航空可靠性发展综述

航空可靠性研究的发展

范中允

1引言

可靠性又称生存概率，用于衡量产品性能指标。可靠性是产品的基本属性，随着产品的存在而存在，但是可靠性却作为一个独立工程科学却只有30年历史。随着科学技术的发展，产品的可靠性逐渐体现出它的重要性，可靠性不仅影响产品的性能，还会影响国家经济和安全等重大问题，也成为了工程和科研的重点问题。由于社会需求的强大推动力，可靠性工程从概率统计、系统工程、质量控制、生产管理等科学的基础上建立起来，成为一门独立学科。

2可靠性的发展阶段

纵观可靠性工程的发展过程，可以将可靠性工程的发展分为准备和萌芽阶段、兴起和独立阶段、全面发展阶段、深入发展阶段。

2.1可靠性的准备和萌芽阶段（上世纪30-40年代）

在这一阶段，与可靠性相关的数学理论逐渐发展完全。可靠性的最主要理论是概率论，在17世纪初开始逐步确立；数理统计的理论在上世纪30年代开始也开始迅速发展。这些数学理论的逐渐成熟使得一些工程实际问题开始与数学理论相结合，开始产生可靠性的概念。

2.2可靠性的兴起和独立阶段（上世纪50年代）

上世纪50年代初，美国军用电子设备的失效率问题得到国防部的注意，，于是国防部成立了由军方、工业界、学术界组成了“电子设备可靠性顾问组”（AGREE）。1957年6月14号，AGREE发行了著名的《军用电子设备可靠性》，改报告对如何解决产品可靠性问题进行了广泛、系统、深入的研究并提出了一系列办法，成为美国一系列军标的基础。这份报告也在国际上提供了制定有关可靠性技术指标的依据。因此，AGREE可以被看作可靠性工程成为一门独立学科的里程碑。

2.3可靠性的全面发展阶段（上世纪60年代）

在这一阶段，世界各个国家受经济发展的带动，纷纷效仿美国制定、修订了一系列有关可靠性的军标、国标和国际标准，或是成立可靠性研究中心。这一时期的可靠性理论和成果如雨后春笋般显现：开发了加速寿命试验和快速筛选试验这两套更有效的试验方法；开发了按系统功能和参数预计可靠性的蒙特卡洛模拟法等新的可靠性预测技术；开拓了研究失效机理的可靠性物理这门新学科；发展了故障模式、影响及致命度分析（FMECA）和故障树分析（FTA）这两种有效的系统可靠性分析技术；发展了维修性、人的可靠性和安全性的研究；建立了有效的数据系统等。

2.4可靠性的深入发展阶段（上世纪70年代至今）

上世纪70年代以来，更严格、更符合实际、更有效的设计和试验方法得到了发展和应用，比如：更严格的简化和降额设计，这使得产品零件数大大减少，从而使其可靠性大为提高；发展了计算机负责的可靠性设计，包括复杂电子系统的可靠性预测及精确的热分析和热设计；研究了非电子设备（机械和机电设备）的可靠性设计和可靠性试验；采用组合环境应力试验，如温度-湿度-振动试验，以便更真实地模拟环境；加速环境应力筛选试验；可靠性

增长试验，以及加速寿命试验等。此外，维修工程也由以预防为主的维修思想转变为以可靠性为中心的维修思想。

3.可靠性在民用航空业的发展概况

3.1国外的发展状况

飞机可靠性是飞机质量的重要特性，是决定飞机效能和寿命周期费用的重要因素。在国际上，以波音和空客为代表的美国和欧洲飞机制造商，都有50年以上的大型民用飞机设计生产经验，其对可靠性、维修性的研究已经具有相当高的水平。美欧也是最早推行民用飞机可靠性研究的国家，对各种型号飞机的使用数据的收集、处理都有一套相对完备的程序，从而积累了大量民用飞机可靠性数据，在此基础上不断对可靠性理论进行完善和创新，并将各种可靠性的新理论、新方法应用到最新的民用飞机研究设计、制造、保障和客户支援上，这使得欧美国家在民用飞机可靠性的研究、应用、推广和发展上处于领先地位，为他们进行整机、系统、设备的创新性设计和可靠性评估提供了基本保证。

在飞机设计公司，可靠性不仅贯穿了其整个飞机设计、飞机定型试验、飞机制造、合作方选择、分包生产、保障支援等各个生产环节，而且还被广泛地应用到企业管理、营销管理、市场开发、客户服务等多种管理和商务活动中。如美国波音公司上世纪90年代设计的波音737NG系列商用飞机在设计时，全面应用可靠性、维修性的最新成果，使该飞机的使用维修费用减少了15%以上，对于飞机维修占运营成本很大比重的航空公司来说，波音公司提供了一种更加节约成本、更加经济飞机，可靠性为波音公司赢得了更多用户，帮助它占领市场。波音飞机也因此在行业内因其经济实用、质量好而耐用、有优良的维护性以及极佳的安全记录而在民用航空业内得到了极高的认同和广泛的赞誉，波音公司在民用航空领域的地位和成就、美国在航空领域的霸主地位，很大程度上要归功于其可靠性的发展和应用。

3.2我国的民航可靠性发展概况

我国的民用航空可靠性、维修性、保障性工程始于上世纪70年代，成长于80年代，自90年代进入了全面发展阶段。最具有代表意义的是运七直线飞机和运十干线飞机的研制。运10飞机是从1970年开始研制的，1980年首飞成功，1985年由于多种原因停止了研制。该飞机由上海飞机研究所和上海飞机制造厂共同研制。虽然运7、运10在研制过程中也考虑了部分可靠性的因素，但是其研制的目的都是解决有和无的问题，在方案设计阶段，更多的要考虑的是飞机性能，许多方面还谈不上可靠性设计。

我国实行改革开放政策后，民用飞机工业走上了对外合作的道路。从1985年开始，上航公司与美国麦道公司签订了合作生产MD82飞机的协议，后又续签了继续生产10架MD83飞机的协议，直到1994年生产了35架MD82、83飞机。与此同时，在MD82改型项目中，进行了飞机的可靠性设计、分析；在适航技术课题研究中，进行了CCAR25.1309符合性验证的研究。从1995年开始，中航工业又开始与麦道公司合作生产干线飞机MD90，虽然我国成飞、沈飞、西飞和上航公司都参与了生产，机体的国产化率也达到了70%以上，但由于我国不具有麦道飞机设计的知识产权，因此也很难有真正的可靠性设计和维修性设计。

1996年，我国的民用航空领域想与欧洲空客公司联合研制AE-100飞机项目，当时在北京集中了我国的一大批航空工业人才，成立了中航工业下属的民用飞机总体设计部，在国家有关部门的支持下开展了大量论证工作，民用飞机的可靠性工作也在过去积累的经验基础上上了一个新台阶。在国内航空界可靠性、维修性专业领域有关专家、学者的共同努力下，根据国际民航组织标准、中国民用航空条例、美军标、国标等有关标准及规定，在总结国内外