刘卫华 艾铁柱

摘   要：机载计算机平台作为复杂航空电子设备，具有数字化程度高、信号交联复杂、接口种类和数量较大等特点，文章通过FMEA技术分析计算机平台各部件的功能及故障模式和BIT指标评估，识别I，II类故障模式和单点故障模式等设计和生产中的薄弱环节、存在的影响安全或任务完成的重大问题，制定计算机平台的优化设计改进方案，以提高系统的任务可靠性和安全性，减少系统维修时间，也为故障归零提供依据。

关键词：“失效模式和影响分析”;薄弱环节;设计改进

随着航空技术不断发展，航空电子设备实现的功能越来越复杂，航空电子系统出现故障的可能性也越大，这就需要人们在提高机载电子系统功能的同时更多地要考虑到电子系统的可靠性以及飞机的安全性。如何能够在增强机载电子系统功能的同时还能够更好地保证系统的可靠性以及飞机的安全性，也就成了目前该领域研究中亟待解决的关键问题。

失效模式和影响分析（Failure Mode and Effect Analysis，FMEA）技术是设备可靠性分析的一个重要的工作项目，也是开展其他相关分析的基础。随着飞机研制水平不断地发展，测试性、保障性及其他工作要求的不断提高，在原有机载设备开展的FMEA分析得到的相关故障模式信息，已不能满足这些专业后续工作的需要。

机载计算机平台级的FMEA分析工作主要是为了获得机载计算机平台及其组成的所有可能产生的故障模式以及引起每个故障模式的原因和影响，并针对这些薄弱环节，对机载计算机平台提出设计改进和使用的补偿措施。同时，机载计算机平台FMEA得到的各种信息将为系统相关的设计、分析提供基础的工程信息和数据。

FMEA是分析产品所有可能的故障模式及其对该产品及上层产品所产生的影响，并按每个故障模式产生影响的严重程度予以分类的一种归纳分析技术，是属于单因素的分析方法。某型机载计算机平台FMEA分析如下。

1    明确计算机平台功能和性能要求

计算机平台功能要求如下：

（1）具备实现数据处理控制功能。

（2）具备软件监控功能。

（3）具备40路离散量输出功能。

（4）具备20路交流模拟量采集功能。

（5）具备20路直流模拟量采集功能。

（6）具备HB6096总线通信功能。

（7）具备GJB289A总线通信功能。

（8）具备自检测（BIT）[1]功能。

（9）具备故障存储功能。

（10）具备开发调试功能。

2    计算机平台FMEA分析

2.1  绘制计算机平台功能框图

计算机平台功能框图不同于计算机平台原理图、结构图和信号流图，而是表示计算机平台各个组成部分所承担的任务或功能间的相互关系以及计算机平台每个约定层次间的功能逻辑、数据流、接口的一种功能模型。如果计算机平台存在多个不同的工作模式，在这些工作模式下约定层次间的功能逻辑、数据流、接口不同，则应对各个工作模式下的功能框图分别进行描述，以离散量采集功能为例，如图1所示。

2.2  绘制任务可靠性框图

任务可靠性框图是描述计算机平台整体可靠性与其组成部分的可靠性之间的关系。它不反映计算机平台组成部分间的功能关系，而是表示故障影响的逻辑关系。如果机载设备具有多项任务或多个工作模式，则应分别建立相应的任务可靠性框图。仍以离散量采集功能为例，如图2所示。

2.3  约定计算机功能层次

为确保能对计算机平台进行全面的FMEA分析，并保证分析结果的规范性和有效性，需正确地划分计算机平台的约定层次。确定初始约定层次、约定层次以及最低约定层次。初始约定层次计算机平台;约定层次的划分为功能模块一级和功能子电路一级;最低约定层次划分到元器件级。计算机平台的层次划分如图3所示。

2.4  对各层次故障模式进行编码

为了能够更好地对计算机平台的组成进行管理，在进行组成梳理时，需对每个计算机的每个组成部分逐层编码。

××-××-××-××

①     ②    ③    ④

编码解释：①为计算机平台的编码，标识为001。②为SRU级的编码，标识为001，002，003…。③为功能电路的编码，标识为001，002，003…。④为器件级的编码，标识为001，002，003…，编码都必须由1开始编写，没有位数限制，故障模式编码：在器件编码后面加“.XX”即可，例如AIM模块的发光二极管的第1个故障模式的编码为“001-001-004-001.01”[2]。

2.5  自底向上逐层分析故障模式影响

（1）故障模式：元器件的故障模式主要参考GJB299C。需要注意的是，在进行故障模式分析时，应当穷举产品在每种工作模式下的所有故障模式;相似产品发生过的故障模式也要纳入。

（2）故障原因：对每个层次进行故障原因分析时，其内容应该包含功能劣化、内外部环境变化、人为使用等方面原因。同时，对于电子产品来说要考虑焊接点的虚焊、脱焊等因素;如果一个故障模式有多个故障原因，必须将这些原因逐一罗列，不得漏项。

（3）故障影响：指从元器件的每一故障模式对器件级或其他级别产品的使用、功能和状态的影响。对器件级产品的影响包含两个方面：一是故障模式對于器件自身功能的影响;二是故障模式对其他器件级产品功能的影响。对上一级产品的影响则是指故障模式发生后会对器件所在的上一级产品产生的功能影响，该影响在分析上一级产品时将会成为故障模式。故障影响应以明确的、可观察的方式进行描述，可以使用具体输出的缺失或失效、具体输出的特定参数超范围等方式进行描述。如果一个故障模式对某一级产品有多重影响时，应将这些影响全部罗列出来。