一種基于數據傳遞的航空發電系統定量危害性分析方法
【技術領域】
[0001] 本發明提供一種航空發電系統定量危害性分析方法，用于對含有不一致失效數據 信息的機電混合系統進行定量危害性分析，屬于可靠性工程技術領域。
【背景技術】
[0002] 隨著現代高新技術和工業建設的迅速發展，航空發電系統的復雜程度不斷提高， 對其可靠性的要求也越來越高。航空發電系統一般由控制器和發電機等部分組成，是一個 典型的機電混合系統。在飛機執行任務過程中，發電系統負責為飛機全程安全供電，一旦其 發生故障，勢必對飛機造成重大影響，嚴重的還可能導致機毀人亡。
[0003]故障模式影響及危害性分析（Failure Mode, Effects and Criticality Analysis, FMECA)方法是可靠性設計分析中普遍采用的故障預防分析方法之一。FMECA由 故障模式影響分析FMEA和危害性分析CA兩部分構成。CA是對FMEA的補充和擴展，常用方 法有風險優先數法和危害性矩陣法。在航空、航天等軍用領域普遍采用危害性矩陣法。危 害性矩陣法又分為定性分析和定量分析兩種方法。定量分析方法結果更為準確，但在無法 獲得故障率數據時只能采用定性的分析方法。目前工程上僅能夠準確獲得電子元器件的故 障率及故障模式頻數比，而對于模塊級以上的電路大都依靠經驗給出相關數據，而對于機 械產品故障數據信息更少，工程上大多依據經驗進行定性分析，因此無法對機電產品整體 進行更準確的定量危害性分析。目前國內外還沒有針對航空發電系統的考慮產品故障傳遞 關系及數據信息不一致等影響的定量CA方法的研宄和應用報到。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是針對現有技術的不足，提供一種基于數據傳遞的航空發電系統定 量危害性分析方法。本發明提供的方法是一種基于故障影響傳遞關系并考慮數據來源不一 致等情況的定量危害性分析方法，能夠為設計分析人員提供一種針對航空發電系統更為客 觀的危害性分析實施方法，同時也為航空發電系統的設計改進提供依據。
[0005] 本發明提供的一種基于數據傳遞的航空發電系統定量危害性分析方法，其具體步 驟如下：
[0006] 步驟1:劃分航空發電系統的約定層次。
[0007] 1)確定航空發電系統的結構組成；
[0008] 2)根據產品的結構組成，將產品自上而下劃分為若干個約定層次，其中獨立的功 能單元為一個約定層次，最低約定層次為電子元器件或不可拆分的機械零部件。
[0009] 步驟2 :對最低約定層次上的電子元器件或機械零部件進行FMECA分析，獲取故障 模式、故障影響和定量數據；其中定量數據包括故障模式頻數比和失效率；
[0010] 對于電子元器件，從電子設備可靠性預計手冊GJB299C-2006中查找獲得故障模 式和故障模式頻數比，采用應力分析法獲得故障率；
[0011] 對于機械零部件，根據外場統計數據或相似產品數據獲取故障模式和故障模式頻 數比，利用主因素分析法和概率可靠性設計方法獲得故障率；
[0012] 所述的主因素分析法是指確定導致機械零部件主要故障模式發生的核心部位，用 核心部位的故障率代替機械零部件的故障率；
[0013] 所述的概率可靠性設計方法是：依據分析對象的工作狀態確定分析對象的可靠壽 命，再確定分析對象的壽命分布，根據壽命分布確定分析對象的失效率；
[0014] 針對每一個故障模式分析其對同層及上層功能單元的故障影響。
[0015] 步驟3 :對功能單元級約定層次上的各功能單元進行FMECA分析，獲取功能單元的 故障模式、故障原因、故障影響和定量數據等；
[0016] 根據最低約定層次上的各電子元器件的FMECA結果，歸納獲得功能單元的故障模 式；將導致功能單元某一故障模式的全部最低約定層次的故障模式作為功能單元該故障模 式的故障原因，獲得每個故障模式的全部故障原因；針對每一個故障模式，分析其對同層及 上層產品的故障影響。
[0017] 設某個功能單元由n個電子元器件或機械零部件組成，Api為第i個電子元器件 或機械零部件的故障率，則該功能單元的故障率為：
【主權項】
1. 一種基于數據傳遞的航空發電系統定量危害性分析方法，其特征在于，實現步驟如 下： 步驟1:劃分航空發電系統的約定層次； 根據航空發電系統的結構，將航空發電系統自上而下進行約定層次劃分；其中獨立的 功能單元為一個約定層次；最低約定層次為電子元器件或不可拆分的機械零部件； 步驟2 :對最低約定層次上的每個電子元器件或機械零部件進行故障模式影響及危害 性分析（FMECA)，獲取故障模式、故障影響和定量數據；定量數據包括故障模式的頻數比和 故障率； 對于電子元器件，從電子設備可靠性預計手冊GJB299C-2006中查找獲得故障模式和 故障模式頻數比，采用應力分析法獲得故障率； 對于機械零部件，根據外場統計數據或相似產品數據獲取故障模式和故障模式頻數 