池巧君

【摘 要】針對我國航空業(yè)尚未形成導線可靠性數(shù)據(jù)獲取方法的問題，本文介紹了導線可靠性數(shù)據(jù)分析模型，利用該模型能夠給出不同情況下導線失效率的計算方法，獲取導線的可靠性數(shù)據(jù)，保證導線可靠性數(shù)據(jù)的合理性和可用性。并通過導線失效率在安全性分析中的應用示例，對比分析了不考慮導線和考慮導線的故障樹分析方法，為民機在安全性分析工作中考慮導線可靠性數(shù)據(jù)提供基礎。

【關鍵詞】短路；開路；故障模式

0 引言

為了滿足適航當局的要求，民用飛機在適航取證時必須提交完整的飛機級和系統(tǒng)級安全性分析報告。目前我國航空業(yè)尚未形成對導線實際使用數(shù)據(jù)的收集體系，無法通過統(tǒng)計使用數(shù)據(jù)的方法獲取導線的可靠性數(shù)據(jù)，造成飛機級和系統(tǒng)級安全性分析報告無法順利完成，因此急需開展對導線的可靠性數(shù)據(jù)獲取及分析計算方法的研究。

1 導線可靠性數(shù)據(jù)分析模型

1.1 導線可靠性數(shù)據(jù)分析模型

上式中，n為選取的環(huán)境變量個數(shù)。因此只要確定了所有的指數(shù)系數(shù)？茁，則可計算出不同環(huán)境下給定失效模式的導線失效率。指數(shù)系數(shù)？茁的個數(shù)為n+1個，如果能夠提供一個至少由n+1個獨立方程構成的方程組，則能夠計算出所有的指數(shù)系數(shù)？茁的值。

本文的分析基于Bradley-Terry模型[1]，將專家定性經(jīng)驗判斷轉(zhuǎn)化為定量結(jié)果，根據(jù)此模型得到不同環(huán)境下給定失效模式的導線失效率。同時根據(jù)專家對比各環(huán)境變量嚴重程度的評判，得到各環(huán)境變量對應的幾何平均值Xi（i=1，2，...，n），由此可得到一個至少由n+1個獨立方程構成的方程組。

該模型的輸入是專家對比不同環(huán)境下失效程度的判斷結(jié)果，為避免專家評判的隨機性，可使用David[2]方法對專家評判結(jié)果進行篩選，確定專家評判結(jié)果的有效性和一致性。

1.2 模型的修正

根據(jù)以上原理，可得到導線失效率的計算模型。但由于求解回歸方程最優(yōu)解時，失效率為通過Bradley-Terry模型得到的相對值。因此，需要對失效率模型進行修正。

修正方法可通過某一環(huán)境變量的真實失效率及其對應的相對失效率，得到該模型的修正系數(shù)？琢，如下式所示：

2 基于模型的民用飛機導線失效率的計算

民用飛機各系統(tǒng)所使用的導線可能不同，有的系統(tǒng)使用的導線較短，集中分布在單一工作環(huán)境區(qū)域（情況A）；有的系統(tǒng)使用的導線較長，可能會鋪設在工作環(huán)境差別較大的區(qū)域（情況B），兩種情況下，導線失效率會產(chǎn)生差別。不同情況下導線失效率的計算對應不同的方法。在進行導線失效率的計算時，根據(jù)短路和開路兩種失效模式分別建立失效率模型，且假設導線的壽命服從指數(shù)分布，兩種失效模式相互獨立，則導線的失效率為短路和開路兩種失效模式的失效率之和。

2.1 情況A，導線分布在單一工作環(huán)境的區(qū)域

該情況下導線的失效率可直接采用上述建立的導線可靠性數(shù)據(jù)分析模型來計算。區(qū)域內(nèi)某系統(tǒng)使用導線的失效率計算方法具體如下：

1）確定系統(tǒng)使用導線的環(huán)境變量（共n個環(huán)境變量，主要包含導線特性、線束特性和導線所在區(qū)域的工作環(huán)境），通過專家評判得到導線的環(huán)境變量Xi（i=1，2，...，n）的值（短路/開路）。

2）將Xi值代入式（1），分別計算導線開路和短路失效模式的相對失效率。

3）采用模型修正系數(shù)？琢對相對失效率進行修正，得到實際失效率值（短路/開路，單位為/飛行小時/米）。

4）確定導線的長度l，根據(jù)每飛行小時單位米的導線實際失效率值（短路/開路），可得到系統(tǒng)所使用定長導線的短路失效率？姿g和導線開路失效率？姿O。

5）最后計算得到該導線的失效率（？姿g+？姿O）。

2.2 情況B，導線分布在含有多個工作環(huán)境的區(qū)域

導線穿過含有多個工作環(huán)境的區(qū)域，導線失效率將按照以下步驟計算：

1）將含有多個工作環(huán)境的區(qū)域分解為僅含單一工作環(huán)境的區(qū)域，確定分解后區(qū)域的個數(shù)N及每個區(qū)域內(nèi)導線的長度li（i=1，2，...，N）。

2）采用3.1節(jié)的方法，分別計算各個區(qū)域內(nèi)導線的失效率？姿Si（i=1，2，...，N）。

3）將各區(qū)域失效率疊加，得到該導線失效率如下式所示：

2.3 帶有一定保守度的簡化計算方法

以可靠性數(shù)據(jù)分析模型為基礎，根據(jù)專家對環(huán)境變量嚴重度的判斷情況，給出各個區(qū)域內(nèi)對導線失效率影響最大的環(huán)境變量及其對應的失效率值，那么將該值定為該區(qū)域?qū)Ь€最大失效率。

安全性設計師如果無法確定導線的線規(guī)、線束、導線工作環(huán)境等情況，或者區(qū)域內(nèi)的導線比較復雜，難以選用精確的方法運算，則可以使用區(qū)域內(nèi)導線最大失效率作保守估計。如果因為使用該保守值使故障樹頂事件的安全性目標值不能滿足，則再使用精確的計算方法。

3 導線失效率在系統(tǒng)故障樹分析中的應用示例

導線在系統(tǒng)故障樹分析中的運用方法和其他基本設備、部件一樣，按照其功能邏輯關系構建故障樹。

某系統(tǒng)功能組成如圖1所示。

在不考慮導線時，系統(tǒng)某一故障樹如圖2所示。

在考慮導線失效對頂事件有影響時，新的故障樹如圖3。

4 結(jié)論

本文在導線可靠性數(shù)據(jù)分析模型的基礎上，介紹了不同情況下導線失效率的計算方法，并將導線可靠性數(shù)據(jù)應用到系統(tǒng)的故障樹分析中。在導線失效率計算方法上，本文介紹了精確和近似兩種不同的計算方法，可以適應不同條件下的需要。通過對比分析不考慮導線和考慮導線的故障樹可知，導線的可靠性數(shù)據(jù)對飛機級或系統(tǒng)級的安全性分析有顯著影響，因此，在安全性分析中需要考慮導線的可靠性數(shù)據(jù)。在實際飛機設計中，導線的安裝區(qū)域環(huán)境復雜，因此要確定導線失效的環(huán)境變量非常關鍵，直接影響導線的可靠性數(shù)據(jù)。為了更準確地計算導線的失效率，需要在這方面開展深入的研究。

【參考文獻】

[1]Marden. I. Bradey-Terry Model[J].Encyclopedia of Statistics in Behavioral Science， 2005（1）： 178-184.

[2]David HA. The method of paired comparison[J].London：Charles Griffin & Co.Ltd； 1963.

[責任編輯：王楠]