HB Z 285-1996 机载故障诊断分系统方案设计的优化程序.pdf

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1、工HB/Z 285-96 机1996-09-13发布1996-10-01实中国航空工业总公司批准中人民共和国航空工业标准机载故障诊断分系方案设计优化程序HB/Z285-96 1 主题内容与适用范围1 .1 本标准规定了机载故障诊断分系统方案设计的程序与方法。1.2 适用范围本标准适用于机载故障诊断分系统的研制阶段。2 引用标准GJB 451 可靠性维修性术语GJB 1364 装备费用-效能分析GJB 1391 故障模式、影响及危害性分析程序GJB万47装备测试性大纲3术语除以下术语外，其它术语应符合GJB4510 3.1 主系统执行基本任务必不可少的系统(设备)，它区别于执行测试或监控功能的系

2、统(设备)03.2联机(测试)在处于工作的系统(设备)上进行的测试。3.3 脱机(测试)在脱离工作环境的单元上进行的测试。3.4故障诊断分系统(FDS)检测和隔商系统(设备)某种工作异常或故障所必需的硬件和软件。3.5模糊组包含可能产生相同故障信号的故障的一组可更换单元。组中的每个可更换单元都可能是真正有故障的。3.6模糊度模糊组中包含的可更换单元数。中国航空工业总公司1996-13发布1锐16-10-01实施HB/Z285-96 4一艘要求4.1 基本因素承制方应进行权衡分析，确定整个寿命周期内满足性能和工作要求且维修效费最佳的FDS的设计方案。设计方案权衡的基本要素应考虑下面内容:8.合同

3、要求:b.备选主系统技术状态;c故障模式、影响及危害性分析(FMECA); d.备选诊断和隔离方法:e.寿命周期费用zt硬件和软件的标准化。4.2 工作程序FDS方案设计的般程序如下分析合同要求，确定FDS应具备的能力和设计约束条件:b.获取与主系统的技术状态(如果主系统布备选技术状态，则应包括该备选技术状态)相应的可靠性信息和F阻CA分析结果以及维修保障方案;c.综合以上信息，确定FDS可行的备选方案;应详细研究每个备选方案的复杂性、可靠法、维修性等设计特性和费用方面的信息，为有关工作提供这些信息;d.各种备选方案应进行费用(或效能、或效费)计算，选择最佳的方案，并提请订购方同意;e.根据获

4、得的可靠性、FMECA分析信息以及维修保障方案，对选定的FDS方案进行细化。为了确定输入数据可能的不确定性对最终结果的影响，应对所有的分析进行灵敏性分析。在评价和选择最终设计时，应考虑灵敏性分析结果，概述这些不确定性对最终设计方案性能、费用的潜在影响。图I为阳时设计过程的工作程序框图。5详细要求5.1 备选方案的拟定2 承制方应根据F列输入信息确定FDS的备选方案:8.合同要求:b.主系统灼技术状态;c主系统的可靠性数据;d.主系统的mEChe.维修和保障方案(或备选方案)。确定备选方案时应保证该方案首先满足检测率、隔离率等合同中规定的要求，然后才能进HB/Z285-96 行权衡分析。此外，备

5、选方案的数量应适当，做到既不丢弃有价值的方案，也不造成分析工作量过大。合同要求和主战系洛统技选术技状术状态态FDS:要求m可E靠CA性分信析息结果l备选方案维修保障方案费效用费钱比效汾能析或图1FDS方案设计工作程序框图5. 1 . 1 合同要求合同要求应用于确定:a. FDS的设计边界;b. FDS应提供的故障诊断和维修能力，如故障隔离时间极限、故障指示要求等;c可能影响目后方案选择的主系统的特定安装环境(位置，可达性温度等); d. F丽的可靠性及维修性要求。5.1.2 主系统的技术状态根据主系统的技术状态的信息应用于:a确定用FDS进行诊断的一个或多个系统、分系统、设备和外场可更换单元(

6、LRU); b.确定上述系统、分系统、设备和LRU的大小和功能;c.确定对各种诊断方案，系统、分系统、设备和软件的适用性;d.确定主系统内的共用性水平和余度情况;e.为可靠性、FMECA和维修性分析提供所需信息。5.1.3 可靠性和FMECA数据主系统的可靠性和FMECA数据应用于:a.确定每个I且U故障的相对频率;3 HB/Z285-96 b确定故障的危害度;C.确定故障影响、诊断的难度和可行的诊断方法。FMECA参照GJ1391工作项目1进行。进行FMECA的产品层次依赖于应用FDS的产品层次。例如，如果FDS设计用于将故障隔离3!JJmu, mu FMECA主要可能与每个I1l.U的输出

