民機駕駛艙顯示器維修性設計中的拆裝考慮

連 超* 章劍飛

（中國航空無線電電子研究所，上海200241）

0 引言

航空維修不僅守護著航空器的健康，還保障著民用飛機的安全穩定運行。當民用飛機發生故障時，人們總是希望能夠快速、準確、經濟地修復飛機，以保證飛機的正常使用。

維修性是由產品設計賦予的使之維修方便、快速、經濟的質量特性，也是在飛機運行階段的維修過程中體現的質量特性。伴隨著產品結構的設計定型，維修性也成為了產品的固有屬性[1]。

飛機過站期間，需要對飛機進行航線短停維護[2]。飛機航線短停維護的關鍵要素是拆卸和安裝外場可更換單元，因此快速、方便地拆裝外場可更換單元是系統維修性設計的目標。如果可以有效縮短拆裝外場可更換單元的時間以滿足飛機航線短停維護的時間要求，則可以避免因飛機故障造成的航班延誤，從而不影響接續航班的運行。

對于顯示器研制而言，在顯示器研制出來之前，當維修性定量指標和維修性定性需求被轉化為維修性技術解決方案時，就應及時開展維修性設計的評估，包括顯示器拆裝設計的評估，以減少顯示器研制出來后再開展設計更改所帶來的成本上升和進度推遲。

本文結合實際工程經驗，提出了在顯示器研制出來前先評估其拆裝設計的方法，第一節提出了顯示器拆裝設計評估工作時間軸，第二節提出了顯示器拆裝設計評估流程，第三節總結了顯示器維修性設計中的拆裝考慮。該方法不僅能夠為民用飛機系統設備研制提供參考，還可以有效節省研制成本，提高系統設備研制效率。

1 顯示器拆裝設計評估工作時間軸

在民用飛機駕駛艙顯示器研制過程中，其拆裝設計評估工作時間軸如圖1所示，其中虛線表示控制流，實線表示數據流，不同階段拆卸設計評估的內容各不相同。

1）系統需求評審階段的內容即評審顯示器系統維修性需求，評審通過后開展顯示器設備維修性需求捕獲和初步的維修性分析（包括確定拆裝設計評估方法）。

2）初步設計評審階段的內容即評審分配得到的設備維修性需求（包括分解得到的拆裝時間需求）和拆裝設計評估方法，評審通過后開展產品結構設計和中間維修性分析（包括中間拆裝設計評估）。

3）詳細設計評審階段的內容即評審中間拆裝設計評估結果，評審通過后開展產品結構設計更新和最終維修性分析（包括最終拆裝設計評估）。

4）測試準備評審階段的內容即評審最終拆裝設計評估結果。評審通過后開展顯示器系統拆裝演示驗證活動，以驗證顯示器系統設計的有效性。

在顯示器研制的各個階段，會不斷增強顯示器拆裝設計評估的準確度。本文主要討論顯示器拆裝設計與設計方案評估，不包括維修性驗證過程中的拆裝演示驗證。

圖1 顯示器拆裝設計評估工作的時間軸

2 顯示器拆裝設計評估流程

在民用飛機駕駛艙顯示器研制過程中，其拆裝設計評估流程如圖2所示。首先，分解維修性需求為維修性定量需求與維修性定性需求。然后，依據維修性定量需求，分解得到拆裝時間需求；依據維修性定性需求，確定拆裝設計準則需求。其次，按照拆裝時間需求和拆裝設計準則需求，開展產品結構設計。再次，開展拆裝設計評估，包括定量評估和定性評估。根據評估結果開展不同工作，如果評估結果與需求一致，那么向客戶提交結構設計方案；如果評估結果與需求不一致，那么開展拆裝設計評審；如果確定更改設計，則再次迭代開展結構設計與拆裝設計評估，否則對設計方案開展影響性評估，同時向客戶提交結構設計方案。

圖2 顯示器拆裝設計評估流程圖

2.1 分解維修性需求

對于顯示器研制來說，不僅要滿足其本身的功能設計需求，從全生命周期設計和航空公司經濟性考慮，還應滿足維修性需求[3]。與拆裝顯示器相關的維修性需求通常包括維修性定性需求和維修性定量需求，下面分別進行說明。

與顯示器拆裝設計相關的維修性定量需求主要是航線級平均修復時間指標，即顯示器的平均修復時間（MTTR）（航線級維修）應該小于或等于15 min，這些時間包括所需的測試和裝配操作，不包括軟件加載時間和管理或后勤供應造成的延誤時間。