比，利用主因素分析法和概率可靠性設計方法獲得故障率； 主因素分析法是指確定導致機械零部件主要故障模式發生的核心部位，用核心部位的 故障率代替機械零部件的故障率； 概率可靠性設計方法是指：依據分析對象的工作狀態確定分析對象的可靠壽命，再確 定分析對象的壽命分布，根據壽命分布確定分析對象的失效率； 針對每一個故障模式分析其對同層及上層功能單元的故障影響； 步驟3 :對功能單元級約定層次上的每個功能單元進行FMECA，獲取故障模式、故障原 因、故障影響和定量數據； 根據最低約定層次上的各電子元器件的FMECA結果，歸納獲得功能單元的故障模式； 將導致功能單元某一故障模式的全部最低約定層次的故障模式作為功能單元該故障模式 的故障原因，獲得每個故障模式的全部故障原因；針對每一個故障模式，分析其對同層及上 層產品的故障影響； 設某個功能單元由n個電子元器件或機械零部件組成，Api為第i個電子元器件或機 械零部件的故障率，則該功能單元的故障率Xp為：Ap 該功能單元的某一故障模式k的頻數比獲取方法是：首先，確定最低約定層次上第i個 電子元器件或機械零部件的第j個故障模式的故障率^為：A __= A pi ? a ^ a u為第 i個電子元器件或機械零部件的第j個故障模式的頻數比；其次，確定故障模式k的全部故 障原因的故障率之和，作為故障模式k的遞推故障率X' mk;然后，獲得故障模式k的遞推
步驟4 :自下向上對功能單元級以上約定層次上的部件進行FMECA，獲得各部件的故障 模式、故障原因、故障影響和定量數據； 步驟5 :自上向下分析獲得全部約定層次的最終影響、嚴酷度等級以及故障影響概率 數據； 針對初始約定層次的下一層上的各部件，確定最終影響和嚴酷度等級，并給出造成該 故障影響的故障影響概率；初始約定層次上為航空發電系統；根據傳遞關系，從初始約定 層次向最低約定層次遞推，獲得各約定層次上的最終影響、嚴酷度等級和故障影響概率； 獲取初始約定層次以下每一約定層次的故障影響概率，具體方法為： 設某一約定層次上第i個部件的第j個故障模式FMu發生的故障原因之一為該部件下 一約定層次上第h個部件的第g個故障模式FMhg，則獲得故障影響概率的過程為： a. 分析FMhJt FMij的故障影響概率0 '； b. 獲得FM1J^故障影響概率0 hg:f3 hg= 0 u ? 0 ' Wij是故障模式FMij的故障影響 概率； 步驟6 :計算危害度，包括模式危害度和產品危害度，具體如下： 步驟6. 1 :確定航空發電系統及各組成部件的工作時間； 步驟6. 2 :確定每一故障模式的危害度； 設某部件工作時間為t，該部件的某個故障模式的頻數比為a、故障率為Ap、故障影響 概率為0，則該故障模式的危害度Cm (h) = a *0 ?'?t，其中，h表示嚴酷度等級，Cm (h) 表示該部件在工作時間t內以某一故障模式發生嚴酷度等級為h的故障次數； 步驟6. 3 :確定航空發電系統的危害度；設C；(h)表示航空發電系統在工作時間t內產 生的嚴酷度等級為h的故障次數，設N表示航空發電系統在嚴酷度等級為h下的故障模式
步驟7 :繪制危害性矩陣圖，綜合分析航空發電系統或各組成部件嚴酷度等級和危害 度或模式危害度造成的影響，比較故障模式及組成部件的危害性大小，給出危害性排序。
2.根據權利要求1所述的航空發電系統定量危害性分析方法，其特征在于，所述的步 驟1中，將航空發電系統分為5個約定層次： 1) 初始約定層次，包括航空發電系統本身； 2) 第二約定層次，是外場可更換單元級，包括：發電機、控制器、流感器； 3) 第三約定層次，是內場可更換單元級，包括：主發定子組件、放氣閥、處理器模塊、電 源豐吳塊； 4) 第四約定層次，是功能單元級，包括：處理器監控模塊、頻率轉換電路、浪涌抑制電 路、電壓表決電路； 5) 最低約定層次，包括電子元器件和不可拆分機械零部件。
【專利摘要】本發明提供了一種基于數據傳遞的航空發電系統定量危害性分析方法，屬于可靠性工程技術領域。本方法包括：劃分航空發電系統的約定層次；對最低約定層次上的電子元器件或機械零部件進行FMECA分析；對功能單元級約定層次上的各功能單元進行FMECA分析；自下向上對功能單元級以上約定層次上的部件進行FMECA分析；自上向下分析獲得全部約定層次上各部件的最終影響、嚴酷度等級以及故障影響概率；計算模式危害度和產品危害度；繪制危害性矩陣圖。本發明通過獲取定量數據，來進行準確的定量CA分析，給出了倒V型的FMECA分析流程，分析結果更具有準確性。
【IPC分類】G06Q10-06, G06Q50-06
【公開號】CN104820892
【申請號】CN201510217129
【發明人】趙廣燕, 王昕 , 陳新, 孫宇鋒, 胡薇薇, 李亞球
【申請人】北京航空航天大學, 中國人民解放軍空軍裝備研究院航空裝備研究所
【公開日】2015年8月5日
【申請日】2015年4月30日