張逸飛

摘 要：電氣線路互聯(lián)系統(tǒng)（EWIS）的可靠性對于飛機飛行安全起到決定性作用。由于EWIS自身的特殊性，對其進行可靠性分析時要考慮多部件和線路老化、腐蝕等各隨機因素對其可靠性的影響。在可靠性評估的基礎上安排合理的維修方法，預防EWIS故障的出現(xiàn)，或對已出現(xiàn)的故障及時進行排查和修復。GO法是一種對復雜多態(tài)系統(tǒng)建模的有效方法。其主要步驟是建立GO圖和進行GO運算來分析和評估系統(tǒng)可靠性。本文應用GO法對某飛機發(fā)電機EWIS冗余系統(tǒng)進行運算分析，得到系統(tǒng)正常運行可靠性。

關鍵詞：電氣線路互聯(lián)系統(tǒng)（EWIS）;系統(tǒng)可靠性;GO法

中圖分類號：V242.4+1;TB114.3文獻標識碼：A

自2009年工作項目中首次出現(xiàn)“EWIS”標識以來，飛機的“電氣線路互聯(lián)系統(tǒng)（Electrical Wiring Interconnection System，簡稱EWIS）概念已經在航空業(yè)界逐步得到認同。2007 年底美國聯(lián)邦航空局（FAA）發(fā)布FAR25部第123號修正案，使得EWIS正式成為現(xiàn)代民機設計和運營體系中一個重要的獨立專業(yè)系統(tǒng)[1]。EWIS是用電區(qū)域間傳輸電能（包括數據和信號）的各種電纜、連接器、布線器等的組合，存在明顯的系統(tǒng)結構。系統(tǒng)連接各機載設備涉及的電氣部分。作為這些電氣系統(tǒng)的基礎，EWIS在航空工程中起著重要作用，其可靠性直接影響飛機飛行安全。

EWIS線路老化、腐蝕、不正確的安裝和維修，以及意外損傷等均會引起EWIS狀況惡化或故障。如1994年西北航空公司B2610號飛機，執(zhí)行飛行任務時，由于地面維修人員在更換安裝架時，錯插插頭，破壞了飛機的穩(wěn)定性，使飛機在升空后失去控制在空中解體。可見EWIS故障發(fā)生前安排合理的預防性維修任務是十分必要的。預防性維修主要針對飛機在航行過程中發(fā)生的EWIS部件的故障或失效，或者在定期檢查中發(fā)現(xiàn)EWIS部件的損傷和退化后所進行的恢復故障部件設計性能的維修任務[2]。

目前，保證飛機電氣系統(tǒng)可靠性與維修性的方法是對高故障率維修單位采用維修時間短、維修成本低的部件，以此來控制系統(tǒng)的平均維修時間和平均維修成本[3]。但是相比于其他電氣系統(tǒng)，EWIS具有其自身的特殊性。首先，EWIS部件種類不多但數量眾多，且安裝在飛機各個區(qū)域。因此僅僅以單部件退化性能的可靠性為依據來進行EWIS可靠性分析與評估，其結果不符合實際情況。因此，必須考慮更多隨機因素對EWIS可靠性的影響。其次，考慮EWIS系統(tǒng)部件各連接路徑的其他部件及其對構成系統(tǒng)結構的綜合影[4]。在可靠性評估的基礎上，安排合理的維修計劃可以預防EWIS故障的出現(xiàn)，或在故障出現(xiàn)后及時進行排除和修復。因此，有必要采用先進的可靠性工程技術進行EWIS設計，從而整體提升飛機安全性。

1 基于GO法的可靠性分析方法

可靠性是指部件在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內完成規(guī)定功能的能力。復雜系統(tǒng)的相關技術研究是可靠性領域的研究熱點之一。復雜系統(tǒng)的部件數目較多，且各部件間存在著明顯的結構特征，如串/并聯(lián)、冗余等。同時復雜環(huán)境、負載、老化等問題使部件存在多種失效形式，使系統(tǒng)呈現(xiàn)多狀態(tài)性質[4]。傳統(tǒng)系統(tǒng)可靠性建模評估局限于二狀態(tài)系統(tǒng)（成功和失效），如可靠性框圖、故障樹分析法等。隨著工程系統(tǒng)日趨復雜化，對系統(tǒng)可靠性的精確評估和優(yōu)化設計的要求越來越高，二狀態(tài)可靠性理論已經不能滿足系統(tǒng)分析需求。

