基于直升機人—機—環(huán)境系統(tǒng)可靠性設(shè)計準則的應(yīng)用研究

李春秀　陳圣斌

摘? 要：該文基于以往的直升機型號可靠性設(shè)計的經(jīng)驗教訓(xùn)，提出了直升機人—機—環(huán)境系統(tǒng)設(shè)計準則的編寫程序，并對其應(yīng)用進行了研究。其目的是試圖通過引入直升機型號可靠性設(shè)計中“人的因素”和“環(huán)境因素”，并以此為基礎(chǔ)分析其對直升機可靠性的影響，以期拓展直升機可靠性設(shè)計準則的范圍和內(nèi)容，將直升機人—機—環(huán)境系統(tǒng)可靠性要求轉(zhuǎn)化為可靠性設(shè)計措施。

關(guān)鍵詞：人—機—環(huán)境系統(tǒng);直升機;設(shè)計準則

中圖分類號：V21? ? 文獻標志碼：A

0 概述

由于以往直升機型號可靠性設(shè)計準則中缺少對“人對直升機”、“環(huán)境對直升機”等因素的考慮，導(dǎo)致在型號研制階段直升機型號可靠性設(shè)計評審中缺少全面的檢查、驗證和審定的依據(jù)文件，提高了直升機型號研制風(fēng)險。

因此該文基于《直升機人—機—環(huán)境系統(tǒng)可靠性設(shè)計準則編寫的研究》，并根據(jù)以往直升機型號可靠性設(shè)計的經(jīng)驗和教訓(xùn)，首先提出了直升機人—機—環(huán)境系統(tǒng)可靠性設(shè)計準則的編寫程序，然后討論了直升機人—機—環(huán)境系統(tǒng)可靠性設(shè)計準則的基本內(nèi)容。最后，研究了型號設(shè)計中直升機人—機—環(huán)境系統(tǒng)可靠性設(shè)計準則的具體實施方法。

該文試圖通過引入型號可靠性設(shè)計要素 “人的因素”和“環(huán)境因素”，分析其對直升機型號可靠性設(shè)計的影響，并將這2種影響直升機可靠性設(shè)計的因素納入直升機可靠性設(shè)計準則的范圍中，以期可以將完善后的直升機人—機—環(huán)境系統(tǒng)可靠性要求轉(zhuǎn)化為直升機型號可靠性設(shè)計的具體執(zhí)行措施，從而提高直升機型號可靠性設(shè)計指標。

1 可靠性設(shè)計準則的編寫程序

根據(jù)以往直升機型號可靠性設(shè)計的經(jīng)驗和教訓(xùn)，該文提出如圖1所示的直升機型號可靠性設(shè)計準則編寫程序的要求，。

（1）直升機型號可靠性設(shè)計內(nèi)容和要求必須完整全面，涵蓋直升機型號設(shè)計中各類預(yù)期可靠性因素。

（2） 可靠性設(shè)計準則中各條款內(nèi)容對型號可靠性設(shè)計具有適用性和實用性，便于實施和執(zhí)行。

（3） 必須考慮可靠性設(shè)計準則中各條款內(nèi)容對型號可靠性設(shè)計預(yù)計代價，以及具體實施時給設(shè)計員帶來的工作負擔(dān)等。

