民用直升机维修保障相关故障模式及影响分析研究

赵千惠 梁海军

摘要：作为维修工程分析中的一种，维修保障相关故障模式及影响分析（LSA FMEA）主要面向修复性维修。通过对民用直升机维修保障相关故障模式及影响分析的基础理论、层级划分以及影响决策等因素进行深入研究，建立了一套完整的LSA FMEA分析方法和决断逻辑，以便在产品投入运营之前分析得出由于产品内在固有故障特征而必然导致的修复性维修需求。

关键词：民用直升机;故障模式及影响分析;修复性维修

0    引言

民用直升机的维修，是保证直升机持续适航、维持直升机运营商持续运营的基本手段。传统的维修思想是“以预防为主”，而随着科学技术的发展，现代维修理论的核心内容已演变为以可靠性为中心的维修，伴随而生的是MSG-1法、MSG-2法和MSG-3（Rotorcraft）法。而维修保障相关故障模式及影响分析领域，虽然有国际S3000L及装备保障性分析国家标准，但目前国内还没有一套可以指导民用直升机制造商进行维修保障相关维修任务的成熟方法和标准。

1    民用直升机LSA FMEA分析理论研究

LSA FMEA分析是建立在对现有FMEA/FMECA进行再次使用的基础上的，同时将所需的其他数据加入现有的FMEA/FMECA报告，这样可以最大限度地节约分析所需的花费。此外，维修保障相关故障模式和影响分析的子步骤在本质上需要将FMEA/FMECA报告与系统或设备的物理划分进行融合。对于维修保障相关故障模式和影响分析而言，其目的是识别出需要的修复性维修任务。

2    LSA FMEA分析程序研究

LSA FMEA的分析流程如图1所示，具体包括：确定LSA FMEA分析候选项、FMEA报告整合、LSA FMEA故障模式分组、确定故障检测方法、确定故障定位能力、确定排故分析需求、确定维修任务分析需求和编写LSA FMEA分析报告。根据LSA FMEA分析报告的结果，汇总得到排故分析候选项清单和维修任务分析需求清单作为TSA和MTA的输入数据。

2.1    确定LSA FMEA分析候选项

在开展分析前，需要确定进行LSA FMEA分析的候选项。候选项的选择是在完整的产品约定层次划分上进行的，约定层次既可以按产品的功能层次关系定义，又可以按产品的硬件结构层次关系定义。目前，民用直升机主要采用ATA2200标准和S1000D标准对产品的约定层次进行划分，开展LSA FMEA时所用的约定层级划分与整个直升机产品保持一致。候选项的选择需要结合当前的维修级别进行，通过对产品约定层次划分中的零部件进行逐一筛选，确定需要进行分析的候选项。

2.2    FMEA报告整合

在确定了LSA FMEA分析候选项之后，需要为LSA FMEA分析候选项建立FMEA报告并收集分析所需的数据。

LSA FMEA是在产品工程FMEA分析报告的基础上进行的，在为LSA FMEA分析候选项建立FMEA报告时，需要确定LSA FMEA分析候选项的部件识别号、部件功能、故障模式、故障模式编码、故障原因、故障影响、故障率和严酷度等级等数据，上述数据都可从工程FMEA报告中得到。

在为LSA FMEA分析候选项建立了FMEA报告之后，需要进一步从产品设计文件中收集整合设计故障检测方法、故障定位方法以及相关的维修、检查、测试措施的数据。

2.3    故障模式分组

在LSA FMEA分析候選项完成了FMEA报告整合之后，对于每个分析候选项，需要从维修工作的角度对故障模式进行分组合并，形成新的LSA故障模式。LSA FMEA分析的最终目的是确定修复性维修需求，因此从维修的角度上对故障模式进行分组整合从而形成新的LSA故障模式，可以最大限度地减少后续分析的工作量。FMEA中的故障模式是否可以分组合并的标准为：

（1）故障模式是否属于同一个LSA FMEA分析候选项？

（2）故障模式是否会导致一个或者一系列相同的维修工作？其中维修工作包括维修/修理程序和故障检测/定位程序。

在故障模式分组合并之后，原有候选项FMEA报告中的故障原因、故障影响、故障率、严酷度类别、故障检测率、虚警率等数据也要合并进入新的LSA故障模式中。如果没有故障率、故障检测率、虚警率的可用定量数据，可以基于工程判断使用定性的评估方法。

2.4    确定故障检测方法

对于分析候选项的每个LSA故障模式，确定故障检测方法的主要工作内容包括：

（1）核对是否可以用BIT的方式进行检测，BIT主要包括I-BIT、C-BIT和P-BIT。如果可以，需要评估BIT的故障检测率和虚警率;

（2）核对故障是否可以触发FDE，以便对飞行机组进行故障告警，典型的FDE告警包括故障灯、故障告警语音、故障旗、CAS信息等;

（3）核对是否可以用人工测试或检查的方式进行识别;

（4）核对是否有相应的OMS信息用于机务人员进行故障识别;

（5）核对是否有相应的功能/物理征兆来帮助机组/机务人员识别故障，可以将FMEA报告中的故障影响和相似机型使用经验作为主要依据;

（6）列出并记录以上适用的故障检测方法;

（7）列出通过以上方法不能检测到的LSA故障模式。

2.5    确定故障定位能力

该步骤的主要目的是确定故障检测方法对故障隔离/定位的模糊度和能够降低模糊度的测试/检查方法。

模糊度是指故障检测方法可以将故障模式隔离到可更换单元的个数或被隔离到系统、子系统的情况，上述一组可更换单元或系统/子系统被定义为故障隔离/定位的模糊组。如果故障可通过确定的故障检测方法被准确定位到1个可更换单元，则模糊度为1;如果被定位到2个及以上的可更换单元或系统、子系统上，则模糊度等于模糊组中包含的可更换单元个数。

如果模糊度无法从FMEA报告或测试性分析报告中直接获得，可以通过工程判断故障定位能力等级，或根据故障检测方法开展故障树分析FTA确定模糊组中包含的可更换单元个数。

2.6    确定排故分析需求

根据确定的故障定位能力等级，可以筛选出需要通过执行排故工作才能定位的LSA故障模式作为排故分析需求，判断标准为：

（1）故障检测方法的模糊度或故障定位能力等级大于1，即故障检测方法无法将已发生故障的可更换单元进行准确定位，仅能定位到一组个数为N的可更换单元中，故障部件是具体N中的哪一个是不确定的;

（2）故障检测方法与BIT相关，即使故障检测方法的模糊度或故障定位能力等级等于1，但虚警率较高。

2.7    确定维修任务需求

根据上述分析涉及的故障模式检测、定位、修复，LSA FMEA得到的维修任务需求主要包括维修/修理需求、人工检查需求和测试需求。

3    结语

本文以某民用直升机LSA FMEA分析为例，阐述和分析了民用直升机LSA FMEA分析工作流程，包括LSA FMEA候选项确定准则、FMEA报告整合、故障模式分组、确定故障检测方法、确定故障定位能力、确定排故分析需求。本文的研究方法可为今后国内直升机使用任务分析提供参考。

[参考文献]

[1] 曾声奎，赵廷弟，张建国，等.系统可靠性设计分析教程[M].北京：北京航空航天大学出版社，2001.

[2] 李勇.ASD综合保障标准化启示[J].航空标准化与质量，2009（5）：9-11.

[3] International procedure specification for Logistics Support Analysis LSA：S3000L[S].

收稿日期：2020-02-10

作者简介：赵千惠（1987—），女，吉林舒兰人，硕士研究生，工程师，研究方向：直升機维修工程。