，以及機電元件和設備的可靠性。但并不包括其他機械或流體系統。下面通過結合一些適航審定要求和要素來分析和研究如何準備一份飛機系統和設備的可靠性評估計劃。

二、適航要求解析

關于飛機和發動機電子和電氣系統，以及機電元件和設備的可靠性在CCAR-23，25，27，29規章中第1309條中有關于飛機可靠性的相關內容。

此份咨詢通告所涉及的可靠性評估計劃，雖然在美國申請人的航空器設計和運行過程中已經開始廣泛使用，但尚未在中國民航適航部門中強制要求申請人完成，也未被局方列為適航審查所必須的符合性報告。但是，申請人可以使用可靠性評估計劃來作為提交適航部門的飛機和發動機的電子和電氣系統安全性分析報告和持續適航評估報告的輔助支撐文件，也可以作為申請人設計決策和系統架構選擇等支持性文件。

三、符合性驗證技術研究

編制一份可控制的評估計劃文件，可重復的流程，以評估飛機和發動機的電子和電氣系統，包括機電元件和設備的可靠性。此外，咨詢通告還介紹了可靠性評估計劃的用途和優點，應用哪些指導性文件幫助申請人來完成可靠性評估計劃，以及如何使用計劃及其結果。

此咨詢通告中并沒有介紹具體的符合性驗證方法，但是推薦了可以使用SAE ARP 5890作為一個框架，來指導制定一項 可靠性評估計劃。編制一份可靠性評估計劃有可能涉及的其他參考文件還包括SAE M-102/95 “可靠性、可維護性和可支持性指南”、SAE JA 1000 “可靠性程序標準”，以及SAE JA 1000/1“可靠性計劃標準實施指南”。

正確理解電子電氣設備的可靠性，使用 SAE ARP 5890 作為參考模型，可以開發一個結合了數據和方法適合的產品類型和設計、資格認證和運行中航空器生命周期各階段的可靠性評估計劃。

該咨詢通告介紹了如何依據一些標準文件中推薦的方法來使用可靠性評估計劃及其結果，以及相關標準的作用和聯系。

可靠性評估是數值評估，為了實現產品設備滿足可靠性要求和目標，應按照可靠性評估計劃進行評估，并使用評估結果作為系統安全性評估和系統構架選擇的輸入。SAE ARP 4761說明了如何確定系統的安全性評估和系統開發。

可靠性評估結果是故障樹，故障模式和影響分析，以及在SAE ARP 4761中的其他任務等很多安全評估任務重要的輸入。如果應用可靠性評估方法進行數值的安全評估，則該部分安全評估必須依據于可靠性實踐。另一方面，可靠性評估也對安全分析中的使用規則范圍和假設做了很好的檢驗。

SAE AIR 5022介紹了如何集成可靠性和安全性評估過程，并介紹了一些經常執行的可靠性和安全性的分析任務，強調它們的相互關系和共同的數據元素。

對于執行復雜和相關的功能的高度綜合的系統，包括可靠性評估計劃中的批準及驗證的過程和活動。可以使用SAE ARP 4754，作為安全性評價的批準和驗證過程和活動指南。

當為一個特定的申請人選擇一種特別的可靠性評估方法時，復審那種方法的準確性和局限性。在計劃內證明所使用的方法正確。證明中應該包括在評估數據和假設中處理不確定性的方法。

SAE ARP 5890提供了可靠性評估方法和工具。MIL-HDBK-217F CHG Notice 2、以及電器研究所和電子工程師 IEEE 1413和IEEE 1413.1提供了可接受的方法來預測給定的電子元器件的可靠性。可以使用可靠性分析中心的非電子的零件可靠性數據（NPRD）-95，第二節，部分摘要，確定機械零件故障率。所有這些方法都可以準確地估計在開始生產前預期的系統和設備的可靠性。

