一種機載計算機平臺的FMEA應用技術

劉衛華 艾鐵柱

摘? ?要：機載計算機平臺作為復雜航空電子設備，具有數字化程度高、信號交聯復雜、接口種類和數量較大等特點，文章通過FMEA技術分析計算機平臺各部件的功能及故障模式和BIT指標評估，識別I，II類故障模式和單點故障模式等設計和生產中的薄弱環節、存在的影響安全或任務完成的重大問題，制定計算機平臺的優化設計改進方案，以提高系統的任務可靠性和安全性，減少系統維修時間，也為故障歸零提供依據。

關鍵詞：“失效模式和影響分析”;薄弱環節;設計改進

隨著航空技術不斷發展，航空電子設備實現的功能越來越復雜，航空電子系統出現故障的可能性也越大，這就需要人們在提高機載電子系統功能的同時更多地要考慮到電子系統的可靠性以及飛機的安全性。如何能夠在增強機載電子系統功能的同時還能夠更好地保證系統的可靠性以及飛機的安全性，也就成了目前該領域研究中亟待解決的關鍵問題。

失效模式和影響分析（Failure Mode and Effect Analysis，FMEA）技術是設備可靠性分析的一個重要的工作項目，也是開展其他相關分析的基礎。隨著飛機研制水平不斷地發展，測試性、保障性及其他工作要求的不斷提高，在原有機載設備開展的FMEA分析得到的相關故障模式信息，已不能滿足這些專業后續工作的需要。

機載計算機平臺級的FMEA分析工作主要是為了獲得機載計算機平臺及其組成的所有可能產生的故障模式以及引起每個故障模式的原因和影響，并針對這些薄弱環節，對機載計算機平臺提出設計改進和使用的補償措施。同時，機載計算機平臺FMEA得到的各種信息將為系統相關的設計、分析提供基礎的工程信息和數據。

FMEA是分析產品所有可能的故障模式及其對該產品及上層產品所產生的影響，并按每個故障模式產生影響的嚴重程度予以分類的一種歸納分析技術，是屬于單因素的分析方法。某型機載計算機平臺FMEA分析如下。

1? ? 明確計算機平臺功能和性能要求

計算機平臺功能要求如下：

（1）具備實現數據處理控制功能。

（2）具備軟件監控功能。

（3）具備40路離散量輸出功能。

（4）具備20路交流模擬量采集功能。

（5）具備20路直流模擬量采集功能。

（6）具備HB6096總線通信功能。

（7）具備GJB289A總線通信功能。

（8）具備自檢測（BIT）[1]功能。

（9）具備故障存儲功能。

（10）具備開發調試功能。

2? ? 計算機平臺FMEA分析

2.1? 繪制計算機平臺功能框圖

計算機平臺功能框圖不同于計算機平臺原理圖、結構圖和信號流圖，而是表示計算機平臺各個組成部分所承擔的任務或功能間的相互關系以及計算機平臺每個約定層次間的功能邏輯、數據流、接口的一種功能模型。如果計算機平臺存在多個不同的工作模式，在這些工作模式下約定層次間的功能邏輯、數據流、接口不同，則應對各個工作模式下的功能框圖分別進行描述，以離散量采集功能為例，如圖1所示。

2.2? 繪制任務可靠性框圖

任務可靠性框圖是描述計算機平臺整體可靠性與其組成部分的可靠性之間的關系。它不反映計算機平臺組成部分間的功能關系，而是表示故障影響的邏輯關系。如果機載設備具有多項任務或多個工作模式，則應分別建立相應的任務可靠性框圖。仍以離散量采集功能為例，如圖2所示。

2.3? 約定計算機功能層次

為確保能對計算機平臺進行全面的FMEA分析，并保證分析結果的規范性和有效性，需正確地劃分計算機平臺的約定層次。確定初始約定層次、約定層次以及最低約定層次。初始約定層次計算機平臺;約定層次的劃分為功能模塊一級和功能子電路一級;最低約定層次劃分到元器件級。計算機平臺的層次劃分如圖3所示。

2.4? 對各層次故障模式進行編碼

為了能夠更好地對計算機平臺的組成進行管理，在進行組成梳理時，需對每個計算機的每個組成部分逐層編碼。

××-××-××-××

①? ? ?②? ? ③? ? ④

編碼解釋：①為計算機平臺的編碼，標識為001。②為SRU級的編碼，標識為001，002，003…。③為功能電路的編碼，標識為001，002，003…。④為器件級的編碼，標識為001，002，003…，編碼都必須由1開始編寫，沒有位數限制，故障模式編碼：在器件編碼后面加“.XX”即可，例如AIM模塊的發光二極管的第1個故障模式的編碼為“001-001-004-001.01”[2]。

2.5? 自底向上逐層分析故障模式影響

（1）故障模式：元器件的故障模式主要參考GJB299C。需要注意的是，在進行故障模式分析時，應當窮舉產品在每種工作模式下的所有故障模式;相似產品發生過的故障模式也要納入。

（2）故障原因：對每個層次進行故障原因分析時，其內容應該包含功能劣化、內外部環境變化、人為使用等方面原因。同時，對于電子產品來說要考慮焊接點的虛焊、脫焊等因素;如果一個故障模式有多個故障原因，必須將這些原因逐一羅列，不得漏項。

（3）故障影響：指從元器件的每一故障模式對器件級或其他級別產品的使用、功能和狀態的影響。對器件級產品的影響包含兩個方面：一是故障模式對于器件自身功能的影響;二是故障模式對其他器件級產品功能的影響。對上一級產品的影響則是指故障模式發生后會對器件所在的上一級產品產生的功能影響，該影響在分析上一級產品時將會成為故障模式。故障影響應以明確的、可觀察的方式進行描述，可以使用具體輸出的缺失或失效、具體輸出的特定參數超范圍等方式進行描述。如果一個故障模式對某一級產品有多重影響時，應將這些影響全部羅列出來。