（4） 需考慮可靠性設(shè)計準則中各條款和內(nèi)容在直升機型號設(shè)計中的介入時機和介入方式等。

2 可靠性設(shè)計準則的內(nèi)容

直升機人—機—環(huán)境系統(tǒng)可靠性設(shè)計準則主要包括3個部分內(nèi)容。

（1） 人—機系統(tǒng)的可靠性設(shè)計準則。

（2）直升機和系統(tǒng)可靠性設(shè)計準則。

（3） 機—環(huán)境系統(tǒng)的可靠性設(shè)計準則。

其中，根據(jù)從20世紀90年代至今20多年的直升機型號可靠性的研制經(jīng)驗，已經(jīng)形成了比較完善的直升機和系統(tǒng)的可靠性設(shè)計準則，這些準則對直升機可靠性設(shè)計起了較大的促進作用。但目前直升機型號可靠性設(shè)計中仍缺乏對“人—機系統(tǒng)的可靠性設(shè)計準則”和“機—環(huán)境系統(tǒng)的可靠性設(shè)計準則”的考慮，導(dǎo)致直升機型號研制過程中相關(guān)可靠性設(shè)計問題重復(fù)出現(xiàn)，嚴重影響了直升機型號的研制進度。因此，就直升機人—機—環(huán)境系統(tǒng)的可靠性設(shè)計準則而言，應(yīng)致力于對“人—機系統(tǒng)的可靠性設(shè)計準則”和“機—環(huán)境系統(tǒng)的可靠性設(shè)計準則”這2個部分的要求和內(nèi)容進行研究。

2.1 人—機系統(tǒng)可靠性設(shè)計準則

人—機系統(tǒng)可靠性設(shè)計準則，主要是規(guī)范人—機接口的可靠性設(shè)計要求。

其中一般要求包括標準化、功能分配、人—機接口設(shè)計、故障或失效的安全設(shè)計、簡化設(shè)計、相互作用、安全性、耐火性、 核生化環(huán)境下的生存性設(shè)計、 電沖擊防護設(shè)計、自動化等。

詳細要求包括控制—顯示一體化、目視顯示器、音響告警、控制器、標識、結(jié)構(gòu)相容性、座艙設(shè)計、環(huán)境、使用與維修、危險與安全性、人與計算機接口、減少維修差錯設(shè)計等。

2.2 機—環(huán)境系統(tǒng)可靠性設(shè)計準則

該文中的機—環(huán)境系統(tǒng)可靠性設(shè)計要求是指直升機在空域環(huán)境或機外環(huán)境中的可靠性和安全性要求。其中環(huán)境是指大氣環(huán)境中的雷電/高強度輻射場、地形地貌、電線電纜、鳥撞、外來物等。因此這一準則包括防雷電/高強度輻射場設(shè)計、防高壓電纜設(shè)計、防鳥撞設(shè)計、防可控飛行撞地設(shè)計、防核防生化污染設(shè)計等。

3 可靠性設(shè)計準則的貫徹實施

可靠性設(shè)計準則是型號設(shè)計的強制性的設(shè)計規(guī)范。20世紀90年代至今的20年以上的多個型號的設(shè)計中，雖然都強調(diào)可靠性設(shè)計的重要性，但執(zhí)行的效果卻不盡如人意。準則中強調(diào)防差錯設(shè)計，但是實際工作中，會經(jīng)常出現(xiàn)左、右腳蹬反接;左、右航向助力器反接;水平尾翼前后倒裝;上天線連接饋線與下天線連接饋線反接等低級錯誤。凡此種問題中除了可靠性設(shè)計準則存在 “工程化、具體化、實用化”的問題，使設(shè)計人員難以實施之外，還存在可靠性設(shè)計方法的問題，即設(shè)計人員在圖樣設(shè)計中沒有嚴格按照國軍標（GJB181，GJB150等）程序要求中的相應(yīng)條款進行設(shè)計，而是在圖樣設(shè)計完成之后，對照設(shè)計準則進行符合性檢查與分析，這樣的結(jié)果是可靠性設(shè)計與圖樣的性能設(shè)計脫節(jié)，使可靠性設(shè)計變成了事后工作，顯然效果有限。可靠性設(shè)計變成了一種被動的工作，不能對系統(tǒng)性能進行綜合考慮。

