关于FAA咨询通告AC 20-157 如何准备飞机系统和设备的可靠性评估计划的研究

徐 海

（中国民用航空沈阳航空器适航审定中心，辽宁 沈阳 110043）

一、概述

随着民用航空器技术日新月异的发展，飞机和发动机电子和电气系统可靠性评估越来越引起制造厂商和适航审查当局的重视。美国适航当局FAA 2007年1月19日发布咨询通告AC20-157，至今无其他新修订版本。主题是“如何准备飞机系统和设备的可靠性评估计划”，其内容介绍了如何开发和使用可靠性评估计划。是申请人编制和使用可靠性评估计划的一份纲领性指导文件。

此咨询通告的适用范围是飞机系统和设备可靠性评估计划包括飞机和发动机的电子和电气系统，以及机电元件和设备的可靠性。但并不包括其他机械或流体系统。下面通过结合一些适航审定要求和要素来分析和研究如何准备一份飞机系统和设备的可靠性评估计划。

二、适航要求解析

关于飞机和发动机电子和电气系统，以及机电元件和设备的可靠性在CCAR-23，25，27，29规章中第1309条中有关于飞机可靠性的相关内容。

此份咨询通告所涉及的可靠性评估计划，虽然在美国申请人的航空器设计和运行过程中已经开始广泛使用，但尚未在中国民航适航部门中强制要求申请人完成，也未被局方列为适航审查所必须的符合性报告。但是，申请人可以使用可靠性评估计划来作为提交适航部门的飞机和发动机的电子和电气系统安全性分析报告和持续适航评估报告的辅助支撑文件，也可以作为申请人设计决策和系统架构选择等支持性文件。

三、符合性验证技术研究

编制一份可控制的评估计划文件，可重复的流程，以评估飞机和发动机的电子和电气系统，包括机电元件和设备的可靠性。此外，咨询通告还介绍了可靠性评估计划的用途和优点，应用哪些指导性文件帮助申请人来完成可靠性评估计划，以及如何使用计划及其结果。

此咨询通告中并没有介绍具体的符合性验证方法，但是推荐了可以使用SAE ARP 5890作为一个框架，来指导制定一项 可靠性评估计划。编制一份可靠性评估计划有可能涉及的其他参考文件还包括SAE M-102/95 “可靠性、可维护性和可支持性指南”、SAE JA 1000 “可靠性程序标准”，以及SAE JA 1000/1“可靠性计划标准实施指南”。

正确理解电子电气设备的可靠性，使用 SAE ARP 5890 作为参考模型，可以开发一个结合了数据和方法适合的产品类型和设计、资格认证和运行中航空器生命周期各阶段的可靠性评估计划。

该咨询通告介绍了如何依据一些标准文件中推荐的方法来使用可靠性评估计划及其结果，以及相关标准的作用和联系。

可靠性评估是数值评估，为了实现产品设备满足可靠性要求和目标，应按照可靠性评估计划进行评估，并使用评估结果作为系统安全性评估和系统构架选择的输入。SAE ARP 4761说明了如何确定系统的安全性评估和系统开发。

可靠性评估结果是故障树，故障模式和影响分析，以及在SAE ARP 4761中的其他任务等很多安全评估任务重要的输入。如果应用可靠性评估方法进行数值的安全评估，则该部分安全评估必须依据于可靠性实践。另一方面，可靠性评估也对安全分析中的使用规则范围和假设做了很好的检验。

SAE AIR 5022介绍了如何集成可靠性和安全性评估过程，并介绍了一些经常执行的可靠性和安全性的分析任务，强调它们的相互关系和共同的数据元素。

对于执行复杂和相关的功能的高度综合的系统，包括可靠性评估计划中的批准及验证的过程和活动。可以使用SAE ARP 4754，作为安全性评价的批准和验证过程和活动指南。

当为一个特定的申请人选择一种特别的可靠性评估方法时，复审那种方法的准确性和局限性。在计划内证明所使用的方法正确。证明中应该包括在评估数据和假设中处理不确定性的方法。

