基于taram的民機ewis實際風(fēng)險評估方法研究

1、2018年2月第47卷第2期機械設(shè)計與制造工程MachineDesignandManufacturingEngineeringFeb2018V0147No2DOI：103969／jissn2095—509X201802021基于TARAM的民機EWIS實際風(fēng)險評估方法研究孫纓軍1，鮑晗2(1中國民航上海航空器適航審定中心，上海200335)(2南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院，江蘇南京211106)摘要：近年來民機電氣設(shè)備不安全事件和電線短路事

2、件頻發(fā)，導(dǎo)致了一系列嚴重后果，因此在運輸飛機持續(xù)適航階段針對電氣導(dǎo)線互聯(lián)系統(tǒng)(EWIS)采取主動風(fēng)險管理是保證航空產(chǎn)品持續(xù)運行安全(COS)的重要方式。鑒于此，提出了針對民機EWIS在持續(xù)適航階段的風(fēng)險評估方法，確定了對應(yīng)的風(fēng)險類型和風(fēng)險指標(biāo)，分析了用傳統(tǒng)風(fēng)險評估方法進行EWIS事件風(fēng)險分析的缺陷。著重研究了基于運輸飛機風(fēng)險評估方法(TARAM)的民機EWIS風(fēng)險評估過程，并對EWIS實際風(fēng)險案例進行分析，對民機EWIS實際風(fēng)險控制具有

3、一定的借鑒意義。關(guān)鍵詞：電氣導(dǎo)線互聯(lián)系統(tǒng)；風(fēng)險評估；運輸飛機風(fēng)險評估方法；持續(xù)適航中圖分類號：V328文獻標(biāo)識碼：A文章編號：2095—509X(2018)02—0092—051背景電氣導(dǎo)線互聯(lián)系統(tǒng)(EWIS)是指所有線路、線路裝置或者這兩者的組合，包括安裝在飛機任何區(qū)域的傳輸電能、數(shù)據(jù)和信號的終端部件，如導(dǎo)線或電纜、連接器、保護材料、卡箍等2]。EWIS主要故障包括導(dǎo)線的磨損、短路和連接器故障等，可能引發(fā)的不安全事件包括部件老化、系統(tǒng)

4、損壞、電纜起火等。因為EWIS部件為飛機各系統(tǒng)輸送信號及電能，這些EWIS不安全事件可能導(dǎo)致飛機控制能力降低以及飛機空中失火等嚴重事故，因此EWIS的持續(xù)運行安全性對飛機安全具有非常重要的意義。由于歷史上曾連續(xù)發(fā)生多起因飛機電氣設(shè)備故障和電線短路引起火花而導(dǎo)致飛機墜毀的事故，美國聯(lián)邦航空局(FAA)于2007年底頒布了FAR第25—123號修正案，增加了EWIS相關(guān)的適航條款，規(guī)定研制的飛機必須把EWIS作為一個單獨的系統(tǒng)來進行設(shè)計和適

5、航審定。盡管如此，在飛機持續(xù)適航階段，由于特定型號的航空器和產(chǎn)品在EWIS相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定或標(biāo)準(zhǔn)符合方面可能存在未探明的變化、EWIS設(shè)計和制造缺陷可能會引起不可預(yù)計的EWIS綜合失效、可能存在意料之外的環(huán)境條件等，EWIS實際的適航安全風(fēng)險水平可能會高于設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)。這些情況是不能預(yù)計和計劃的，國際民航公約附件8要求建立相應(yīng)的持續(xù)適航系統(tǒng)來收集信息、識別風(fēng)險、管理風(fēng)險，即運用風(fēng)險管理方法解決飛機運行階段EWIS的實際風(fēng)險問題p“1。針對EW

6、IS的風(fēng)險分析與評估是飛機EWIS實際風(fēng)險管理的核心要素。國內(nèi)外關(guān)于風(fēng)險分析和評估方法模型非常繁多，LEVESON“o提出系統(tǒng)理論過程模型(STAP)，ENRICOMl運用蒙特卡洛模擬方法解決復(fù)雜系統(tǒng)風(fēng)險分析問題，BIGUN【71和葛志浩等[81采用飛行事故概率模型和隨機過程模型，通過統(tǒng)計量對飛行安全進行定量描述。美國空軍電子系統(tǒng)中心(ESC)提出了風(fēng)險矩陣方法一1。具體應(yīng)用到運輸類飛機EWIS實際風(fēng)險評估的方法，需結(jié)合具體飛機型號的設(shè)

7、計特征，在通用方法上進一步改進才具有可操作性。目前，國產(chǎn)飛機EWIS的風(fēng)險評估主要依賴于工程經(jīng)驗，實踐中定量風(fēng)險評估缺乏數(shù)據(jù)支持且分析方法幾乎空白，因此亟待對持續(xù)適航階段EWIS的風(fēng)險評估工作開展研究，本文將基于運輸飛機風(fēng)險評估方法(TARAM)對EWIS電纜起火事件進行風(fēng)險評估研究。2運輸飛機風(fēng)險類型與指標(biāo)21運輸飛機風(fēng)險類型在運輸飛機持續(xù)運行階段，不安全事件的風(fēng)險收稿日期：2017一11—01作者簡介：孫纓軍(197l一)，男，上海

