鞠成玉，王守敏，任智勇

（中国飞行试验研究院，西安 710089）

0 引言

目前，国内在实验室可靠性鉴定试验评估中主要采用GJB899A-2009《可靠性鉴定和验收试验》［1］中定时和定数截尾计算，部分采用序贯试验进行验收，在航空装备飞行试验阶段，可靠性评估采用以复杂产品服从指数分布作为依据进行数据统计的方法，如平均故障间隔飞行小时（Mean Fight Hours Between Failures，MFHBF）采用定时截尾的置信下限计算方法，即：其中，T 为飞行时间，α 为选定的显著水平，γ 为累计关联故障数。

该方法工程适应性好，易于推广使用［2-4］，但在解决飞机飞行试验阶段可靠性增长方面较为受限。与此同时，杜安模型和AMASS 模型在解决航空装备实验室可靠性增长方面得到了广泛的应用，其主要针对试验过程中故障得到及时改进的情况［5-8］。但是飞机在飞行试验阶段受限于工程实际条件，试飞周期长（一般3 年～5 年左右），飞机故障处理措施多种多样，存在以下4 种情况：

1）部分故障在过程中被发现，但不对故障的失效机理进行详细分析，并采取针对性的升级措施，系统可靠性水平不会变化；

2）部分故障在过程中发现，并针对失效机理得到及时升级纠正，系统可靠性在纠正后会得到提高；

3）部分故障发生时，仅换件处理，但对故障失效机理进行详细分析并采取针对性的升级措施，但是升级措施延迟到试验结束后，试验结束后的升级更改会导致系统可靠性跳跃到更高水平；

4）部分故障过程中未出现，但是在实验室被提前发现，并针对失效机理得到了及时升级纠正，同时提前在所有该型飞机上采取了贯彻更改，系统可靠性在纠正后会提高。

上述情况的存在导致大量方法工程化应用困难，仅仅停留在理论上［9］，同时，国内在GJB/Z 77-1995《可靠性增长管理手册》［10］中，仅提出了延缓纠正和即时纠正两种情况，未考虑提前纠正、不纠正等情况，而且GJB/Z 77-1995 中针对即时纠正提出的纠正有效性系数采用分两阶段开展试验计算，不适用于实际情况。因此，本文基于上述多种复杂情况，提出了一种新的解决飞行试验阶段飞机可靠性评估方法，对于后续飞机的可靠性评估具有重要意义。

1 评估方法

1.1 解决思路

本文针对外场飞行试验过程中存在的故障纠正时机多样导致可靠性增长评估受限及工程化应用困难的问题，从不纠正试验、即时纠正试验、提前纠正试验、延迟纠正试验、部分即时纠正试验、单设备复杂纠正试验和多设备复杂纠正试验逐步进行方法描述，总体思路从单项试验、两者组合试验、全部组合试验的形式进行深入，具体如图1 所示。

1.2 不纠正试验

图1 总体思路图

不纠正试验即在试验过程中未采取纠正措施，产品故障后，采取直接换件或元器件原位替换等处理措施，采取不纠正试验的复杂系统在使用期间故障率基本保持不变，指数分布恰好具有故障率为常数的特点，因此，指数分布模型在描述不纠正试验方面得到了广泛的应用，具体计算方法见式（1）。在航空装备飞行试验期间不纠正故障主要为部分故障未能复现或偶发故障，仅进行换件维修，该类故障比例较低。

1.3 即时纠正试验

即时纠正试验即在试验过程中发现故障后，立刻研究故障发生的失效机理，然后对故障进行归零处理，最后对故障贯彻更改后继续试验。航空装备飞行试验期间，即时纠正试验占比较高，主要包括试飞期间故障机理简单，纠正迅速或者严重影响飞行安全需故障排除方可继续试飞的故障等。传统的杜安模型和AMASS 模型是解决即时纠正试验的典型方法，下面以AMASS 模型为例［2］，即假设系统的失效时间依次为：

