基于人的可靠性分析的现代航空技术.pdf

唯有减 少人 工操作 环节 才能从 根本 上减 少人 为差错发 生几率 提 出了维修 可靠 性和 操作 使用可 靠性 的概念 介绍 了一些 基于 人的可靠 性分析 的航空使 用 维修 技术 和 关键技 术未来 发展 基于人的可靠性分析的现代航空技术 人 是 人 机 系 统 中 最 为 敏 感 的要 素 容 易 受 到 自 身 及 外 部 环 境 的 影 响 在 紧 急 情 况 下 人 在 判 断 与 操 作 方 面 的 认 知 行 为 与 正 常 情 况 差 异 甚 大 因 此 设 计 如 果 不 符 合 人 的 习 惯 定 型 使 用 者 虽 可 通 过 训 练 和 实 践 勉 强 适 应 一 旦 遇 到 意 外 情 况 时 又 会 退 化 到 原 有 定 型 中 去 而 出 现 人 为 差 错 C 爱 德 华 教 授 于 1 9 7 2年 提 出 了 S HE L L 模 型 差 错 容 易 发 生 在 以 人 为 中心 的 与 硬 件 H 软 件 S 环 境 E及 其 他 人 之 间 的 接 点 上 统 计 表 明 5 0 以上 的 严 重 的 航 空 事 故 是 由人 为 差 错 所 致 唯 有 减 少 人 的 参 与 才 能 从 根 本 上 减 少 人 为 差 错 发 生 几 率 在 设 计 时 进 行 可 靠 性 维 修 性 设 计 尽 量 利 用 先 进 的 技 术 最 大 限 度 地 减 少 人 的操 作 使 用 和 维 护 工 作 份 额 1 相关 概念 人 的 可 靠 性 分 析 HR A 是 以分 析 预 测 减 少 和 防 止 人 的 失 误 为 研 究 核 心 将 认 知 可 靠 性 分 析 评 估 与 动 作 执 行 可 靠 性 评 估 相 结 合 的 一 门 学 科 可 在 人 一 机 系 统 交 互 活 动 中用 于 对 人 的 失 误 影 响 做 出科 学 评 估 与 防 范 并 将 人 的 失误 概 率 降低 到 最 小 限 度 本 文 参 照 人 的 可 靠 性 的 概 念 给 出 使 用可 靠 性 和维 修 可 靠 性 的 定 义 所谓 维 修 操作 使 用 可靠 性 是指 维 修者 使 用者 在 规 定 的时 间规 定 的 条件 下 进行 维 修 操 作使 用 时 完 成 规定 的维修 内 刘振 庭 陈 东林 空 军 工程 大 学 工 程学 院 容 正 确 地 操 作 使用 的 能力 2基 于 使 用 可 靠 l t t 0设 计 技 术 1 自修 复 技 术 美 国 于 1 9 8 4年 颁 布实 施 飞 机 控 制 系统 自修 复 大 纲 其 目的 是 通 过 结 构 的 重 新 组 合 和 故 障 自动 诊 断 与 修 复 技 术 改 进 可 靠 性 维 修 性 生 存 性 和 全 寿 命 费用 等 F一2 2的航 空 电 子 系 统 采 用 宝 石 柱 计 划 这 种 可 重 构 的 系 统 构 形 用 外 场 可 更 换 模 件 L RM 取 代 了 外 场 可 更 换 部 件 L R U 各 模 件 承 担 的工 作 与 飞 机 执 行 任 务 时 的 飞 行 阶 段 密 切 相 关 当 某 个 模 件 发 生 故 障 时 可 使 用 其 他 模 件 来 承 担 这 一 阶 段 最 重 要 的 功 能 如 非 航 电 系 统 监 空 就 将 飞 机 的 电 源 系 统 燃 油 系 统 环 控 系统 刹 车 系 统 进 行 综 合 监 控 信 息 共 享 必 要 时 可 进 行 系 统 重 构 2 自动 化 技 术 装 备 AA Q一1 3 A AQ一1 4导 航 和 瞄 准 吊 舱 可 以 自动 进 行 低 空 最 低 3 0米 地 形 跟 随 飞 行 和 地 形 回避 探 测 器 发 现 地 面 目标 并 经 识 别 确 认 后 转 入 自动 瞄 准 跟 踪 瞄 准 吊舱 还 能 对 幼 畜 空 对 地 导 弹 自动 校 靶 