8、人，中國民航上海航空器適航審定中心高級工程師，主要研究方向為持續(xù)適航。92萬方數(shù)據(jù)2018年第47卷機械設(shè)計與制造工程別對由EWIS失效可能引發(fā)事故的嚴重程度和可能導(dǎo)致飛機事故的EWIS失效事件發(fā)生概率進行等級劃分，通過綜合嚴重程度和發(fā)生概率形成風(fēng)險矩陣，風(fēng)險矩陣推薦采取的糾正措施見表2。通過風(fēng)險矩陣，可以快速地判斷出該EWIS失效的風(fēng)險級別，并針對不同的風(fēng)險級別采取不同的糾正措施。但是風(fēng)險矩陣只能定性地判斷出風(fēng)險等級，且事故的嚴重程度

9、和EWlS事件發(fā)生概率的確定在很大程度上依據(jù)評估者的工程經(jīng)驗，因此該方法不具備精確性，其判斷結(jié)果對后續(xù)確定具體糾正措施的實際幫助很小，僅適合用于EWlS失效事件的初步風(fēng)險分析，不適合用于對EWIS進行詳細的風(fēng)險分析。表2風(fēng)險矩陣推薦采取的糾正措施嚴重程度風(fēng)險概率——可忽略的臨界的危險的災(zāi)難性的基于美國汽車工程師協(xié)會(SAE)發(fā)布的ARP4761【Iu中提出的基于功能危險分析(FHA)、失效模式影響分析(FMEA)、故障樹分析(FTA)的

10、系統(tǒng)安全性分析方法被廣泛應(yīng)用于民機持續(xù)階段的風(fēng)險分析。針對EWIS的風(fēng)險分析，首先通過飛機級的FHA識別出EWIS失效模式，通過FMEA分析EWlS事件可能導(dǎo)致飛機事故的嚴重性S，利用FTA確定某EWIS事件的發(fā)生概率P，再由工程經(jīng)驗確定該EWIS事件導(dǎo)致某種飛行事故的條件概率C，經(jīng)公式R=SXCXP計算出該EWIS事件的風(fēng)險值尺。該方法對風(fēng)險的計算較風(fēng)險的矩陣法更為精確，但也存在如下不足：1)由于EWIS失效涉及到飛機的各系統(tǒng)，而基于

11、FHA、FMEA和FTA的安全性評估方法很難覆蓋到所有系統(tǒng)和設(shè)備。即使覆蓋到了某些系統(tǒng)，也很難具體到相關(guān)線纜；2)只評估了導(dǎo)線失效對系統(tǒng)功能的影響，沒有具體到導(dǎo)線物理失效對EWlS中其他導(dǎo)線的失效影響；3)沒有考慮機隊風(fēng)險；4)沒有對糾正措施實施的符合性期限進行計算；5)沒有對采用糾正措施后的受控風(fēng)險進行判斷。4基于TARAM的民機EWIS事件風(fēng)險評估過程針對傳統(tǒng)風(fēng)險評估方法在民機EWIS風(fēng)險評94估中的缺陷，TARAM方法具有明顯優(yōu)勢

12、。TARAM是一種概率風(fēng)險評估方法，最早由美國運輸飛機部提出，目的是進一步落實國際民航組織(ICAO)的安全管理系統(tǒng)(SMS)，并符合美國聯(lián)邦航空局(FAA)指令8110107安全監(jiān)控／數(shù)據(jù)分析(MSAD)中提出的風(fēng)險分析流程【l01。針對民機EWIS，TARAM方法可以用于判定運輸類飛機持續(xù)運行中的EWIS事件，分析事件可能導(dǎo)致的單機風(fēng)險和機隊風(fēng)險，為后續(xù)風(fēng)險緩解措施的制定及其符合性期限的確定提供重要依據(jù)。運用TARAM進行EWIS風(fēng)

13、險評估的基本步驟如下。41確定EWlS相關(guān)不安全事件信息在對EWIS事件進行風(fēng)險評估的開始階段，首先需要確定潛在EWIS事件的具體信息，包括確定EWIS不安全事件、可能會導(dǎo)致的不安全結(jié)果以及受影響機隊。EWlS不安全事件包括任何與飛機相關(guān)的、潛在的EWlS不安全狀況，而不安全后果發(fā)生的概率是EWIS事件的發(fā)生概率與從研究中的不安全狀況轉(zhuǎn)入嚴重后果的條件概率的乘積。以EWIS電纜起火事件為例，由于電纜起火可能會造成飛機空中著火等嚴重后果，

14、因此需要對受影響機隊電纜起火事件進行風(fēng)險分析。42確定受影響機隊暴露情況機隊暴露情況表示受該EWIS事件影響的機隊在某一具體時間段內(nèi)總的暴露情況，其表達式為：機隊暴露情況=UrX三(1)式中：U為機隊利用率，即在規(guī)定的單位時間內(nèi)機隊飛行小時或飛行循環(huán)數(shù)；T為計算風(fēng)險的時間范圍；三為受該EWIS事件影響機隊的飛機總數(shù)。在電纜起火事件的案例中，根據(jù)受影響航空公司提供的飛機數(shù)據(jù)，目前受影響機隊總數(shù)(三)為120架，平均機齡為6年，預(yù)計退役年齡

15、為25年，因此該機隊此型飛機的平均剩余工作時間(r)為19年，或者說6935天。而機隊平均利用率(u)是10飛行d水t／天。由此計算出受影響機隊的暴露情況為10693512=8322100(飛行小時)。43確定該類EWIS事件可能發(fā)生次數(shù)對于隨機失效分布事件，r時間內(nèi)該類EWIS事件可能發(fā)生的次數(shù)等于機隊暴露情況與該類EWIS失效事件發(fā)生頻率(F)的乘積。一般情況下，可以直接計算整個受影響機隊可能發(fā)生該類EWIS事件的次數(shù)。但當(dāng)該類EW