吳傳貴，陳明新，周勇軍，趙桂芳，張小輝，闞 艷

(1.中國(guó)人民解放軍 第5720工廠(chǎng)，安徽 蕪湖 241007；2. 安徽省航空設(shè)備測(cè)控與逆向工程實(shí)驗(yàn)室，安徽 蕪湖 241007)

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基于FMECA的飛參采集器維修性信息分析

吳傳貴1,2，陳明新1，周勇軍1,2，趙桂芳1,2，張小輝1,2，闞 艷1,2

(1.中國(guó)人民解放軍 第5720工廠(chǎng)，安徽 蕪湖 241007；2. 安徽省航空設(shè)備測(cè)控與逆向工程實(shí)驗(yàn)室，安徽 蕪湖 241007)

維修性作為決定產(chǎn)品維修品質(zhì)與壽命、周期和費(fèi)用的關(guān)鍵因素之一，它是一種設(shè)計(jì)屬性且日益受到各方的重視，特別是航空維修系統(tǒng)；某型飛機(jī)進(jìn)入修理階段需要開(kāi)展機(jī)載設(shè)備維修設(shè)計(jì)，針對(duì)該機(jī)裝備的新型飛參采集器的維修準(zhǔn)備中保障資源確定無(wú)輸入依據(jù)信息的問(wèn)題，提出了一種基于FMECA的信息分析方法；首先介紹了FMECA，其次分析了采集器的任務(wù)功能、功能組成結(jié)構(gòu)及可靠性框圖，再次根據(jù)各模塊的故障模式及其影響、危害性和基本維修措施等內(nèi)容編制FMECA維修性信息分析表；最后進(jìn)行危害性分析并繪制出危害性矩陣圖，找到了對(duì)采集器危害性最大和影響較大的故障模式，避免了傳統(tǒng)維修性分析方法的盲目性和主觀(guān)性，表明FMECA的信息分析方法在航空產(chǎn)品維修性分析中有較好的應(yīng)用和推廣價(jià)值。

FMECA；飛參；采集器；故障模式；維修性分析

0 引言

隨著新型飛機(jī)進(jìn)入大修階段，航空維修系統(tǒng)需要對(duì)機(jī)載設(shè)備進(jìn)行維修性保障研究，投入保障資源配置等開(kāi)展工作，為此，針對(duì)新型飛參采集器的維修保障迫切需要進(jìn)行維修性分析。傳統(tǒng)的維修性分析方法主觀(guān)性強(qiáng)、實(shí)施困難，很難適應(yīng)新的要求[1]。采用FMECA(failure mode, effects, and criticality analysis)維修性信息分析方法，把采集器的故障數(shù)據(jù)信息和產(chǎn)品可靠性分析結(jié)合起來(lái)進(jìn)行維修性分析，以快速找到維修保障的重點(diǎn)，提高維修效率。

FMECA是由故障模式及影響分析(FMEA)、危害性分析(CA)兩部分組成，只有進(jìn)行FMEA分析基礎(chǔ)上，才能進(jìn)行CA分析。FMECA是一種歸納分析方法，不僅是產(chǎn)品可靠性分析的重要工作項(xiàng)目，也是開(kāi)展維修性、安全性、測(cè)試性分析和保障性分析的基礎(chǔ)[2-4]。具體的分析方法可參照GJB/Z1391—2006《故障模式、影響及危害性分析指南》[5]。

1 采集器定義

1.1 分析任務(wù)功能

某型飛參記錄系統(tǒng)由飛參采集器、飛參記錄器和快取記錄器組成。飛參采集器通過(guò)飛機(jī)上的傳感器及設(shè)備總線(xiàn)，采集來(lái)自航電系統(tǒng)和非航電系統(tǒng)的各個(gè)子系統(tǒng)的重要數(shù)據(jù)信息并通過(guò)HDLC系統(tǒng)總線(xiàn)送記錄器和快取記錄器進(jìn)行記錄。

定義初始約定層次為飛參記錄系統(tǒng)，約定層次為采集器，最低約定層次為UART總線(xiàn)信號(hào)接口模塊(10)、ARINC429總線(xiàn)信號(hào)接口模塊(20)，交流和同步信號(hào)接口模塊(30)、開(kāi)關(guān)和頻率信號(hào)接口模塊(40)、直流模擬信號(hào)接口模塊(50)和頻率信號(hào)接口模塊(60)、電源模塊(70)、母板(80)和采集通訊控制模塊(90)。

