一种基于数据传递的航空发电系统定量危害性分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明提供一种航空发电系统定量危害性分析方法，用于对含有不一致失效数据 信息的机电混合系统进行定量危害性分析，属于可靠性工程技术领域。
【背景技术】
[0002] 随着现代高新技术和工业建设的迅速发展，航空发电系统的复杂程度不断提高， 对其可靠性的要求也越来越高。航空发电系统一般由控制器和发电机等部分组成，是一个 典型的机电混合系统。在飞机执行任务过程中，发电系统负责为飞机全程安全供电，一旦其 发生故障，势必对飞机造成重大影响，严重的还可能导致机毁人亡。
[0003]故障模式影响及危害性分析（Failure Mode, Effects and Criticality Analysis, FMECA)方法是可靠性设计分析中普遍采用的故障预防分析方法之一。FMECA由 故障模式影响分析FMEA和危害性分析CA两部分构成。CA是对FMEA的补充和扩展，常用方 法有风险优先数法和危害性矩阵法。在航空、航天等军用领域普遍采用危害性矩阵法。危 害性矩阵法又分为定性分析和定量分析两种方法。定量分析方法结果更为准确，但在无法 获得故障率数据时只能采用定性的分析方法。目前工程上仅能够准确获得电子元器件的故 障率及故障模式频数比，而对于模块级以上的电路大都依靠经验给出相关数据，而对于机 械产品故障数据信息更少，工程上大多依据经验进行定性分析，因此无法对机电产品整体 进行更准确的定量危害性分析。目前国内外还没有针对航空发电系统的考虑产品故障传递 关系及数据信息不一致等影响的定量CA方法的研宄和应用报到。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于数据传递的航空发电系统定 量危害性分析方法。本发明提供的方法是一种基于故障影响传递关系并考虑数据来源不一 致等情况的定量危害性分析方法，能够为设计分析人员提供一种针对航空发电系统更为客 观的危害性分析实施方法，同时也为航空发电系统的设计改进提供依据。
[0005] 本发明提供的一种基于数据传递的航空发电系统定量危害性分析方法，其具体步 骤如下：
[0006] 步骤1:划分航空发电系统的约定层次。
[0007] 1)确定航空发电系统的结构组成；
[0008] 2)根据产品的结构组成，将产品自上而下划分为若干个约定层次，其中独立的功 能单元为一个约定层次，最低约定层次为电子元器件或不可拆分的机械零部件。
[0009] 步骤2 :对最低约定层次上的电子元器件或机械零部件进行FMECA分析，获取故障 模式、故障影响和定量数据；其中定量数据包括故障模式频数比和失效率；
[0010] 对于电子元器件，从电子设备可靠性预计手册GJB299C-2006中查找获得故障模 式和故障模式频数比，采用应力分析法获得故障率；
[0011] 对于机械零部件，根据外场统计数据或相似产品数据获取故障模式和故障模式频 数比，利用主因素分析法和概率可靠性设计方法获得故障率；
[0012] 所述的主因素分析法是指确定导致机械零部件主要故障模式发生的核心部位，用 核心部位的故障率代替机械零部件的故障率；
[0013] 所述的概率可靠性设计方法是：依据分析对象的工作状态确定分析对象的可靠寿 命，再确定分析对象的寿命分布，根据寿命分布确定分析对象的失效率；
[0014] 针对每一个故障模式分析其对同层及上层功能单元的故障影响。
[0015] 步骤3 :对功能单元级约定层次上的各功能单元进行FMECA分析，获取功能单元的 故障模式、故障原因、故障影响和定量数据等；
[0016] 根据最低约定层次上的各电子元器件的FMECA结果，归纳获得功能单元的故障模 式；将导致功能单元某一故障模式的全部最低约定层次的故障模式作为功能单元该故障模 式的故障原因，获得每个故障模式的全部故障原因；针对每一个故障模式，分析其对同层及 上层产品的故障影响。
[0017] 设某个功能单元由n个电子元器件或机械零部件组成，Api为第i个电子元器件 或机械零部件的故障率，则该功能单元的故障率为：
【主权项】
1. 一种基于数据传递的航空发电系统定量危害性分析方法，其特征在于，实现步骤如 下： 步骤1:划分航空发电系统的约定层次； 根据航空发电系统的结构，将航空发电系统自上而下进行约定层次划分；其中独立的 功能单元为一个约定层次；最低约定层次为电子元器件或不可拆分的机械零部件； 步骤2 :对最低约定层次上的每个电子元器件或机械零部件进行故障模式影响及危害 性分析（FMECA)，获取故障模式、故障影响和定量数据；定量数据包括故障模式的频数比和 故障率； 对于电子元器件，从电子设备可靠性预计手册GJB299C-2006中查找获得故障模式和 故障模式频数比，采用应力分析法获得故障率； 对于机械零部件，根据外场统计数据或相似产品数据获取故障模式和故障模式频数 