張紹杰 陶 峰 黃一敏

（1.中國商飛上海飛機設計研究院， 上海 201210；2. 南京航空航天大學，江蘇 南京 210016）

“電氣線路互聯(lián)系統(tǒng)[1]”（EWIS）是指“安裝在飛機上任何區(qū)域的，用于在兩個或多個端接點之間傳輸電能（包括數(shù)據(jù)和信號）的各種電線、端接器件、布線器件或其組合”。針對EWIS的適航規(guī)章要求是根據(jù)2007年美國運輸類飛機適航規(guī)章FAR 25的123號修正案正式提出的，之前飛機上的布線只是作為支持飛機系統(tǒng)功能的一部分，沒有單獨的適航要求。

在FAR 25的123號修正案提出后，新設計飛機的EWIS應按照EWIS適航規(guī)章要求進行適航審定。目前已經(jīng)明確要通過EWIS適航審定[2]的國外民機項目空客A350 XWB和波音B787–9也處于研發(fā)階段，國外申請人和適航當局也尚處于對EWIS規(guī)章的理解和審定原則把握的討論過程中。

系統(tǒng)安全性評估是適航審定過程中的重要工作，§25.1709“EWIS系統(tǒng)安全”提出了對EWIS進行安全性評估的要求。因此，在現(xiàn)階段開展EWIS安全性評估研究具有重要意義。

系統(tǒng)安全性評估是貫穿飛機設計始終的工作，涉及飛機、系統(tǒng)設計、安全性評估流程和安全性分析方法等內(nèi)容。FAA發(fā)布的咨詢通告AC 25.1701–1[3]針對§25.1709給出了參考的安全性評估流程。但如何依據(jù)該流程開展安全性評估工作，仍有許多問題需要解決。本文結合AC 25.1701–1的EWIS安全性評估流程，以及飛機、EWIS設計和ARP 4761[4]系統(tǒng)安全性評估過程，研究EWIS安全性評估的實施過程。

1 EWIS安全性評估主要工作分析

AC 25.1701–1給出了型號合格審定過程中進行的EWIS安全性評估的參考流程，主要內(nèi)容見參考文獻[5]。EWIS安全性評估從飛機級“功能危險性評估”（FHA）開始，用以確定與EWIS相關的災難性和危險的失效狀態(tài)。然后根據(jù)EWIS的物理失效和功能失效對飛機造成的影響，分別進行評估。

1.1 飛機級FHA

這里的FHA是為了符合§25.1309進行的飛機級FHA，并不是專門用來表明符合§25.1709而單獨進行的評估。

在進行FHA的過程中，應考慮與EWIS相關的功能失效，并考慮電氣線路攜帶的能量、信號或信息數(shù)據(jù)。因為EWIS的失效可能導致飛機系統(tǒng)的功能喪失，從而對飛機的安全性產(chǎn)生影響。

1.2 物理失效分析

物理失效分析考慮所有系統(tǒng)的所有布線，而不論系統(tǒng)失效可能造成的功能危險。只分析單共因失效，不考慮多共因失效。

物理失效分析包括EWIS特性的確定、安裝標準的確認和驗證、減輕措施的設計和確認、合并減輕措施以及生成分析結果5個步驟。需要根據(jù)飛機和系統(tǒng)的FHA、初步系統(tǒng)安全性評估（PSSA）和系統(tǒng)安全性評估（SSA）的結果，利用飛機如數(shù)字樣機、物理樣機、飛機參數(shù)、歷史數(shù)據(jù)等可用的信息，采用首件制品檢查、設計評審、“特定風險分析”（PRA）、“區(qū)域安全性分析”（ZSA）、“共模分析”（CMA）、區(qū)域檢查等檢查和分析的方法。對于EWIS部件的磨損、腐蝕等物理失效，主要通過設計、安裝、后期維護等盡量避免。對于發(fā)生電弧造成的附帶損傷、火災等對飛機安全性的影響，結合歷史經(jīng)驗數(shù)據(jù)、試驗分析等方法進行分析，給出必要的設計改進措施。