1.2 繪制功能框圖

如圖1所示。電源模塊為整個(gè)采集器提供各種電源；功能信號(hào)接口模塊包括UART總線(xiàn)、ARINC429總線(xiàn)、交流和同步信號(hào)、開(kāi)關(guān)和頻率信號(hào)、直流模擬信號(hào)和頻率信號(hào)接口模塊，通過(guò)匹配電路測(cè)量機(jī)上各類(lèi)型重要數(shù)據(jù)信息；采集通訊控制模塊完成有采集通訊和整個(gè)設(shè)備的控制；母板為各模塊提供電氣通道。

圖1 采集器的功能原理圖

以UART信號(hào)為例，其具體工作為：UART總線(xiàn)信號(hào)接口模塊通過(guò)母板提供的電源模塊生成的各種工作電壓、采集通訊控制器發(fā)送的控制指令后，開(kāi)始接收NAMP設(shè)備送來(lái)的UART信號(hào)，并將接收到的信號(hào)通過(guò)母板傳送給采集通訊控制模塊，最終上傳至主記錄器和快取記錄器。

功能層次和結(jié)構(gòu)層次對(duì)應(yīng)框圖如圖2所示，圖中虛線(xiàn)左側(cè)為描述其功能的功能部分；右側(cè)為對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)部分。UART總線(xiàn)信號(hào)接口模塊(10)用于接收處理UART總線(xiàn)信號(hào)并存儲(chǔ)；ARINC429總線(xiàn)信號(hào)接口模塊(20)用于接收處理ARINC429總線(xiàn)信號(hào)并存儲(chǔ)；交流和同步信號(hào)接口模塊(30)用于接收處理交流和同步信號(hào)并存儲(chǔ)；開(kāi)關(guān)和頻率信號(hào)接口模塊(40)用于接收處理開(kāi)關(guān)和頻率信號(hào)并存儲(chǔ)；直流模擬信號(hào)接口模塊(50)用于接收處理直流模擬信號(hào)并存儲(chǔ)；頻率信號(hào)接口模塊(60)用于接收處理頻率信號(hào)并存儲(chǔ)；電源模塊(70)提供各模塊使用的二次電源；母板(80)用于提供電氣通道；采集通訊控制模塊(90)用于內(nèi)部總線(xiàn)的通訊控制和外部HLDS通訊。

圖2 采集器的功能層次及結(jié)構(gòu)層次對(duì)應(yīng)圖

1.3 繪制可靠性框圖

參照?qǐng)D2把復(fù)雜的采集器劃分為具有獨(dú)立功能的模塊，由于任何某一模塊失效都將引起采集器的失效，所以采集器可靠性框圖為串聯(lián)關(guān)系(見(jiàn)圖3)，依次為UART總線(xiàn)信號(hào)接口模塊(10)→ARINC429總線(xiàn)信號(hào)接口模塊(20)→交流和同步信號(hào)接口模塊(30)→開(kāi)關(guān)和頻率信號(hào)接口模塊(40)→直流模擬信號(hào)接口模塊(50)→頻率信號(hào)接口模塊(60)→電源模塊→母板(80)→采集通訊控制模塊(90)。

圖3 采集器的任務(wù)可靠性框圖

2 FMECA維修性信息分析表格形成

依據(jù)故障模式、影響及危害性分析指南和采集器的技術(shù)要求，分別從代碼、產(chǎn)品或功能標(biāo)志、功能、故障模式和原因及影響、嚴(yán)酷度類(lèi)別、故障檢測(cè)方法、基本維修措施、是否屬于最少設(shè)備清單和故障模式概率等級(jí)等方面進(jìn)行分析，以UART總線(xiàn)信號(hào)接口模塊為例，首先，分析模塊功能和相應(yīng)的故障模式，本模塊主要有無(wú)輸出和部分功能兩個(gè)故障模式，再次，逐一進(jìn)行分析故障模式對(duì)應(yīng)的原因、故障影響和嚴(yán)酷度類(lèi)別、故障檢測(cè)方法、基本維修措施和故障模式概率等級(jí)等，最后，形成所有的故障代碼(1001-1004)，完成具體模塊的分析。按以上方法將所有模塊的故障情況進(jìn)行分析和羅列，最終形成了采集器的FMECA維修性信息分析表(詳見(jiàn)表1)。