因此，当t>T，系统不再改进，其MFHBF 的估计值为

1.4 提前纠正试验

提前纠正试验是在飞行试验过程中未出现，但是在实验室或其他飞机上发现，在本型号飞机上提前采取了贯彻更改措施，消除了可能发生的故障，航空装备飞行试验期间，提前纠正故障数量较多，在设备联试、环境试验等实验室验证及他机飞行试验均会对发现的大量故障提前进行贯彻更改。

产品提前纠正后，产品的失效率为：

式中，dq为提前纠正有效性系数（计算方法见1.6节），BP为纠正前失效率，为提前纠正后降低的总失效率，为产品未采取纠正的失效率。

产品的平均故障间隔飞行小时（MFHBF）为：

1.5 延迟纠正试验

延迟纠正试验即在试验过程中，对发现的故障采取直接换件或元器件原位替换等处理措施，等试验结束后，统一进行归零纠正。延迟纠正试验通常会导致系统可靠性的跳跃性提升。航空装备飞行试验期间，延迟纠正故障数量比例较低，在航空装备飞行试验期间，延迟纠正故障主要因整体的试飞科目结束，部分故障归零措施未能在试飞结束前贯彻更改。若试验时间为T，第j 种BD 类故障的次数为Nj，且纠正有效性系数为dBDj，当采取改进措施后，第j 种B 类故障的失效率由减少到，则产品延迟纠正后失效率为［10］：

产品的平均故障间隔飞行小时（MFHBF）为：

1.6 部分即时纠正试验

部分即时纠正试验是在试验过程中，将所有的故障都分成A 组和B 组，A 组是试验期间所有故障均不进行改进，B 组是试验期间所有故障均进行改进。部分即时纠正试验是考虑到不纠正试验和即时纠正试验的综合情况。

若试验时间为T，发生A 类故障NA次，B 类故障NB次，M 为B 类故障的失效模式数量，第j 种B类故障的次数为Nj次且纠正有效性系数为dj，当采取改进措施后，第j 种B 类故障的失效率由减少到，到时刻t，观测到m 种B 类失效，并进行了设计纠正，因此，产品的失效率减少到

经过理论证明［9］，可以得到在试验结束时的失效率为：残余的失效率，而

式中：

产品的平均故障间隔飞行小时（MFHBF）为：

在部分即时纠正试验中，主要的问题是纠正有效性系数d 的计算，纠正有效性系数是产品针对某故障模式采取改进措施后，该模式失效率降低的百分比。目前，对于纠正有效性系数d 的计算方法主要有4 种，具体如下：

1）定义法：工程上，针对某典型失效模式，可利用FMECA 分析报告计算改进前失效率和采取改进措施后的失效率，进行计算纠正有效性系数d，即。该方法工程推广较为容易，缺点是理论分析的失效率较实际有一定的出入。

2）利用专家打分法确定纠正有效性系数，根据故障原因分析水平、改进措施的复杂程度、历史经验等确定，缺点是主观性比较大，工程上难以推广。

4）文献［11］的统计结果表明，d 的平均值与中位数分别为0.70 与0.71，其范围为0.55～0.85。因此，为方便工程化应用，可将所有B 类故障的纠正有效性系数均设置为0.7。该方法在FMECA 分析报告不完整不准确的情况下可使用。

1.7 单设备复杂纠正试验

复杂纠正试验即在试验过程中，对发现的故障综合采取仅换件（不纠正）、即时纠正、延迟纠正、提前纠正4 种方法，复杂纠正几乎包括了航空装备试飞期间面临的所有情况，比较符合外场工程实际情况。复杂纠正模型是将所有的故障分为3 类，分别为A 类故障：不纠正故障，B 类故障：试验期间进行纠正的故障，其中B 类又包括两类，BC 类为在试验期间立刻进行故障改进，BD 型为延迟到试验结束后进行故障改进。C 类故障：提前纠正故障，经过理论证明［9］，可以得到在试验结束时的失效率为：