SAE ARP 5890提供了可靠性评估方法和工具。MIL-HDBK-217F CHG Notice 2、以及电器研究所和电子工程师 IEEE 1413和IEEE 1413.1提供了可接受的方法来预测给定的电子元器件的可靠性。可以使用可靠性分析中心的非电子的零件可靠性数据（NPRD）-95，第二节，部分摘要，确定机械零件故障率。所有这些方法都可以准确地估计在开始生产前预期的系统和设备的可靠性。

SAE ARP 5150了解如何使可靠性评估与持续适航安全评估过程相联系。也描述涉及安全分析的重要的元素和需要用服务经验数据证明或验证的相关的假设。

可以使用可靠性评估的结果作为持续适航性评估任务的输入。举例说明，见 FAA 咨询通告（A C）39-8，运输类飞机动力装置和辅助动力装置安装持续适航评估，指导持续适航任务，例如组件故障率的评估。

可以使用可靠性评估结果建立维护要求认证，并且向以可靠性为中心的维护流程和MSG-3应用提供输入。AC25-19，为维护要求认证提供了指导。美国航空运输协会的维护供应商指南（MSG）3，指导航空/制造商维护 项目规划。SA E JA 1011，为评价标准的可靠性为中心的维修过程提供了指导。

四、适航审定要素和审查要求

此咨询通告适用于飞机和发动机的电子和电气系统，包括机电元件及设备的可靠性。但并不适用于其他系统和设备，如机械或流体系统。因此，飞机和发动机上所有的航电、电子和电气系统以及其他包含电子元件的相关专业或审查专题都可以使用本咨询通告推荐的方法完成可靠性评估计划。以下是适航审定要素及审查要求：

图1 可靠性评估图

图2 相似性分析流程示例图

1）在审查过程中，局方要鼓励申请人开发可靠性评估计划并在制定过程中予以一定的帮助；

2）作为一份计划性文件，在审查过程中，局方应关注计划的可行性，看计划中的内容是否与申请人及其产品的特性一致，是否考虑到了所有可能的情况；

3）局方还需要确定申请人是否有能力和方法收集相关必要的信息，以保证计划能够持续更新；

4）局方还应对申请人在可靠性评估计划中使用的方法进行评估，确定其输出的有效性；

5）局方应确定申请人在可靠性评估计划中的评估过程是可控的、可重复的。

五、应用ARP 5890作为指导来编制可靠性评估计划

ARP 5890，为发动机电子控制系统准备可靠性评估计划的指南，发布于2002年10月。

该标准作为发动机电子控制系统可靠性评估计划的指南，可以作为一个典型框架，用于编制一项飞机和发动机的电子和电气系统，包括机电元件及设备的可靠性评估计划的指导。评估结果可以用于输入安全评估和分析，可靠性方案规划和监测，审定分析，设备的设计决策，系统架构和业务的选择决定，以及持续适航评估。

标准中重点介绍了编制一份可靠性评估计划全过程指导。其中可靠性评估计划的内容包括过 程、数据、方法、结果和可靠性评估过程改进五部分内容，这些内容的联系和相互关系，详见图1可靠性评估图。图1概况性的归纳总结了SAE ARP 5890中所包含的可靠性评估流程图。

此外，在文中介绍了四种评估和分析方法，分别是相似性分析、耐久性评估、灵敏度测试和分析，以及手册的预估。并在SAE ARP 5890附录A和B中详细介绍了相似性分析示例和耐久性分析两种重要的分析方法。本文图2是关于相似性分析示例的流程，其他具体分析方法详细参见SAE ARP 5890。申请人也可以参照标准中的典型程序方法和示例来编制适合自己公司的航空电子产品的相似性分析表格，用于可靠性评估需要。

结语

综上所述，在飞机整个设计和运行寿命周期内，拥有一份动态的可靠性评估计划，可以极大的提高电子设备的可靠性，更好的保证飞机安全。因此，中国民用航空适航当局尽快出台相关指导性文件，鼓励和指导航空器申请人编制开发和使用可靠性评估计划是非常有必要的。

[1]AC20-157，How to Prepare Reliability Assessment Plans for Aircraft Systems and Equipment，2007.

[2]SAE ARP 5890， Guidelines for Preparing Reliability Assessment Plans for Electronic Engine Controls， 2002.