自動油門電門組件可靠性分析

雷彤

摘要：通過對比自動油門電門組件送修后和原裝機件的可靠性水平，探究部件送修后可靠性低的原因，并利用Loglinear NHPP擬合MCF函數得到送修次數和送修后使用時間的關系，進而平衡送修和采購新件成本，優化采購和送修策略，同時結合部件故障歷史對低可靠性的自動油門電門組件進行篩選報廢，達到提高部件可靠性的目的。

關鍵詞：自動油門電門組件;威布爾分布;卡普蘭一邁耶;平均累積計數函數：對數線性非齊次泊松過程

0引言

自動油門電門組件涉及的系統較多，該部件可靠性低將間接影響多個系統工作的可靠性。目前，該部件故障率較高，且故障件返修質量不高，甚至有些部件可靠性越修越差，形成惡性循環。最新升級-15/16件號的組件從運行數據上看其可靠性水平無明顯提升，自動油門電門組件整體MTBUR呈下降趨勢。為提高機隊自動油門電門組件可靠性水平，本文對近幾年某公司自動油門電門組件可靠性數據進行研究，對比不同修理廠家送修件和原裝機件的可靠性，利用統計函數尋找送修次數和平均送修使用時間之間的關系，并通過故障事件圖對低可靠性的組件進行隔離。

1自動油門電門組件可靠性情況

自動油門電門組件由一組微動電門組成，根據油門桿角度的變化，在預設的范圍內觸發微動電門，接通相應的電路，實現飛機各項系統功能。自動油門電門組件導致故障主要集中在反推和剎車系統，失效模式主要為微動電門導通時電阻超標、凸輪行程不準確或凸輪磨損等，導致觸發機構間歇性失效。

將自動油門電門組件故障使用時間結合在翼數據進行數學建模，自動油門電門組件的累積失效概率如圖1所示。通過計算，自動油門電門組件失效分布符合零泛濫威布爾分布，故障失效時間點幾乎全落在威布爾分布的置信區間內，失效區域集中在5000FH以內，在該區域內自動油門電門組件中有32%的部件失效。得出自動油門電門組件的失效率與使用時間成反比，隨使用時間的增加，自動油門電門組件失效率逐漸下降。目前，在翼組件使用時間主要集中在7000FH以內，大部分組件處于高失效率區間。

2新件與返修件可靠性對比

某公司自動油門電門組件的送修主要分為波音索賠修理和某修理廠修理，新件故障4年內可索賠修理，超過4年需送某修理廠修理。根據近幾年組件使用數據，將原裝機件（新件）、波音索賠修理和某修理廠送修件的使用時間繪制Kaplan-Meier圖，對比其可靠性，如圖2所示。

圖2表示新件和修后部件隨使用時間累積失效比例。與修后部件相比，新件累積失效比例隨使用時間上升趨勢平緩，使用時間達到5000FH后約10%部件失效;而某修理廠和波音索賠修理后的部件使用時間達到5000FH時累積失效的比例達到60%以上。波音索賠和某修理廠送修件的失效概率的上升斜率近似，與新件相比累積失效率上升明顯。

波音索賠和某修理廠送修部件的使用時間在5000FH內的失效率基本一致，當使用時間達到5000FH以后波音修理件失效率降低，某修理廠送修件單位時間內累積失效的比例比波音索賠修理件高50%左右，表明波音修后部件有少部分修理質量較好，這可能與波音修理件較新有一定關系。綜合來看，不同修理廠家修理質量相差不大。

3低可靠性自動油門電門組件篩選

依據自動油門電門組件每次故障原因及TSN（自新件使用時間）、TSR（修后使用時間）繪制故障事件圖，如圖3所示，通過事件圖可以直觀地發現可靠性相對較低的組件。例如，發現某些2013～2014年進入某公司裝機且件號尾綴都為-13/14的組件可靠性較低，與其他組件相比，這些組件同一類故障發生多次，且每次送修后使用時間都較短。