产品的平均故障间隔飞行小时（MFHBF）为：

1.8 多设备复杂纠正试验

在外场试飞过程中，一般不会安排一架飞机进行试飞，至少保证两架以上，多者可达十余架飞机，对于多架飞机同时开展复杂纠正试验，可利用统计学中相关知识，对平均故障间隔飞行小时（MFHBF）数据进行分布假设检验，确定其可能服从的分布，然后根据分布类型，确定产品在相应置信度下的可靠性水平［12-14］。

2 案例分析

某型飞机有6 架投入飞行试验，其中一架外场累积飞行420 h，发生56 起故障，具体故障发生时间及故障模式见下页表1。表2 为BC 和BD 类故障首次发生时刻及纠正有效性系数。

2.1 不纠正试验

如果不考虑产品改进后可靠性增长情况，仅利用已经发生的故障进行计算，为了对比分析，假设上述故障均未采取纠正措施，利用式（1）计算得到产品的MFHBF（80%置信度）可靠性水平为：

2.2 即时纠正试验

考虑即时纠正策略，为了对比分析，假设上述所有故障全部采取即使纠正措施，那么根据式（2）和式（3），则：

产品的MFHBF 可靠性水平达到：

2.3 提前纠正试验

考虑提前纠正策略，为了对比分析，该型号飞机在实验室验证共计发生5 起故障，均采取了提前纠正措施，原故障率为0.083，且5 起故障故障率及纠正有效性系数见表3。

则根据式（5）

2.4 延迟纠正试验

考虑延迟纠正策略，为了对比分析，假设表1中仅BD 类故障全部采取延迟纠正措施，其他故障

表1 故障发生时刻表

表2 BC 和BD 类故障首次发生时刻及纠正有效性系数

表3 提前纠正故障率及纠正有效性系数

均属仅换件故障（未纠正），那么根据式（7），则

2.5 部分即时纠正试验

考虑部分纠正策略，为了对比分析，假设A 组是试验期间所有故障均不进行改进。B 组是试验期间所有故障均进行立即改进，且纠正有效性系数利用定义法，即根据FMECA 分析报告计算得出纠正有效性系数，根据表1 和表2 的数据，根据式（11）、式（12）则：

2.6 单设备复杂纠正试验

考虑单设备复杂纠正策略，存在对发现的故障采取仅换件（不纠正）、即时纠正、延迟纠正、提前纠正4 种策略，综合利用表1、表2 和表3 数据，根据公式（15），则

2.7 多设备复杂纠正试验

根据上述失效分布，可以得到在0.95 的置信度下，飞机的MFHBF 双侧置信区间为（10.29 h，17.02 h）。

根据飞机批量交付服役后的统计结果表明，该型号飞机在经过初期的故障高发期（浴盆曲线早期）进入稳定期后，飞机的MFHBF 基本稳定在13 h～15 h 左右，与试飞期间经过复杂纠正计算后的评估结果基本接近。

3 结论

航空装备试飞阶段可靠性评估面临的情况极为复杂，如何更加合理精确地对整个试飞阶段飞机可靠性进行评估，是目前面临的重要问题，本文针对航空装备飞行试验过程中存在的故障纠正时机多样导致可靠性增长评估受限问题，从不纠正试验、即时纠正试验、提前纠正试验、延迟纠正试验、部分即时纠正试验、单设备复杂纠正试验和多设备复杂纠正试验等飞机试飞阶段实际遇到的情况，逐步进行可靠性评估方法描述，并针对上述策略对可靠性评估所产生的影响进行了案例分析，经过多种故障纠正措施后，MFHBF 从不纠正的6.6 h 增长到13.35 h，可靠性结果更加接近实际情况，且为该方法的工程推广应用奠定了良好的基础。