自动油门电门组件可靠性分析

雷彤

摘要：通过对比自动油门电门组件送修后和原装机件的可靠性水平，探究部件送修后可靠性低的原因，并利用Loglinear NHPP拟合MCF函数得到送修次数和送修后使用时间的关系，进而平衡送修和采购新件成本，优化采購和送修策略，同时结合部件故障历史对低可靠性的自动油门电门组件进行筛选报废，达到提高部件可靠性的目的。

关键词：自动油门电门组件;威布尔分布;卡普兰一迈耶;平均累积计数函数：对数线性非齐次泊松过程

0引言

自动油门电门组件涉及的系统较多，该部件可靠性低将间接影响多个系统工作的可靠性。目前，该部件故障率较高，且故障件返修质量不高，甚至有些部件可靠性越修越差，形成恶性循环。最新升级-15/16件号的组件从运行数据上看其可靠性水平无明显提升，自动油门电门组件整体MTBUR呈下降趋势。为提高机队自动油门电门组件可靠性水平，本文对近几年某公司自动油门电门组件可靠性数据进行研究，对比不同修理厂家送修件和原装机件的可靠性，利用统计函数寻找送修次数和平均送修使用时间之间的关系，并通过故障事件图对低可靠性的组件进行隔离。

1自动油门电门组件可靠性情况

自动油门电门组件由一组微动电门组成，根据油门杆角度的变化，在预设的范围内触发微动电门，接通相应的电路，实现飞机各项系统功能。自动油门电门组件导致故障主要集中在反推和刹车系统，失效模式主要为微动电门导通时电阻超标、凸轮行程不准确或凸轮磨损等，导致触发机构间歇性失效。

将自动油门电门组件故障使用时间结合在翼数据进行数学建模，自动油门电门组件的累积失效概率如图1所示。通过计算，自动油门电门组件失效分布符合零泛滥威布尔分布，故障失效时间点几乎全落在威布尔分布的置信区间内，失效区域集中在5000FH以内，在该区域内自动油门电门组件中有32%的部件失效。得出自动油门电门组件的失效率与使用时间成反比，随使用时间的增加，自动油门电门组件失效率逐渐下降。目前，在翼组件使用时间主要集中在7000FH以内，大部分组件处于高失效率区间。

2新件与返修件可靠性对比

某公司自动油门电门组件的送修主要分为波音索赔修理和某修理厂修理，新件故障4年内可索赔修理，超过4年需送某修理厂修理。根据近几年组件使用数据，将原装机件（新件）、波音索赔修理和某修理厂送修件的使用时间绘制Kaplan-Meier图，对比其可靠性，如图2所示。

图2表示新件和修后部件随使用时间累积失效比例。与修后部件相比，新件累积失效比例随使用时间上升趋势平缓，使用时间达到5000FH后约10%部件失效;而某修理厂和波音索赔修理后的部件使用时间达到5000FH时累积失效的比例达到60%以上。波音索赔和某修理厂送修件的失效概率的上升斜率近似，与新件相比累积失效率上升明显。

波音索赔和某修理厂送修部件的使用时间在5000FH内的失效率基本一致，当使用时间达到5000FH以后波音修理件失效率降低，某修理厂送修件单位时间内累积失效的比例比波音索赔修理件高50%左右，表明波音修后部件有少部分修理质量较好，这可能与波音修理件较新有一定关系。综合来看，不同修理厂家修理质量相差不大。

3低可靠性自动油门电门组件筛选

依据自动油门电门组件每次故障原因及TSN（自新件使用时间）、TSR（修后使用时间）绘制故障事件图，如图3所示，通过事件图可以直观地发现可靠性相对较低的组件。例如，发现某些2013～2014年进入某公司装机且件号尾缀都为-13/14的组件可靠性较低，与其他组件相比，这些组件同一类故障发生多次，且每次送修后使用时间都较短。

可靠性较低的组件主要有两种类型。第一类：原装机件可靠性较高，送修后可靠性变差。这类组件在原装机上使用时间较长，长时间装机使用导致凸轮和电门触点间存在不同程度的磨损，起飞着陆阶段高振动状态下容易产生间歇性故障。因凸轮不能分解，送修时只能整体更换，而整体更换凸轮价格非常高。送修时更换电门不能根本性解决问题，还可能会因为电门和凸轮装配后磨合不好导致凸轮磨损进一步加剧，使其可靠性进一步恶化。第二类：原装机件可靠性不高，修后可靠性无明显改善。这类部件原装机使用时间都较短，通常在厂家保修期内就多次出现故障，送修后可靠性更低，这类部件凸轮出厂时可能就存在问题，并且这类部件导致的故障通常重现多次。对以上两类部件，往往修理厂反映修后测试时是好的，但放置一段时间或振动后再次测试阻值就会超标，装机后容易导致间歇性故障发生。

4送修和采购成本估算

为探究自动油门电门组件经多次送修后可靠性是否越来越差，绘制如图4所示的MCF图，以表明表示部件送修后的平均使用时间和送修次数的对应关系。图4的计算方法为：

其中，d_i（ t_ki）表示每次故障点的累积失效率，当组件故障时δ_i（t_k）=1，组件在翼则δ_i（t_k）=0。对图4进行对数线性非齐次泊松过程建模（Loglinear NHPP），得到自动油门电门组件的MCF拟合函数表达式为：

新件（目前是-15/-16）的采购价格约9万元，修理（不考虑旧件改装）的价格（工时费3200元加上9个电门的价格）约为1万元（电门价格受汇率略有影响）。

设送修次数为x，则

由图5可知，送修次数和每次送修后使用时间呈指数对应，随着部件送修次数增加部件使用时间呈指数降低，部件可靠性有越修越差的趋势。由图5可知，在新件送修2次后小时成本趋于平稳;如果部件送修超过5次，单次的送修小时成本就已经超过了购买新件送修2次后的平均小时成本。从送修部件的可靠性上来看，多次修理并不经济。

5总结及建议

各送修厂家修理质量相差不大，可以要求送修厂家出厂测试时模拟飞机着陆时振动大的外界条件，对凸轮组件输入轴轴向、径向受力时进行微动开关状态影响测试，增加敲击状态下微动开关状态影响测试，从而减少因振动导致瞬时故障发生的可能性;可以建议修理厂延长出厂前的测试时间，包括增加测试次数和组件装配完毕后放置一段时间进行复检等。

在领出电门装机前可以测试组件离位电阻值，移动组件连杆到不同角度，并按手册要求测量各插钉在不同角度下的阻值，阻值超过手册标准的组件禁止装机，通过装机前测试可提前发现故障隐患。

自动油门电门组件早期失效率较高，对这种失效模式不建议进行主动更换。通过对比送修件和新件可靠性，发现返修件使用时间过低是导致自动油门电门组件早期失效率过高的主要原因。因新件的可靠性高于送修件的可靠性，且新件4年内（约10000FH）波音原厂保修，通过保修期内的磨合，可以筛选出新件中低可靠性部件。建议航材备件以新件为主、送修件为辅，对送修后部件结合使用时间和故障情况建立装机发料优先级，同时平衡采购新件成本和送修成本，设定部件最多送修次数，将可靠性低的部件逐步淘汰，避免多次送修。通过采取以上措施，某航空公司机队自动油门电门组件的整体可靠性水平已有所提升。

参考文献

[1] Meeker，W.Q. and Escobar，L.A.. Statistical Methods for ReliabilityData[M]. John Wiley & Sons.

[2] Nelson W B. Recurrent EventsData Analysis for Product Repairs， DiseaseRecurrences， and Other Applications[M].Society for Industrial and AppliedMathematics， 2002.