和 传 递 选 定 目标 阵 风 的 4通 道 飞 控 系 统 除 了 确 保 飞 机 的稳 定 性 和 操 纵 性 之 外 还 确 保 飞行 员 无 顾 虑 操 纵 并 根 据 飞 机 不 同 的 外 挂 布 局 对 无 顾 虑 操 纵 的 限止 值 自动 进 行 调 整 例 如 当 飞 机 投 放 了 副 油 箱 之 后 系 统 会 自 动 调 节 限 制 值 和 飞 行 包 线 的 边 界 J S F飞 机 选 择 的 F一1 1 9新 改 型 发 动 机 被 设 计 成 能 够 自动 管理 它 不 但 能 在 故 障 发 生 之 前 感 受 到 故 障 而 且 能 够 补 偿 那 些 损 坏 的 电 子 部 件 使 它 在 没 有 这 些 部 件 的 情 况 下 继 续 工 作 故 障 发 生 时 系 统 将 自动 向 飞 机 基 地 发 出 信 号 报 告 故 障 情 况 3 人 工 智 能 技 术 F一2 2的 座 舱 只 有 6个 全 彩 显 示 屏 提 供 经 专 家 过 滤 而 不 是 盲 目的行 动 建 议 飞 行 员 只 需 看 显 示 屏 动 动 手 指 即 可 联 合 头 盔 式 显 示 系 统 J H Mc s 使 得 飞 行 员 只 需 用 他 的 头 指 向 目标 并 按 下 飞 行 控 制 杆 上 的 一 个 开 关 便 能 使 雷 达 空 空 导 弹 红 外 传 感 器 以 及 空 对 地 武 器 进 行 瞄 准 飞 机 着 陆 下 滑 过 程 中 由于 视 觉 误 差 等 原 因 容 易 偏 离 航 线 利 用 自动 着 舰 陆 系统 AC L S 可 实 现 不 需 飞 行 员 干 预 的 着 舰 陆 过 程 J S F要 求 应 用 智 能 蒙 皮 结 构 把 电 光 敏 感 器 收 发 机 等 单 元 纳 入 蒙 皮 以 便 自动 诊 断 结 构 损 伤 4 微 机 电 系 统 及 其 制 造 技 术微 机 电 系 统 ME MS 是 通 过 微 制 造 技 术 将 电子 和 机 械 元 器 件 按 功 能 要 求 在 芯 片 上 集 成 在 一 个 硅 基 上 的 一 个 独 立 的 智 能 系统 主要 由传 感 器 执 行 器 作 动 器 致 动 器 等 组 成 其 结 构 特 征 尺 寸 为 微 米 级 至 纳 米 级 并 具 有 可 靠 性 高 易 于 更换 等 显 著 特 点 可 以 完 成 常 规 机 电 系 统 不 能 完 成 的 任 务 许 多 微 1 2 江苏航空 2 0 0 8 第 3 期 维普资讯 型 器 件 和 微 型 系 统 已 广 泛 用 于 第 四代 战 斗 机 的导 航 制 导 测 量 与 控 制 探 测 与 监 测 故 障 诊 断 和 显 示 器 系 统 已 研 制 了 微 型 固 态 惯 性 测 量 组 件 在 飞 机 和 战 术 导 弹上 的 应 用 使 惯 导 系 统 向 芯 片 级 发 展 3 基 于 维 修 可 靠 性 的 设 计 美 国 空 军 的 蓝 衣 计 划 让 设 计 人 员 到 部 队实 地 考 察 或 者 干 脆 参 加 装 备 的 维 修 工 作 以求 设 计 的产 品便 于 外 场 维 修 惠 普 公 司 研 制 F l l 9一P w 一1 0 0 时 提 出 综 合 产 品 发 展 概 念 装 配 工 和 飞行 一 线 技 术 人 员 参 与 设 计 专 门 解 决 外 场 人 员 遇 到 的 问 题 使 发 动 机 在 外 场 的 维 护 变 得 简 单 易 行 例 如 只 需 一 种 六 角 形 手 动 工 具 就 可 以 拆 除 发 动 机 上 所 有 的 外 部 零 件 1 维 修 简 便 为 便 于 维 修 F一 2 2机 身 离 地 仅 0 9米 常 人 不 用 梯 子 即 可 摸 到 飞 机 上 的 许 多 机 件 或 系 统 超 级 大 黄 蜂 电 子 设 备 舱 的 所 有 设 备 也 都 处 于 一 