1.3 功能失效分析

功能失效分析主要分析由于EWIS提供的功能失效對系統(tǒng)和飛機安全性的影響。

功能失效分析包括與EWIS相關系統(tǒng)的安全性評估、失效狀態(tài)的確定、減輕措施的設計和確認以及生成EWIS安全性評估結論文檔4個步驟。同樣需要與飛機和系統(tǒng)FHA、PSSA和SSA交互進行評估，采用的主要安全性分析方法有“失效模式及影響分析”（FMEA）、“故障樹分析”（FTA）和CMA（分析FTA中與EWIS相關的“與門”）等方法，用以評估EWIS提供的功能失效（短路、開路）對飛機、系統(tǒng)功能的影響，給出必要的設計改進措施。

2 飛機系統(tǒng)安全性評估和EWIS設計過程分析

2.1 飛機設計和系統(tǒng)安全性評估

飛機設計按照系統(tǒng)工程的研制流程，主要包括概念設計、初步設計、詳細設計、試制和批量生產(chǎn)階段。系統(tǒng)安全性評估和飛機系統(tǒng)設計是交互迭代進行的，系統(tǒng)安全性評估[4]主要分為FHA、PSSA和SSA 3個階段，如圖1所示。

FHA分為飛機級FHA和系統(tǒng)級FHA，是在飛機概念設計和初步設計階段用以確認飛機和系統(tǒng)功能的失效狀態(tài)、失效狀態(tài)的影響，并向低層次分配失效狀態(tài)的定量或定性設計要求。為了支持FHA需要進行FTA或“共因分析”（CCA）。

PSSA是檢查所提出的系統(tǒng)構架，確定如何導致FHA確定的功能危險性，如何能夠滿足FHA要求。PSSA的輸入有飛機和系統(tǒng)級FHA、初步CCA、系統(tǒng)構架說明。PSSA的輸出為較低層次（軟硬件）設計、飛機安裝、使用（飛行和維修）等的安全性要求。PSSA失效狀態(tài)分析需要部分的依賴工程判斷以及相似設計的使用經(jīng)驗，其評估過程是迭代的，隨著設計的進展而進行完善。進行PSSA的分析方法主要采用FTA和CCA。

SSA是對系統(tǒng)、系統(tǒng)構架和安裝進行系統(tǒng)性的、全面的評估，用以驗證其是否符合FHA和PSSA的安全性要求。對這些要求的驗證采用試驗、分析、證明和檢查中的一個或多個方法來實現(xiàn)。進行分析的方法主要有FTA、FMEA和CCA。對于不同層次上實施的PSSA，都有對應的SSA。

2.2 EWIS設計過程

圖1 飛機設計和系統(tǒng)安全性評估流程圖

EWIS設計主要包括EWIS線路互聯(lián)設計、線束安裝設計、綜合設計、元器件設計和其他設計等內(nèi)容。線路互聯(lián)設計主要是對EWIS提供的功能進行設計，包括原理框圖設計、電氣原理圖設計和線路圖設計等。線束安裝設計包括空間預留、數(shù)字樣機設計、線束安裝圖設計等。綜合設計考慮EWIS線路互聯(lián)設計的系統(tǒng)功能要求和線束安裝設計的物理安裝要求，是功能與物理的綜合。元器件設計和其他設計的主要內(nèi)容以及飛機設計各階段的設計進度見表1。

表1 EWIS設計進程表

3 EWIS安全性評估的實施研究

由于EWIS的主要作用是支持各系統(tǒng)與電氣線路相關功能的實現(xiàn)，所以其安全性評估過程和方法也與為了符合§25.1309進行的飛機各功能系統(tǒng)的安全性評估過程不同。下文所述FHA、PSSA和SSA是為符合§25.1309而進行的評估，不是單獨為了滿足EWIS安全性評估而進行的。