比，利用主因素分析法和概率可靠性设计方法获得故障率； 主因素分析法是指确定导致机械零部件主要故障模式发生的核心部位，用核心部位的 故障率代替机械零部件的故障率； 概率可靠性设计方法是指：依据分析对象的工作状态确定分析对象的可靠寿命，再确 定分析对象的寿命分布，根据寿命分布确定分析对象的失效率； 针对每一个故障模式分析其对同层及上层功能单元的故障影响； 步骤3 :对功能单元级约定层次上的每个功能单元进行FMECA，获取故障模式、故障原 因、故障影响和定量数据； 根据最低约定层次上的各电子元器件的FMECA结果，归纳获得功能单元的故障模式； 将导致功能单元某一故障模式的全部最低约定层次的故障模式作为功能单元该故障模式 的故障原因，获得每个故障模式的全部故障原因；针对每一个故障模式，分析其对同层及上 层产品的故障影响； 设某个功能单元由n个电子元器件或机械零部件组成，Api为第i个电子元器件或机 械零部件的故障率，则该功能单元的故障率Xp为：Ap 该功能单元的某一故障模式k的频数比获取方法是：首先，确定最低约定层次上第i个 电子元器件或机械零部件的第j个故障模式的故障率^为：A __= A pi ? a ^ a u为第 i个电子元器件或机械零部件的第j个故障模式的频数比；其次，确定故障模式k的全部故 障原因的故障率之和，作为故障模式k的递推故障率X' mk;然后，获得故障模式k的递推
步骤4 :自下向上对功能单元级以上约定层次上的部件进行FMECA，获得各部件的故障 模式、故障原因、故障影响和定量数据； 步骤5 :自上向下分析获得全部约定层次的最终影响、严酷度等级以及故障影响概率 数据； 针对初始约定层次的下一层上的各部件，确定最终影响和严酷度等级，并给出造成该 故障影响的故障影响概率；初始约定层次上为航空发电系统；根据传递关系，从初始约定 层次向最低约定层次递推，获得各约定层次上的最终影响、严酷度等级和故障影响概率； 获取初始约定层次以下每一约定层次的故障影响概率，具体方法为： 设某一约定层次上第i个部件的第j个故障模式FMu发生的故障原因之一为该部件下 一约定层次上第h个部件的第g个故障模式FMhg，则获得故障影响概率的过程为： a. 分析FMhJt FMij的故障影响概率0 '； b. 获得FM1J^故障影响概率0 hg:f3 hg= 0 u ? 0 ' Wij是故障模式FMij的故障影响 概率； 步骤6 :计算危害度，包括模式危害度和产品危害度，具体如下： 步骤6. 1 :确定航空发电系统及各组成部件的工作时间； 步骤6. 2 :确定每一故障模式的危害度； 设某部件工作时间为t，该部件的某个故障模式的频数比为a、故障率为Ap、故障影响 概率为0，则该故障模式的危害度Cm (h) = a *0 ?'?t，其中，h表示严酷度等级，Cm (h) 表示该部件在工作时间t内以某一故障模式发生严酷度等级为h的故障次数； 步骤6. 3 :确定航空发电系统的危害度；设C；(h)表示航空发电系统在工作时间t内产 生的严酷度等级为h的故障次数，设N表示航空发电系统在严酷度等级为h下的故障模式
步骤7 :绘制危害性矩阵图，综合分析航空发电系统或各组成部件严酷度等级和危害 度或模式危害度造成的影响，比较故障模式及组成部件的危害性大小，给出危害性排序。
2.根据权利要求1所述的航空发电系统定量危害性分析方法，其特征在于，所述的步 骤1中，将航空发电系统分为5个约定层次： 1) 初始约定层次，包括航空发电系统本身； 2) 第二约定层次，是外场可更换单元级，包括：发电机、控制器、流感器； 3) 第三约定层次，是内场可更换单元级，包括：主发定子组件、放气阀、处理器模块、电 源丰吴块； 4) 第四约定层次，是功能单元级，包括：处理器监控模块、频率转换电路、浪涌抑制电 路、电压表决电路； 5) 最低约定层次，包括电子元器件和不可拆分机械零部件。
【专利摘要】本发明提供了一种基于数据传递的航空发电系统定量危害性分析方法，属于可靠性工程技术领域。本方法包括：划分航空发电系统的约定层次；对最低约定层次上的电子元器件或机械零部件进行FMECA分析；对功能单元级约定层次上的各功能单元进行FMECA分析；自下向上对功能单元级以上约定层次上的部件进行FMECA分析；自上向下分析获得全部约定层次上各部件的最终影响、严酷度等级以及故障影响概率；计算模式危害度和产品危害度；绘制危害性矩阵图。本发明通过获取定量数据，来进行准确的定量CA分析，给出了倒V型的FMECA分析流程，分析结果更具有准确性。
【IPC分类】G06Q10-06, G06Q50-06
【公开号】CN104820892
【申请号】CN201510217129
【发明人】赵广燕, 王昕 , 陈新, 孙宇锋, 胡薇薇, 李亚球
【申请人】北京航空航天大学, 中国人民解放军空军装备研究院航空装备研究所
【公开日】2015年8月5日
【申请日】2015年4月30日