SAE ARP 5150了解如何使可靠性評估與持續適航安全評估過程相聯系。也描述涉及安全分析的重要的元素和需要用服務經驗數據證明或驗證的相關的假設。

可以使用可靠性評估的結果作為持續適航性評估任務的輸入。舉例說明，見 FAA 咨詢通告（A C）39-8，運輸類飛機動力裝置和輔助動力裝置安裝持續適航評估，指導持續適航任務，例如組件故障率的評估。

可以使用可靠性評估結果建立維護要求認證，并且向以可靠性為中心的維護流程和MSG-3應用提供輸入。AC25-19，為維護要求認證提供了指導。美國航空運輸協會的維護供應商指南（MSG）3，指導航空/制造商維護 項目規劃。SA E JA 1011，為評價標準的可靠性為中心的維修過程提供了指導。

四、適航審定要素和審查要求

此咨詢通告適用于飛機和發動機的電子和電氣系統，包括機電元件及設備的可靠性。但并不適用于其他系統和設備，如機械或流體系統。因此，飛機和發動機上所有的航電、電子和電氣系統以及其他包含電子元件的相關專業或審查專題都可以使用本咨詢通告推薦的方法完成可靠性評估計劃。以下是適航審定要素及審查要求：

圖1 可靠性評估圖

圖2 相似性分析流程示例圖

1）在審查過程中，局方要鼓勵申請人開發可靠性評估計劃并在制定過程中予以一定的幫助；

2）作為一份計劃性文件，在審查過程中，局方應關注計劃的可行性，看計劃中的內容是否與申請人及其產品的特性一致，是否考慮到了所有可能的情況；

3）局方還需要確定申請人是否有能力和方法收集相關必要的信息，以保證計劃能夠持續更新；

4）局方還應對申請人在可靠性評估計劃中使用的方法進行評估，確定其輸出的有效性；

5）局方應確定申請人在可靠性評估計劃中的評估過程是可控的、可重復的。

五、應用ARP 5890作為指導來編制可靠性評估計劃

ARP 5890，為發動機電子控制系統準備可靠性評估計劃的指南，發布于2002年10月。

該標準作為發動機電子控制系統可靠性評估計劃的指南，可以作為一個典型框架，用于編制一項飛機和發動機的電子和電氣系統，包括機電元件及設備的可靠性評估計劃的指導。評估結果可以用于輸入安全評估和分析，可靠性方案規劃和監測，審定分析，設備的設計決策，系統架構和業務的選擇決定，以及持續適航評估。

標準中重點介紹了編制一份可靠性評估計劃全過程指導。其中可靠性評估計劃的內容包括過 程、數據、方法、結果和可靠性評估過程改進五部分內容，這些內容的聯系和相互關系，詳見圖1可靠性評估圖。圖1概況性的歸納總結了SAE ARP 5890中所包含的可靠性評估流程圖。

此外，在文中介紹了四種評估和分析方法，分別是相似性分析、耐久性評估、靈敏度測試和分析，以及手冊的預估。并在SAE ARP 5890附錄A和B中詳細介紹了相似性分析示例和耐久性分析兩種重要的分析方法。本文圖2是關于相似性分析示例的流程，其他具體分析方法詳細參見SAE ARP 5890。申請人也可以參照標準中的典型程序方法和示例來編制適合自己公司的航空電子產品的相似性分析表格，用于可靠性評估需要。

結語

綜上所述，在飛機整個設計和運行壽命周期內，擁有一份動態的可靠性評估計劃，可以極大的提高電子設備的可靠性，更好的保證飛機安全。因此，中國民用航空適航當局盡快出臺相關指導性文件，鼓勵和指導航空器申請人編制開發和使用可靠性評估計劃是非常有必要的。

[1]AC20-157，How to Prepare Reliability Assessment Plans for Aircraft Systems and Equipment，2007.

[2]SAE ARP 5890， Guidelines for Preparing Reliability Assessment Plans for Electronic Engine Controls， 2002.