在上文分析的基礎上，結合EWIS設計過程、AC 25.1701–1的EWIS安全性評估流程和EWIS安全性評估的主要工作內(nèi)容，以及ARP 4761的系統(tǒng)安全性評估過程，將EWIS安全性評估的實施總結為如下2個階段。

3.1 FHA和PSSA階段

系統(tǒng)安全性評估的FHA階段，主要是確定飛機級功能，進行飛機級FHA；確定系統(tǒng)構架，進行各功能系統(tǒng)FHA。隨著設計的細化，將系統(tǒng)功能分配到組件，進行PSSA。用到的分析方法主要為FTA和CCA。

在FHA階段開展FTA和PSSA階段進行FTA迭代時，需要考慮EWIS失效的影響，可根據(jù)經(jīng)驗和積累的設計數(shù)據(jù)為EWIS分配相應的失效率。根據(jù)EWIS線路互聯(lián)設計（原理框圖、電氣原理圖）和線束安裝設計（空間預留、初步數(shù)字樣機），依據(jù)初步數(shù)字樣機，考慮EWIS的分開和隔離，以及磨損、腐蝕和電弧等物理失效可能造成的影響，進行初步ZSA。對如轉子爆破、輪胎爆破、鳥撞、炸彈爆炸、高壓瓶、高壓管、擺動軸、大風車等可能對線路、關鍵系統(tǒng)余度線路和設備布局產(chǎn)生影響的特定風險項目，進行PRA時應予以特別關注。

3.2 SSA階段

隨著系統(tǒng)設計逐步細化到零件和軟件、硬件，在SSA階段FTA再次迭代修改。此階段的FTA考慮詳細線路圖，根據(jù)支持系統(tǒng)功能的線束分布，針對不同線束段（區(qū)域和線束變化），分別考慮短路和開路失效，開展詳細的FMEA，進行底事件概率計算，以支持系統(tǒng)的FTA。其中的短路應考慮對不同電壓（如115V對28V、28V對28V、115V對115V等）、對地、電線對信號線短路等失效，依據(jù)系統(tǒng)和安裝特性，通過試驗、歷史經(jīng)驗數(shù)據(jù)等方法分配相應的失效率。

CMA主要針對EWIS功能失效分析部分的FTA中與EWIS相關的“與門”，以及線路設計安裝中的生產(chǎn)/修理缺陷、安裝差錯、要求的差錯、環(huán)境因素等進行分析。包括對EWIS組件內(nèi)部（部件/組件級CMA）和EWIS設計、安裝對系統(tǒng)（系統(tǒng)/飛機級CMA）的影響分析。

依據(jù)線束安裝和線束綜合設計的結果，針對包含布線的區(qū)域進行詳細的ZSA。進行ZSA時，考慮區(qū)域中液壓、氧氣、燃油等管路和鋼索、運動設備等外部危險源對EWIS的影響。以及EWIS作為危險源，發(fā)生電弧時對區(qū)域內(nèi)其他系統(tǒng)和設備的影響。

4 結束語

本文針對運輸類飛機適航規(guī)章中提出的對EWIS的安全性評估要求，結合相關咨詢通告、工業(yè)標準和EWIS設計實踐，分析了EWIS安全性評估與按§25.1309進行的安全性評估的主要工作內(nèi)容，提出了EWIS安全性評估的實施過程，為EWIS滿足適航要求的設計提供技術參考。

[1]FAR 25Airworthiness Standards : Transport Category Airplanes[S].

[2]肖乾，于新生，袁征. 國外民機EWIS設計先進理念的介紹與探討[J]. 民用飛機設計與研究，2010，4：42–44，68.

[3]AC 25.1701–1Certif i cation of Electrical Wiring Interconnection Systems on Transport Category Airplanes[S].

[4]ARP4761Guidelines and methods for conducting the safety assessment process on airborne systems and equipments[S].

[5]張紹杰，陶峰，黃一敏. 商用飛機EWIS安全性評估流程及關鍵技術[J].國際航空，2012，2：54–57.