可靠性較低的組件主要有兩種類型。第一類：原裝機件可靠性較高，送修后可靠性變差。這類組件在原裝機上使用時間較長，長時間裝機使用導致凸輪和電門觸點間存在不同程度的磨損，起飛著陸階段高振動狀態下容易產生間歇性故障。因凸輪不能分解，送修時只能整體更換，而整體更換凸輪價格非常高。送修時更換電門不能根本性解決問題，還可能會因為電門和凸輪裝配后磨合不好導致凸輪磨損進一步加劇，使其可靠性進一步惡化。第二類：原裝機件可靠性不高，修后可靠性無明顯改善。這類部件原裝機使用時間都較短，通常在廠家保修期內就多次出現故障，送修后可靠性更低，這類部件凸輪出廠時可能就存在問題，并且這類部件導致的故障通常重現多次。對以上兩類部件，往往修理廠反映修后測試時是好的，但放置一段時間或振動后再次測試阻值就會超標，裝機后容易導致間歇性故障發生。

4送修和采購成本估算

為探究自動油門電門組件經多次送修后可靠性是否越來越差，繪制如圖4所示的MCF圖，以表明表示部件送修后的平均使用時間和送修次數的對應關系。圖4的計算方法為：

其中，d_i（ t_ki）表示每次故障點的累積失效率，當組件故障時δ_i（t_k）=1，組件在翼則δ_i（t_k）=0。對圖4進行對數線性非齊次泊松過程建模（Loglinear NHPP），得到自動油門電門組件的MCF擬合函數表達式為：

新件（目前是-15/-16）的采購價格約9萬元，修理（不考慮舊件改裝）的價格（工時費3200元加上9個電門的價格）約為1萬元（電門價格受匯率略有影響）。

設送修次數為x，則

由圖5可知，送修次數和每次送修后使用時間呈指數對應，隨著部件送修次數增加部件使用時間呈指數降低，部件可靠性有越修越差的趨勢。由圖5可知，在新件送修2次后小時成本趨于平穩;如果部件送修超過5次，單次的送修小時成本就已經超過了購買新件送修2次后的平均小時成本。從送修部件的可靠性上來看，多次修理并不經濟。

5總結及建議

各送修廠家修理質量相差不大，可以要求送修廠家出廠測試時模擬飛機著陸時振動大的外界條件，對凸輪組件輸入軸軸向、徑向受力時進行微動開關狀態影響測試，增加敲擊狀態下微動開關狀態影響測試，從而減少因振動導致瞬時故障發生的可能性;可以建議修理廠延長出廠前的測試時間，包括增加測試次數和組件裝配完畢后放置一段時間進行復檢等。

在領出電門裝機前可以測試組件離位電阻值，移動組件連桿到不同角度，并按手冊要求測量各插釘在不同角度下的阻值，阻值超過手冊標準的組件禁止裝機，通過裝機前測試可提前發現故障隱患。

自動油門電門組件早期失效率較高，對這種失效模式不建議進行主動更換。通過對比送修件和新件可靠性，發現返修件使用時間過低是導致自動油門電門組件早期失效率過高的主要原因。因新件的可靠性高于送修件的可靠性，且新件4年內（約10000FH）波音原廠保修，通過保修期內的磨合，可以篩選出新件中低可靠性部件。建議航材備件以新件為主、送修件為輔，對送修后部件結合使用時間和故障情況建立裝機發料優先級，同時平衡采購新件成本和送修成本，設定部件最多送修次數，將可靠性低的部件逐步淘汰，避免多次送修。通過采取以上措施，某航空公司機隊自動油門電門組件的整體可靠性水平已有所提升。

參考文獻

[1] Meeker，W.Q. and Escobar，L.A.. Statistical Methods for ReliabilityData[M]. John Wiley & Sons.

[2] Nelson W B. Recurrent EventsData Analysis for Product Repairs， DiseaseRecurrences， and Other Applications[M].Society for Industrial and AppliedMathematics， 2002.