GO法是一種對復雜多態(tài)系統(tǒng)建模的有效方法[6，7]，該方法可通過分析原理圖、流程圖或工程圖等的結構關系直接建立復雜多態(tài)系統(tǒng)GO圖。GO法主要步驟是建立GO圖和進行GO運算來分析和評估系統(tǒng)可靠性。GO圖建立時，要求標明操作符類型和編號，至少有一個輸入操作符（類型4或5），其余操作符輸入輸出信號流連通且不存在反饋環(huán)節(jié)[7]。GO運算有狀態(tài)組合算法（定性）及概率公式算法（定量）。定性運算根據操作符運算規(guī)則分析系統(tǒng)輸出信號狀態(tài)及各狀態(tài)可能的組合。定量運算在定性運算基礎上，計算輸出信號各狀態(tài)概率，由于系統(tǒng)輸出信號各狀態(tài)相互獨立，可直接計算得到系統(tǒng)狀態(tài)概率。定量計算過程中，若某操作符輸出信號為后序兩個或多個操作符的輸入信號，則該信號為共有信號，需要修正。

2 GO法的基本運算過程

GO法的定量評估一般采用時序計算方法，即從輸入操作符開始，沿信號流序列，按操作符運算規(guī)則，逐步計算信號流的狀態(tài)概率，直至代表系統(tǒng)的最終輸出信號。在此基礎上，沈祖培[8]提出GO法定量計算的新算法并補充了復雜系統(tǒng)共有信號的修正方法，即在多數情況下可以直接計算所有信號流的狀態(tài)概率。但是對類型2和類型11操作符，輸入信號中同時包含的共有信號將被修正。以某平臺控制系統(tǒng)為例，說明GO法的可靠性定量評估過程。系統(tǒng)有3個操作符組成，各操作符組成串聯(lián)結構，其中操作符1為信號輸入，含有（1）、無（2）信號兩個狀態(tài)。操作符2有三個狀態(tài)，狀態(tài)（0）表示異常動作，狀態(tài)（1）表示正常運行，狀態(tài)（2）表示故障狀態(tài)。操作符3有成功（1）和故障（2）兩種狀態(tài)。因此該系統(tǒng)是一個簡單的多狀態(tài)串聯(lián)系統(tǒng)，系統(tǒng)GO圖如圖1所示，相應的各操作符功能及其狀態(tài)概率如表1所示。

平臺控制系統(tǒng)的操作符3輸出信號狀態(tài)概率即為系統(tǒng)狀態(tài)概率，其中異常工作狀態(tài)概率為0.09，正常工作狀態(tài)概率為0.648，故障狀態(tài)概率為0.262。因此平臺控制系統(tǒng)的可靠性為0.648。

3 基于GO法的冗余EWIS可靠性分析

某戰(zhàn)斗機發(fā)電機EWIS系統(tǒng)設計是由28V低壓直流電和115/200V，400Hz三相恒速恒頻交流系統(tǒng)組成的混合供電系統(tǒng)[3]。該系統(tǒng)是由控制保護器（GCU）、發(fā)電機及各類接觸器組成的發(fā)電系統(tǒng)。設計中交流發(fā)電機供電系統(tǒng)與直流供電系統(tǒng)分別連接匯流條供電。設計系統(tǒng)是冷貯備形式，應急交流發(fā)電機作為發(fā)電系統(tǒng)的主冗余備件。冷貯備系統(tǒng)各冗余備件在主發(fā)電系統(tǒng)工作失效時，立即啟動運行，冗余備件在貯備期間性能既不失效也不退化[9]。