7、有关。5. 1.4 备选方案的组成5.1.1-5.1.3条所提供的信息应用于构成FDS可行的备选方案，这些备选方案可能包括:a.测试点供通用的人工测试设备(如电压表，示波器等)使用;b.综合故障传感器用于检测故障并将信号传递给自动诊断程序或人工测试点;C.指示器必须由操作人员监控和判断的用于度量主要参数或综合故障传感器输出(如仪表); d通过-不通过(/NO)指示器它们依据系统信号的强弱或综合故障传感器的输出指示故障;e.由计算机驱动的系统询问程序这种询问利用FDS内的一部小的专用计算机进行，其结果显示在通过-不通过指示器中;f由计算机驱动的系统诊断通过主系统内的专用处理故障的计算机或通用计算

8、机来进行，其结果显示在阴极射线管、打印机上等，显示器应能够编程和指明需要更换的具体的故障单元;g计算机诊断程序该程序通过识别故障单元和转换余度单元或重新编排、避开故障单元实现自修理;h以上几项的任意组合。5.1.5 订购方应提供的数据订购方要向承制方提供或帮助承制方获取费用模型和程序中所需的参数、数值的基本支持信息和数据。例如每年预期的运行小时和每维修工时的费用的信息和数据等，这些信息和数据应代表当时能得到的可用于分析、综合处理的合适的估计值。5. 1. 6 费用分析应进行费用分析以估计实施各种阳S备选方案的费用。应提供与每个备选方案有关的研制、生产和保障费用(与人力和硬件有关)的估计，这种估

9、计要达到使用本标准给出的费用模型所需要的程度。5.1.7 测试效能分析对每种ms备选方案，根据需要应对其进行测试效能分析，估计各备选方案的测试效能，测试效能估计可参考附录A给出的测试效能模型进行分析。5.2 最佳设计方案的选择应从FDS设计备选方案中选择最佳方案(考虑费用或效能或效费比)。要求使用本标准规定的费用并参考使用效能模型来确定最佳方案。如经订购方同意后也可使用其他模型。5.2.1 选择决策准则4 HB/Z285-96 决策准则是评价备选方案优劣的标准。它应由订购为同意。决策准则包括三种:等效能准则、等费用准则、效费比准则。选定或建立决策准则的具体事项参见GJB1364中AII。在FD

10、S实际设计时，各种备选方案首先必须满足规定的检测率、隔离率等要求，然后才能根据所选准则进行权衡。实际工作中，由于各备选方案间的检测率、隔离率往往相差不多，所以通常采用效能准则。5.2.2 进行权衡分析根据所选准则，进行权衡分析，计算FDS各备选方案的费用(或效能或效费)，并按优劣顺序排列，从而确定最佳的FDS方案。5.2.2.1 进行费用计算利用公式(1 )给出的模型进行费用计算，如果需要考虑维修工时作为约束条件，日I利用公式。)给出的模型进行维修工时的计算。5.2.2.1.1 费用模琅任-FDS备选方案的费用包括:研制费，生产费，为保证或完成FDS基本工作所需的以外的任何辅助测试或维修设备的

11、总费用，寿命周期内维修所需的辅助测试或维修设备的全部费用，利用FDS隔离故障所需费用，由盯珩之外方法隔离故障所需费用，确认未检测故障所需费用，修理FDS所需费用，平均FDS预防性维修费用，其计算公式如下:Cz二CD+ NCp + C山牛ZCmau.x+ (1 -P，.)Nopt.;ToZ(M嗣+MM,.) C翩+ P，NoPEToZMM，C刷+PoNo阳ToZCm+ N,.,TZ( CFMIIP一一一修理一个rns故障所需的平均总工时，h; M刷一一一由rns进行故障隔离或检测所需的平均维修E时(注意:如果故障隔离戎检测5 HB/Z 285-96 完全是自动的，则MMHi为零),h; MMHs

12、一完全隔离一个故障所需的平均维修工时，h;凡H，一一在FDS不能完成隔离情况下，采用人工查故障方法隔离到一个IRU所需的平均维修工时，h;MMHPm 每次FDS预防性维修(PM)活动的平均维修工时(如果FDS适用预防性维修的话),h; N一-所生产的FDS的台数或包含FDS的设备数:NF一一任一时刻外场使用的FDS的平均数或包含FDS的设备的平均数;No一一所使用的系统或设备数;p，.一一由适用的FDS不能隔离的主系统中的!RU故障的比例;P。一一一未检测出的主系统或设备故障的比例:1;,M FDS两次预防维修之间的工作小时，hT 每年、每台FDS的工作小时，h;To一一(每年)FDS直接服务