个 便 于 工 作 的 高 度 上 F一 1 1 9一P W 一1 0 0发 动 机 所 有 的 零 件 电 缆 和 管 件 都 安 装 在 F l 1 9发 动 机 的 底 部 以 方便 维 护 人 员 接 近 所 有 外 场 更 换 单 元 都 独 立 安 装 不 必 为拆 除 一 个 而 先 拆 除 另一 个 另 外 每 个 现 场 可 使 更 换 单 元 均 可 只用 发 动 机 维 护 要 求 的 6种 标 准 工 具 中的 一 种 就 可 以 完 成 拆 卸 波 音 7 7 7 GE 9 0为 方 便 维 修 人 员 在 飞 机 着 陆 后 接 近 发 动 机 舱 进 行 维 修 检 查 采 用 了 在 需 要 时 发 动 机 的 F A DE C在 飞 机 开 始 下 降 时 自动 对 短 舱 内 部 进 行 强 制 的 冷 却 的 设 计 2 计 算 机 辅 助 设 计 技 术 C AD V R 等 维 修 性 设 计 缺 陷 经 常 是 在 投 入 使 用 后 才 得 以 发 现 亡 羊 补 牢 的 措 施 既 造 成 经 济 的 浪 费 又 难 以 达 到 理 想 效 果 8 0年 代 后 期 C AD技 术 把 装 备 结 构 数 字 化 绘 制 立 体 安 装 动 画 图 形 一 数 字 式 预 装 配 近 几 年 来 发 展 了 在 C A D 中 用 人 体 模 型 进 行 维 修 性 设 计 的 技 术 包 括 自动 准 确 绘 制 不 同维 修 姿 势 的 人 体 外 形 快 速 评 价 各 种 人 体 活 动 的 效 果 进 行 维 修 性 试 验 模 拟 等 如 在 c一1 7飞 机 设 计 中通 过 这 类 维 修 模 拟 发 现 该 机 的 综 合 飞 控 模 块 应 从 原 定 的 装 在 垂 尾 后 梁 的 前 部 移 到 后 部 因 为 模 拟 显 示 大 个 子 维 修 者 无 法 达 到 后 梁 前 部 的 位 置 去 拆 装 该 模 块 相 反 F一1 5 A 因 外 场 维 修 保 障 困 难 经 常 在 车 间 待 修 被 称 为 车 间 皇 后 麦 道 公 司 为 此 耗 费 巨 资 进 行 了 1 0 0 0多 次 设 计 修 改 变 成 C D型 3 维 修 设 备 及 手 段 便 携 式 维 JI ANGSU AVI A TI ON 修 辅 助 装 置 用 穿 戴 式 计 算 机 和 头 盔 三 维 显 示 技 术 穿 上 特 制 服 装 和 类 似 于 头 盔 的 瞄 准 具 的 三 维 显 示 器 进 入 维 修 工 位 通 过 语 音 识 别 调 阅 三 维 显 示 的维 修 图 纸 各 种 资 料 故 障 现 象 和 解 决 方 法 工 序 都 有 就 可 以在 计 算 机 的 指 引 下 完 成 发 动 机 的 维 护 工 作 波 音 7 7 7 C E 9 0在 驾 驶 舱 右 侧 操 纵 台 上 装 有 维 修 接 口终 端 显 示 器 与 鼠标 控 制 器 另 外 还 有 手 提 式 维 修 接 口终 端 装 置 包 括 显 示 器 鼠标 控 制 器 键 盘 等 能 在 飞 机 内 外 三 个 地 方 中任 一 地 方 使 用 综 合 自动 检 测 设 备 和 综 合 诊 断 技 术 综 合 自动 检 测 设 备 的 技 术 主 要 的 以 V I X 总 线 为 核 心 的第 三 代 A T E 1 通 过 网 络 实 时 发 出故 障 信 息 和 备 件 需 求 2 实 现 故 障 的 远 程 诊 断 现 场 检 测 设 备 与 机 件 或 离 体 机 件 相 连 由 专 家 在 异 地 通 过 网 络 操 纵 AT E 对 飞 机 进 行 故 障 诊 断 F一1 6的 故 障 诊 断 时 间 减 少 了 3 8 故 障 诊 断 率 提 高 到 9 8 综 合 诊 断 技 术 是 通 过 综 合 自动 和 人 工 测 试 维 修 辅 助 措 