确保安全性、突出经济性、提高可靠性、改善舒适性、强调环保性是民机研制工作的重点和目标。可靠性作为民用飞机的重要特性之一，是保障飞行安全和高正点率，减少对维修人力和产品支援的要求，获得良好经济性的重要因素。随着航空运输的飞速发展以及激烈的市场竞争，飞机运营中断成为航空领域最受关注的可靠性事件[1]。与签派可靠度相比，运营可靠度涵盖一次完整的飞行，更能准确地反映飞机的实际运营情况。目前，国内民机可靠性逐渐受到人们的重视，但由于国内缺乏从事可靠性研究的专业工作人员，航空公司数据收集方面的欠缺等原因，国内民机尚未对运营可靠度进行系统地研究和分析。
参考文献[2]针对民用飞机签派可靠度分配和预计均开展了初步研究，参考文献[3]-[4]针对民用飞机签派可靠度预计方法开展了研究，参考文献[5]针对民用飞机签派可靠度分配方法开展了研究，但未涉及运营可靠度预计研究。本文结合民用飞机各系统之间的架构关系，建立基于运营可靠度的民用飞机可靠性预计流程、预计方法及应用实例，为后续可靠性增长提供基础。
1 术语及定义
运营可靠度是指航班按照原定计划起飞、到达而不引起运营中断的百分比。运营中断率导致飞行延误或取消、飞机转场或返航的技术事件发生的概率。因此在数值上，运营可靠度=1—运营中断率。
签派可靠度是指没有延误（技术原因）或撤销航班（技术原因）而营运离站的百分数[1]。签派中断率是在规定的日历时间内（或规定的累计商务离站次数内），因技术原因的延误及航班撤销总次数除以商务离站总次数。因此在数值上，签派可靠度=1—签派中断率。
图 1 民用飞机不同飞行阶段示意图
从图1可以看出，运营可靠度涵盖一次完整的飞行任务，运营中断会引起航空公司的直接运营成本增加，包括飞机燃油、机场税收、飞行机组的膳宿以及乘客的膳宿、经济补贴等。因此飞机运营中断是航空领域最受关注的可靠性事件，也是航空公司最为关注的可靠性指标。在设计阶段即对运营可靠度进行分析和研究，有利于及时发现影响运营中断的主要因素，进而提升飞机的市场竞争力。
2 运营可靠度预计流程和假设
运营可靠度指标预计的一般流程如下：a)确定产品的定义；b)规定失效定义；c)建立产品所包括的单元目录；d)绘制产品可靠性框图；e)建立产品运营可靠度的预计模型；f)确定零部件、组件故障率；g)计算产品运营可靠度；h)计算系统级运营可靠度；i)计算飞机级运营可靠度。
可靠性框图是由代表产品或功能的方框和连线组成，表示各组成部分的失效或者组合失效如何导致产品故障的逻辑图。在建立可靠性框图时，一般有如下假设[6]：
a)在评定产品可靠性时，必须考虑的单元用方框表示，对应每个方框的单元具有可靠性数据，而所有连接方框的线则没有可靠性数值，导线和连接器作为另外一个功能或者单元；
b)功能或单元只有正常和故障两种状态；
c)不同方框表示的不同功能或单元的故障概率是相互独立的；
d)产品的所有输入均在规定极限之内，即不考虑由于输入错误所引起的系统故障的情况；
e)产品寿命分布有可靠性数据表明服从特定分布外，一般假设服从指数分布。
产品设计初期就应开展可靠性预计工作，以便当任何级别上的可靠性预计值未达到可靠性分配值时，可以尽早在技术上和管理上以采取措施。在飞机的初步设计阶段和详细设计阶段，可根据系统设计的深入和更改，对可靠性预计工作进行完善[7]。
3 运营可靠度预计模型
3.1 飞机级预计模型
假设各系统间是串联模型，则飞机级的运营中断率和运营可靠度计算如下：
3.2 系统级预计模型
假设系统的设备间是串联模型，则系统级的运营中断率和运营可靠度计算如下：
3.3 设备级预计模型