3 危害性矩陣?yán)L制與分析

根據(jù)表1采集器的FMECA維修性信息分析表的內(nèi)容，將故障模式的嚴(yán)酷度類(lèi)別作為橫坐標(biāo)，概率等級(jí)作為縱坐標(biāo)，繪制由20個(gè)方格組成的4×5矩陣(如圖4所示)，再沿矩陣的對(duì)角線(xiàn)繪制虛線(xiàn)OP，經(jīng)過(guò)方格幾何中心與OP虛線(xiàn)相交的垂線(xiàn)交點(diǎn)到坐標(biāo)原點(diǎn)的距離就代表了該方格所對(duì)應(yīng)的故障模式危害大小，危害性越大就距原點(diǎn)越遠(yuǎn)。值得說(shuō)明的一點(diǎn)是：在同一方格內(nèi)的標(biāo)注點(diǎn)“9001”和“9003”危害性相同，這簡(jiǎn)化了分析過(guò)程，只進(jìn)行定性分析。從圖4中可以看出：一是垂線(xiàn)“r”最遠(yuǎn)“u”最近，說(shuō)明對(duì)采集器危害性最大的是采集通訊控制模塊接口電路損壞(“9004”)，最小的是各模塊軟件損壞(“1002”至“6002”)故障模式；二是兩垂線(xiàn)“s”和“t”處于中間，說(shuō)明對(duì)采集器危害性相當(dāng)?shù)氖歉髂K接口電路損壞(“1004”至“6004”)、采集通訊控制模塊控制器損壞和雙口RAM壞(“9001”、“9003”)等故障模式。

圖4 危害性矩陣圖

4 結(jié)論

飛參采集器進(jìn)入修理階段需要開(kāi)展裝備維修設(shè)計(jì)，為更好有針對(duì)性的明確維修重點(diǎn)、項(xiàng)目和要求，提供保障資源定輸入信息依據(jù)的問(wèn)題。本文基于FMECA分析方法對(duì)采集器進(jìn)行了維修性信息分析，通過(guò)繪制FMECA維修性信息分析表和危害性矩陣圖的方式，將采集器的維修關(guān)注重點(diǎn)一目了然的呈現(xiàn)出來(lái)，最終能夠明確下一步修理研究的重點(diǎn)是采集通訊控制模塊的接口電路，其次是其它模塊的接口電路。重點(diǎn)研究對(duì)象的確定，能夠?yàn)榫S修計(jì)劃制定、修理科研和器材備件采購(gòu)等工作的確定提供科學(xué)有效信息。經(jīng)驗(yàn)證，該方法可以避免傳統(tǒng)維修性分析方法的盲目性和主觀(guān)性，其分析結(jié)果更加科學(xué)客觀(guān)，具有較強(qiáng)的指導(dǎo)性和推廣價(jià)值。

[1] 王佳笑，常天慶，朱 斌，等．基于FMECA的捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)維修性信息分析[J]．彈箭與制導(dǎo)學(xué)報(bào)，2011，31(1): 29-32.

[2] 閔庭蔭，萬(wàn)會(huì)兵．基于FMECA的測(cè)試性驗(yàn)證分析 [J]．航空電子技術(shù)，2015，46(1): 52-56.

[3] 崔欣哲，叢 明，王冠雄，等．基于FMECA的缸蓋機(jī)加生產(chǎn)線(xiàn)故障分析[J]，組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2014，24(1): 149-152.

[4] 周恭謙，楊露菁．基于FMECA的信息系統(tǒng)軟件失效安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與預(yù)測(cè)[J]．指揮控制與仿真，2014，36(1): 125-129.

[5] GJB/Z1391—2006故障模式，影響及危害性分析指南[S].總裝備部軍標(biāo)出版發(fā)行部.2006.

Maintainability Analysis of Flight Data Generator Based on FMECA

Wu Chuanggui1,2,Chen Mingxin1,Zhou Yongjun1,2,Zhao Guifang1,2,Zhang Xiaohui1,2,Kan Yan1,2

(1.People’s Liberation Army of China NO.5720 Factory,Wuhu 241007,China;2.Anhui Province Aviation Equipment Testing and Control and Reverse Engineering Laboratory,Wuhu 241007,China)

Maintainability is one of the key factors, it decides the product quality,life span, maintenance cycle and cost.It is a kind of design attributes and increasingly brought to the attention of the parties, especially in the aviation maintenance system.The plane entered the stage of repair, aerial equipment needed maintenance design,Aiming at the problem of no input information of determine the collector maintenance support resources,Put forward a method based on information of FMECA analysis.First introduces the FMECA,secondly analyses the collector task function, composition structure and the reliability block diagram, again according to the failure mode and effect of each module, harmfulness and basic maintenance measures, Prepare a list of the FMECA the maintainability information analysis.Finally analyzing harmfulness and map the harmfulness of matrix,To avoid the blindness and subjectivity of traditional maintainability analysis method, That information analysis method of FMECA in the aviation product maintainability analysis has good application and popularization value.

FMECA；flight data；collector；failure mode；maintainability analysis

2015-09-01；

2015-11-12。

空軍修理科研項(xiàng)目(87-技-15-151)。

吳傳貴(1979-),男，安徽懷寧人，高級(jí)工程師，碩士，主要從事航空電子機(jī)載設(shè)備修理方向的研究。

1671-4598(2016)03-0170-04

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2016.03.046

TH707

A