施 技 术 信 息 人 员 和 培 训 等 要 素 使 装 备 诊 断 能 力 达 到 最 佳 的 设 计 和 管 理 过 程 它 采 用 系 统 工 程 方 法 通 过 诊 断 要 素 的 综 合 各 维 修 级 别 的 综 合 和 采 办 阶 段 的 综 合 使 装 备 具 有 1 0 0 的 故 障 检 测 和 隔 离 能 力 如 在 对 伊 战 争 中 使 用 c一 1 7 B一2等 飞 机 采 用 了 该 技 术 综 合 维 修 信 息 系 统 I MI S 能 够 向 外 场 起 飞 线 维 修 人 员 自动 提 供 来 自 各 方 面 的信 息 该 系 统 由 手 提 式 计 算 机 与 显 示 器 飞 机 维 修 控 制 板 维 修 工 作 站 和 软 件 包 等 4部 分 组 成 美 伊 战 争 中 充 分 应 用 于 F一1 6 F一1 5 F l 8 B一2等 飞 机 的外 场 修 理 使 机 群 保 持 了 很 高 的 完 好 率 交 互 式 电 子 技 术 手 册 以用 户 友 好 的 方 式 提 供 一 线 维 修 人 员 各 种 维 修 保 障 技 术 资 料 结 合 基 于 网 络 的 远 程 故 障 诊 断 系 统 还 可 以 提 高 一 线 维 护 人 员 的 维 修 保 障 能 力 缩 短 停 机 时 间 提 高 飞 机 完 好 水 平 目前 美 军 的 F一1 8 F一1 5 F一 1 4 D等 飞 机 都 配 备 了 交 互 电 子 手 册 实 践 表 明 8 5 的 维 修 任 务 可 以 在 第 一 时 间 内 正 确 完 成 同 时 还 减 少 了 人 为差 错 拟 用 于 J S F飞 机 的 预 测 与 状 况 管 理 系 统 AV P HM 可 用 于 信 息 的监 控 储 存 和 传 送 故 障 的 预 测 与 诊 断 使 飞 机 部 件 实 现 视 情 维 修 它 能 确 定 何 时 以 何 方 式 与 格 式 将 有 关 信 息 提 供 给 维 修 人 员 并 确 定 飞 机 的 任 务 能 力 和 所 需 的 维 修 工 作 也 可 向 飞 行 员 提 供 飞 行 中 的 飞 机 状 况 信 息 4 关 键 技 术 未 来 发 展 自动 化 智 能 化 仿 真 化 网 络 化 综 合 化 是 未 来 装 备 及 设 备 的必 然 趋 势 保 障 工 具 和 设 备 的单 元 体 化 将 拆 装 工 具 充 填 加 挂 设 备 地 面 电 源 等 进 行 模 块 化 设 计 通 过 单 元 的 组 合 就 可 以组 成 不 同 要 求 的 电源 车 液 压 车 挂 弹 车 等 保 障 设 备 微 机 电 系 统 该 技 术 将 对 现 代 和 未 来航 空 技 术 的 发 展 产 生 重 大 的影 响 还将 产 生 新 概 念 航 空 器 在 主 动 流动 控 制 智 能 结 构 智 能蒙 皮 微 型无 人 机 等 技 术 领 域 有 广 阔 的 应 用 前 景 将 微 机 电 系统 嵌 入 机 翼 和 发 动 机 叶 片 表 面 飞 机 结 构 件 中制 成 智 能 结 构 可 随 时 感 知 环 境 的参 数 变 化 迅 速 作 出响 应 实 现 自诊 断 自适 应 和 自修 复 等 功 能 多 电 全 电 发 动 机 技 术 多 电 全 电发 动 机 是 以 支 承 发 动 机 转 子 的 磁 性 轴 承 和 发 动 机 内装 式 起 动 发 电 机 为 核 心 配 以分 布 式 电 子 控 制 系 统 为 发 动 机 和 飞 机 各 个 系 统 提 供 电 能 的航 空 发 动 机 利 用 该 项 技 术 可 以 取 消 发 动 机 和 飞 机 的 机 械 传 动 气 压 液 压 和 润 滑 系 统 射 频 综 合 技 术 通 过 射 频 综 合 技 术 可 以 把 现 代 作 战 飞 机 装 备 着 的 各 自独 自开 发 的 各 种 功 能 的 传 感 器