與顯示器拆裝設計相關的維修性定性需求主要包括以下方面：可達性、維修人為因素、防維修差錯、識別標記、維修安全性、調整和校準等。

2.2 確定拆裝時間需求和拆裝設計準則

依據2.1節分解得到的顯示器拆裝設計需求（維修性定量需求和維修性定性需求），進一步分析確定顯示器拆裝時間需求和拆裝設計準則。

2.2.1 確定拆裝時間需求

依據2.1節提出的顯示器維修性定量需求，即顯示器的平均修復時間（航線級維修）應該不大于15 min，這些時間包括所需的故障隔離、分解、換件、安裝和檢驗。機內自測試被用于顯示器的故障隔離和修復檢驗，因此，平均修復時間減去故障隔離和修復檢驗所需機內自測試運行時間可以得出拆裝時間。假設顯示器故障隔離和修復檢驗所需機內自測試運行消耗的時間是8 min，則可以得出顯示器的拆裝時間需求，即顯示器的拆裝時間（航線級維修）應該不大于7 min。

2.2.2 確定拆裝設計準則

在進行顯示器拆裝設計時，一般會給出顯示器拆裝簡便方面的設計準則，要求在設計中把設計準則考慮進去。

為了提高顯示器在航線維修中的拆裝性，按照2.1節提出的顯示器維修性定性需求方面，需要在設計中考慮的拆裝設計準則見表1。

表1 顯示器拆裝設計準則

2.3 拆裝設計評估

根據顯示器的安裝方式、航插和緊固件等參數確定飛機上拆卸和安裝顯示器的程序及所需時間，然后定量評估顯示器拆裝設計的好壞程度。同時，根據顯示器工程圖紙定性評估顯示器拆裝設計的好壞程度。

2.3.1 定量評估

考慮顯示器的航線級維修，其拆裝時間要素定義如下[4]：

a）拆卸時間：拆卸設備以便達到在故障隔離過程中所確定的那個外場可更換單元所需的時間。

b）安裝時間：更換失效的或懷疑失效的外場可更換單元，并且重新結合設備所需的時間。

使用表2說明顯示器的拆裝程序及所需時間。

拆裝時間約束局限于受供應商控制的參數，此類參數由拆卸時間和安裝時間組成。并且，軟件加載時間和管理或后勤供應造成的延誤時間被排除在拆裝定量評估之外。

表2 顯示器拆裝程序及所需時間

為了定量評估顯示器的拆裝設計，需要考慮的兩個因素是故障率和拆裝時間。首先，確定每個外場可更換單元的故障率λ，然后求和得到顯示器的總故障率Σλ。確定每個外場可更換單元拆卸和安裝活動消耗的時間t，將拆裝時間與故障率相乘得到λt，表示每個外場可更換單元的拆裝時間。然后，對每個外場可更換單元的拆裝時間乘積λt進行求和，得到顯示器的總拆裝時間Σλt。顯示器的拆裝時間T通過以下式子進行計算。

使用式（1）計算得出顯示器拆裝時間的預計值，然后與拆裝時間需求值進行比較，可以判斷是否滿足拆裝時間需求。

2.3.2 定性評估

基于顯示器的需求規范，生成工程設計圖樣后，對已有設計方案進行拆裝設計準則符合性檢查，保證顯示器的拆裝簡便性。使用表3說明顯示器的拆裝設計準則符合性評估結果。

表3 顯示器定性評估檢查表

2.4 拆裝需求符合性結果

民機駕駛艙顯示器一般包含顯示單元和主動制冷裝置（風扇盒）。根據顯示器工程圖紙中給出的緊固件、航插和安裝形式確定顯示器拆卸和安裝步驟，依據MIL-HDBK-470A附錄D中表格D-IV的基本維修作業時間來估算拆卸和安裝活動所需的時間[5]。顯示器（顯示單元和風扇盒）拆裝步驟及消耗的時間如表4和表5所示。

表4 顯示單元拆卸/安裝程序及所需時間預計

表5 風扇盒拆卸/安裝程序及所需時間預計

依據表4和表5分別對顯示單元和風扇盒的拆卸和安裝時間進行求和，得到顯示器的拆裝時間預計數據見表6。

表6 顯示器拆裝時間預計數據

使用式（1）和表6計算得到顯示器的拆裝時間預計值為1.267 3 min。

從定量角度評估顯示器拆裝設計，參見表7，可以得出顯示器拆裝設計方案滿足其拆裝時間需求。

表7 顯示器拆裝時間需求與預計值對應表

表8 顯示器拆裝設計準則符合性檢查表

從定性角度評估顯示器拆裝設計，參見表8，得出顯示器拆裝設計方案符合拆裝設計準則。

3 結論

本文面向民機駕駛艙顯示器的結構設計，從維修性設計角度出發，提出了顯示器拆裝設計評估工作時間軸和顯示器拆裝設計評估流程，并結合顯示器設計情況對評估流程進行應用。該方法能夠用于顯示器研制中的拆裝設計考慮，即通過應用顯示器拆裝設計評估流程方法，以提高顯示器拆裝性設計品質和效率。

需要說明的是，整個設計過程中都存在拆裝設計評估，拆裝設計評估工作是一個不斷迭代與深入的過程。本文提出的拆裝設計評估方法可以評判拆裝設計方案，發現產品拆裝性設計的不足，從而對產品進行改進和優化。顯示器拆裝設計評估方法對飛機顯示器研制具有一定指導作用，對其他相似設備的設計具有參考價值。