為此，該文提出了以下工作思路，以便將可靠性設(shè)計準則的貫徹實施作為直升機型號設(shè)計過程中重點考慮部分：

第一步，對可靠性設(shè)計準則的相應(yīng)條款與要求進行分析，梳理出具體的設(shè)計措施。

第二步，將可靠性設(shè)計措施融入圖樣設(shè)計中。

第三步，按設(shè)計準則進行符合性分析、檢查和評估。

3.1 可靠性設(shè)計準則的分析

可靠性設(shè)計工作最重要的是將可靠性設(shè)計準則作為型號設(shè)計規(guī)范的一部分，在設(shè)計中嚴格按照可靠性設(shè)計準則要求貫徹實施。其中最重要的是將準則中的可靠性要求轉(zhuǎn)化為圖樣設(shè)計的具體設(shè)計措施，為此，應(yīng)按以下要求完成可靠性設(shè)計準則的分析工作。

1）設(shè)計人員應(yīng)加深對可靠性設(shè)計準則中相應(yīng)條款內(nèi)容及要求的理解。

2）將設(shè)計準則的要求，以提問的方式進行逐一分析，對發(fā)現(xiàn)的問題，按準則要求，提出設(shè)計措施。

人—機系統(tǒng)設(shè)計準則中的防差錯設(shè)計可按圖2的程序進行分析，以找到相應(yīng)的設(shè)計措施。

3.2 可靠性設(shè)計要求轉(zhuǎn)化和實施

以直升機水平尾冀連接防差錯設(shè)計為例進行分析，為防止水平尾翼的前后錯接或錯位連接可以采取的方法有：1）增加定位銷設(shè)計;2）水平尾翼與尾段的連接采用不同孔徑的安裝螺栓;3）不同的安裝尺寸。

為了檢查與評估可靠性設(shè)計準則在圖樣設(shè)計中貫徹實施情況，該文梳理了表1系統(tǒng)可靠性設(shè)計準則符合性分析要素，系統(tǒng)可按表1的模式對可靠性設(shè)計準則的相應(yīng)條款進行符合性分析。

表1 系統(tǒng)可靠性設(shè)計準則符合性分析

準則條款編號 可靠性設(shè)計準則條款內(nèi)容 采取的設(shè)計措施

在以往的直升機型號設(shè)計中，也曾嘗試按照表1的模式進行可靠性設(shè)計準則符合性分析。但從所做的可靠性設(shè)計準則符合性分析報告來看，主要存在下列問題：1）分析過于簡單，只描述實施結(jié)果，缺乏符合性核查環(huán)節(jié);2）大多數(shù)系統(tǒng)可靠性設(shè)計，缺乏符合性核查過程記錄;3）可靠性設(shè)計未考慮后續(xù)可實施性和成本。

因此在進行直升機型號可靠性設(shè)計過程中，應(yīng)嚴格按照設(shè)計準則中的要求對系統(tǒng)進行可靠性性能、可靠性設(shè)計使用費用和可靠性實施方案的分析，需綜合考慮各項要素，并選擇合適的設(shè)計和驗證方案;保留好可靠性設(shè)計和分析過程記錄，以確?？梢詾楹罄m(xù)直升機型號可靠性設(shè)計方案和符合性的核查提供支撐。

4 結(jié)論

通過上面的研究分析可以得出。直升機型號可靠性設(shè)計準則的內(nèi)容，必須涵蓋直升機型號本身的設(shè)計要求;充分考慮“人的因素”及“外部環(huán)境條件”直升機安全性、可靠性的影響。在直升機可靠性設(shè)計準則的貫徹實施過程中，不僅要進行可靠性符合性的檢查、分析，找出未能滿足要求的設(shè)計缺陷/差錯，最重要的是要對條款內(nèi)容進行分析，找出相應(yīng)的設(shè)計措施，并將設(shè)計措施轉(zhuǎn)化為圖樣設(shè)計。

參考文獻

[1]陳圣斌， 郝宗敏.直升機性能與RMS綜合設(shè)計的研究[J].直升機技術(shù)， 2006（4）：23-29.

[2]陳圣斌，周曉光，曾曼成.可靠性設(shè)計分析、評估準則的編制與應(yīng)用研究[J].直升機技術(shù)，2010（12）：6-10.