13、的每个系统戎设备等的工作小时，h;z一一系统或设备预期的使用年限(使用寿命)，ao 根据下面提供的查找和诊断故障的措施可用不同的方法计算风血篇:a.如果隔离是通过随机测试或更换A个国U来完成，则:MMHs = A提凡Hsa/2. . . . . . . (2) 式中:MMHm一一确定任一给定lRU是否故障的所需的平均维修五时，hb.如果提供了一个查故顺序指南，则应考虑每一次查故活动所需要的平均工时、每个单独lRU的故障的相对概率以及查故顺序来计算MMHs值。当阳5被设计成可隔离到唯一一个lRU时，则MMH掬零。5.2.2.1.2 FDS的维修工时模型仅考虑直接维修工时，总维修工时通常包括:Fm

14、隔离故障所需工时，用FDS之外的方法隔离故障所需工时，修理FDS所需工时，平均FDS预防性维修工时。其计算公式如下:T巳= (1 -I耳nN，foPETj岛Z(MMm+坷4曲H抽s)+l阜No).PE岛oZMMH，崎11+ 1岛V，扎，TZC+N凡fFTZJ跑凡4峙，/1;，M. . . . . . . . . .川. (3) 式中:几总维修工时，h。5.2.2.1.3 虚警率考虑H后的虚警率可对维修工时费用产生显著影响，此费用与特定的FDS设计方案有关。对每个考虑的FDS备选方案应根据过去的虚警率经验或工程判断评估。如果在目附设计方案之间虚警率有较大差别，这样的评估结果应综合到费用和维修工时

15、模型中。5.2.2.2进行效能计算参照附录A的模型计算各备选方案的效能。5.2.2.3计算费效比如果决策准则要求以效费比为基础，那么利用5.2.2.1，5.2.2.2的结果计算H览各备选6 HB/Z285-96 方案的效费比。5.3 ms方案的详细设计程序与方法以下程序给出了一种使m设计效费比最佳的定量方法，该方法考虑了维修、维修性、可靠性和费用等因素。经订购方同意，也可选用其他方法。5.3.1 设计前应进行的分析应进行分析以确定与FDS及其组成部分的特性有关的要求。5.3.1.1 确定设计约束如果合同中没有规定故障检测率、故障隔离率和相应的模糊度，则进行如下分析，以确定设计约束。分析中所用的

16、基本原则和方法应经订购方评审和批准。a.预计隔离到一个I且以已知一组LRU中某个LRU有故障)所需的时间和人力费用，预计时应考虑故障的LRU在LRU组中的相对故障频率和维修性特性;b.对维修工时和(或)平均修复时间(MTIR)要求进行分析，以确定最大故障隔离模糊度。此值应作为确定阳5平均模糊度A的目标值的依据;c.对那些设计要求采用独立的故障检测和故障隔离方法的情况，应确定最小的故障检测率;d.通过考虑维修工时或MITR要求、诊断，个不是由FDS识别的故障所需的费用和工时、没有检测到故障的情况以及这些故障发生的相对频率，分析确定隔离率(1-P，)的值，( 1 P，)值应与MlIR和维修工时要求

17、相互协调。5.3.1.2 FMECA分析应进行FMECA分析以确定:a适用的故障检测方法类型;b.在哪些部位应用诊断硬件和i软件可将故障隔离到一个I且U或一组LRU;c.可由所考虑的诊断方法检测出的每个LRU戎LRU组中的故障的比率。5.31.3 可靠性和维修性预计可靠性和维修性预计应进行到LRU级。5.3.1.4 与完成故障检测有关的费用信息分析应进行分析以提供与完成每种故障检测方法有关的费用信息。该费用应表示为生产费用、维修工时费用、寿命周期费用或订购方规定的费用(见5.3.2.2条中C岖的定义)。5.3.2设计方法本方法以下述原则为基础:一个效费比最佳的FDS隔离发生频率较高的故障的能力

18、应大于隔离发生频率较低的故障的能力。本方法要求在设计期间应考虑FDS的保障费用。决策的基本依据是使设备的故障隔离率与所消耗的资源的比率最大，即以最少的资源隔离最多的故障。在选择f一定数量的诊断方法后，利用5.3.2.3条迭代程序即可确定效费比最佳的测试步骤。5.3.2.1 应提供的信息通过5.3.1条的分析，应获得下列信息:a.与给定的诊断方法相应的最大故障隔离模糊度;7 HB/Z285-96 b.可由所考虑的诊断方法隔离的每个LRU或一组LRU中的故障的平均比率;c.所考虑的每个LRU的可靠性特性;d.可用于计算每个诊断方法的费用的信息。5.3.2.2 确定LRU组合的备选方案每次迭代对应一