指数分布应用广泛且使用方便，因此在开展设备可靠性预计时采用指数分布，即失效率是常数。在预计飞机的运营可靠度、运营中断率时，采用自下而上的预计方法，即首先开展设备级的运营中断率预计，涉及的可靠性参数包括平均恢复功能时间（MTTRF）、平均故障间隔（MTBF）、每架机的设备数量（N）。根据经验得到设备级运营中断率和运营可靠度预计公式：
其中：
MTTRF表征可修设备的维修性能，它代表维修一个故障设备所需的平均时间。故障检修详细流程如图2所示。进一步可知，当设备的MMEL状态和MTTRF的值发生改变时，设备的运营中断率也会发生改变，不同情况组合如表1所示。在计算中，认为延误时间为15min，最大修复时间的目标值为30min。
表 1 影响运营可靠度的情况组合
表中MMEL状态的有关说明如下：
a) MMEL状态是“GO”：设备发生故障时，对签派和运营没有任何影响。
b) MMEL状态是“GO IF”：设备发生故障时，可能可以保持失效状态而不影响飞机签派，也可能需要被移除或者被切断连接，但肯定需要采取一定的运营限制或者维修程序。
c) MMEL状态是“NO GO”即指设备发生故障时，必须采取纠正措施，否则飞机无法签派和运营。
图 2 故障检修详细流程
4 运营可靠度预计应用实例
以某型号飞机电源系统为例，详细说明运营可靠度的计算方法。假设该型号飞机的暴露时间为1FH，延误时间为0.25FH，MTTRF为0.5FH，则允许的最长修复时间的目标值为0.75FH，空调系统运营中断率的设计目标值为0.9%，空调系统运营可靠度的目标值为99.1%。假设电源系统由发电机阀、快卸装置、释放控制器、起动发电机等组成，各个设备的数量、MMEL状态等参数如表2所示。
表 2 某型飞机电源系统设备参数列表
由第3节可知，MMEL状态是“GO IF”的自动释放控制器会引起运营中断，根据公式（5）和（6），即可计算得到电源系统的运营中断率为0.797%，运营可靠度为99.2%，满足设计目标要求。其余系统也依次开展运营可靠度预计工作，进而可计算得到整机级运营可靠度预计结果。
5 结束语
本文以民用飞机运营可靠度为研究对象，明确民用飞机可靠性术语的定义，在此基础上针对运营可靠度预计方法开展重点研究，通过运营可靠度预计的流程、假设、主要预计模型和民用飞机整机、系统、设备之间的关系特点，建立了民用飞机运营可靠度预计模型，并结合具体实例进行计算分析。本文的研究内容为民用飞机运营可靠度预计提供了理论依据和技术途径，为后续型号应用提供基础，有利于提高飞机的可靠性和经济性。
[参考文献]
[1] Kossi Tiassou. Modeling Aircrafts Operational Reliability [J]. Springer Berlin Heidelberg, 2011,11 (2): 132-5.
[2] 郭伟. 民用飞机客机研制阶段签派可靠度分配和预计[J]. 民用飞机设计与研究, 2012(2)：40.
[3] 包敦永. 民用飞机签派可靠度预计方法研究[J]. 科技信息, 2014(10)：264.
[4] 蔡蔚荣. 民用飞机可靠性指标预计方法研究[J]. 科技视界, 2015(13): 96.
[5] 张凡. 民用飞机签派可靠度分配方法研究[J]. 科技视界, 2016(14):307.
[6] MIL-HDBK-217F, Reliability Prediction of Electronic Equipment[S]. USA: Department of Defense,1990.
[7] RIAC-HDBK-217PLUS, Reliability Prediction Models[S]. USA: Department of Defense,2006.
作者简介：张凡（1989—），汉族，江苏扬州人，硕士，上海飞机设计研究院，工程师，研究方向为民用飞机可靠性设计研究。