19、种诊断方法(方法i)，然后使用矩阵族检查其可行性。例如，对某组的LRU，矩阵族中的每个矩阵将对包括特定LRU(LRU，)的全部I且U组提出实际的备选诊断方法，这里山U是前一步迭代选择的诊断方法中没有考虑的任-LRU。因此，第一次迭代时矩阵族将包括主系统的所有LRU矩阵，随着迭代的进行，矩阵族中的矩阵数将减少(见5.3.2.3)。每个矩阵的形式如下:包含第J个LRU的Ill.U组合2 K o 采用诊断方法i的LRU组合的备选方案组的大小Ni N2i N. Nm 故障检测率P oli p由 P P 费用C)i C,i C c. 矩阵中的每种组合(1，2，.，0)由包含第j个Ill.U的1J x个L

20、RU组成，X是最大故障隔离模糊度。矩阵中N表示由第i种诊断方法隔离的第k个山U组中的LRU总数(这里，组定义为4个或多个Ill.U的集合，组中某个山U发生故障时，隔离只进行到该集合，而不进行到单个Ill.U)。p也表示可由第1种诊断方法检测的第k个LRU组中的故障比率。C.可由第E种诊断方法隔离的第k个LRU组时的费用，该费用可以用如下几种方法表示:a实施第i种诊断方法所需的硬件费用，该费用不包括实施前(i一1)种诊断方法中已经花费的那些硬件费用(例如，第1种诊断方法可能需要在已实施的其它诊断方法之一中所包括的测试电路。在这种方法中应不包括该测试电路的费用。Ci也不应包括与使用已有电路或主设备

21、运行和功能所需的软件有关的费用); b实施第1种诊断方法，每年用于外场的诊断费用，为C. = Pc酣(PJ翩翩)+ (1-P，)M删叫)1T BF . (4) 式中:To一一(每年)FDS直接服务的系统(设备)等的工作小时，h;TBI一一系统(设备)的平均故障间隔时间，h;AE翩(D/N)在已知用第2种诊断方法将故障自动地隔离到由Nki个LRU组成的一组8 HB/Z285-96 lJl.U时，用半自动或人工方法将故障隔离到故障的lJl.U所需的平均维修工时.h; M皿(015)一一在自动诊断方法不能使用或不能将故障隔离到给定lJl.U组时，用半自动或人工方法隔离到有故障的lJl.U所需的平均维

22、修工时，h; PK表示设备故障时，第E种诊断方法第k组lJl.U中某个lJl.U发生故障的先验概率. s PK=ZFJEh . (5) 式中:S一一设备中的lJl.U总数:甲第个I且U的故障率，i/h。c. FDS本身的维修所需的后勤和保障资源的费用;d.上述任一组合的费用。5.3.2.3 迭代程序按照5.3.2.2建立诊断方法1的lJl.U组合的备选方案矩阵族。对所有lJl.U考虑针对每一个lJl.U的所有可能的组合的备选方案。按下式确定当i= 1时对每个lJl.U组合的备选方案值W= P.xPIC. (6) 式中:W当i= 1时，对每个lJl.U组合的备选方案值。选择使公式(6)数值最大的

23、备选方案。对诊断方法2建立新的矩阵族(不包括含有诊断方法I己诊断的lJl.U组中的任-lJl.U)，令i= 2，重复上述步骤。对i=3，4.，M，M为估计的lJl.U组数(诊断方法数)。重复上述步骤，直到所有lJl.U被分成由合适的诊断方法覆盖的LIl.U组(小于或等于X个lJl.U)。为减少诊断方法2矩阵族的规模，从方法2中去掉PdU值太大的lJl.U组合，此步骤-1(进行到i= Mo 9 HB/Z285-96 附录AFDS测试效能(参考件)FDS测试效能计算公式目前有多种，这里介绍一种较为常用的公式。E =主. . . . . . . . . . (Al) JUA F = C + R .

24、.(A2) =C+R+. . . . . . (A3) 若维修活动率大于1则:MA=F+F叫1-Q)势(N+ 1)/2 . (A4) 式中:EFDS测试效能;F一一被测系统的所有单元的故障率之和，包括BIT电路和监测电路的故障率.I/hMA 总的维修频率，l/h;C一一原位维修数:R一一由于故障造成的拆卸和更换数;r 由于FDS能力不足造成的无缺陷维修活动和拆卸的数量zQ fl施的质量水平;N一一系统中所包括的LRU的数量。在初步设计阶段，一般不考虑虚警的情况，所以在公式(A4)中未体现虚警的情况。在详细设计阶段，公式(A4)应加上虚警的因素，则公式(Al)可写成:F E =一一一. (的)- MA +号式中:TF 虚警发生频率要求。上述公式中F.Q可根据过去的数据获得。附加说明.本标准由中国航空工业总公司第三0-研究所提出;本标准由中国航空工业总公司第三O一研究所、六二八研究所负责起草，本标准主要起草人:庚桂平、林典伦、魏子山。I