基于taram的民機(jī)ewis實(shí)際風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法研究

1、2018年2月第47卷第2期機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程MachineDesignandManufacturingEngineeringFeb2018V0147No2DOI：103969／jissn2095—509X201802021基于TARAM的民機(jī)EWIS實(shí)際風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法研究孫纓軍1，鮑晗2(1中國(guó)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(lái)民機(jī)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(yán)重后果，因此在運(yùn)輸飛機(jī)持續(xù)適航階段針對(duì)電氣導(dǎo)線互聯(lián)系統(tǒng)(EWIS)采取主動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)管理是保證航空產(chǎn)品持續(xù)運(yùn)行安全(COS)的重要方式。鑒于此，提出了針對(duì)民機(jī)EWIS在持續(xù)適航階段的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，確定了對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)類(lèi)型和風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)，分析了用傳統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法進(jìn)行EWIS事件風(fēng)險(xiǎn)分析的缺陷。著重研究了基于運(yùn)輸飛機(jī)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法(TARAM)的民機(jī)EWIS風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估過(guò)程，并對(duì)EWIS實(shí)際風(fēng)險(xiǎn)案例進(jìn)行分析，對(duì)民機(jī)EWIS實(shí)際風(fēng)險(xiǎn)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(xiǎn)評(píng)估；運(yùn)輸飛機(jī)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法；持續(xù)適航中圖分類(lèi)號(hào)：V328文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：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(jī)任何區(qū)域的傳輸電能、數(shù)據(jù)和信號(hào)的終端部件，如導(dǎo)線或電纜、連接器、保護(hù)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?yàn)镋WIS部件為飛機(jī)各系統(tǒng)輸送信號(hào)及電能，這些EWIS不安全事件可能導(dǎo)致飛機(jī)控制能力降低以及飛機(jī)空中失火等嚴(yán)重事故，因此EWIS的持續(xù)運(yùn)行安全性對(duì)飛機(jī)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(jī)電氣設(shè)備故障和電線短路引起火花而導(dǎo)致飛機(jī)墜毀的事故，美國(guó)聯(lián)邦航空局(FAA)于2007年底頒布了FAR第25—123號(hào)修正案，增加了EWIS相關(guān)的適航條款，規(guī)定研制的飛機(jī)必須把EWIS作為一個(gè)單獨(dú)的系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)和適

5、航審定。盡管如此，在飛機(jī)持續(xù)適航階段，由于特定型號(hào)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(jì)和制造缺陷可能會(huì)引起不可預(yù)計(jì)的EWIS綜合失效、可能存在意料之外的環(huán)境條件等，EWIS實(shí)際的適航安全風(fēng)險(xiǎn)水平可能會(huì)高于設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)。這些情況是不能預(yù)計(jì)和計(jì)劃的，國(guó)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(lái)收集信息、識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)、管理風(fēng)險(xiǎn)，即運(yùn)用風(fēng)險(xiǎn)管理方法解決飛機(jī)運(yùn)行階段EWIS的實(shí)際風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題p“1。針對(duì)EW

6、IS的風(fēng)險(xiǎn)分析與評(píng)估是飛機(jī)EWIS實(shí)際風(fēng)險(xiǎn)管理的核心要素。國(guó)內(nèi)外關(guān)于風(fēng)險(xiǎn)分析和評(píng)估方法模型非常繁多，LEVESON“o提出系統(tǒng)理論過(guò)程模型(STAP)，ENRICOMl運(yùn)用蒙特卡洛模擬方法解決復(fù)雜系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)分析問(wèn)題，BIGUN【71和葛志浩等[81采用飛行事故概率模型和隨機(jī)過(guò)程模型，通過(guò)統(tǒng)計(jì)量對(duì)飛行安全進(jìn)行定量描述。美國(guó)空軍電子系統(tǒng)中心(ESC)提出了風(fēng)險(xiǎn)矩陣方法一1。具體應(yīng)用到運(yùn)輸類(lèi)飛機(jī)EWIS實(shí)際風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的方法，需結(jié)合具體飛機(jī)型號(hào)的設(shè)

7、計(jì)特征，在通用方法上進(jìn)一步改進(jìn)才具有可操作性。目前，國(guó)產(chǎn)飛機(jī)EWIS的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估主要依賴于工程經(jīng)驗(yàn)，實(shí)踐中定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估缺乏數(shù)據(jù)支持且分析方法幾乎空白，因此亟待對(duì)持續(xù)適航階段EWIS的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作開(kāi)展研究，本文將基于運(yùn)輸飛機(jī)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法(TARAM)對(duì)EWIS電纜起火事件進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究。2運(yùn)輸飛機(jī)風(fēng)險(xiǎn)類(lèi)型與指標(biāo)21運(yùn)輸飛機(jī)風(fēng)險(xiǎn)類(lèi)型在運(yùn)輸飛機(jī)持續(xù)運(yùn)行階段，不安全事件的風(fēng)險(xiǎn)收稿日期：2017一11—01作者簡(jiǎn)介：孫纓軍(197l一)，男，上海

8、人，中國(guó)民航上海航空器適航審定中心高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)槌掷m(xù)適航。92萬(wàn)方數(shù)據(jù)2018年第47卷機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程別對(duì)由EWIS失效可能引發(fā)事故的嚴(yán)重程度和可能導(dǎo)致飛機(jī)事故的EWIS失效事件發(fā)生概率進(jìn)行等級(jí)劃分，通過(guò)綜合嚴(yán)重程度和發(fā)生概率形成風(fēng)險(xiǎn)矩陣，風(fēng)險(xiǎn)矩陣推薦采取的糾正措施見(jiàn)表2。通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)矩陣，可以快速地判斷出該EWIS失效的風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別，并針對(duì)不同的風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別采取不同的糾正措施。但是風(fēng)險(xiǎn)矩陣只能定性地判斷出風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，且事故的嚴(yán)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(píng)估者的工程經(jīng)驗(yàn)，因此該方法不具備精確性，其判斷結(jié)果對(duì)后續(xù)確定具體糾正措施的實(shí)際幫助很小，僅適合用于EWlS失效事件的初步風(fēng)險(xiǎn)分析，不適合用于對(duì)EWIS進(jìn)行詳細(xì)的風(fēng)險(xiǎn)分析。表2風(fēng)險(xiǎn)矩陣推薦采取的糾正措施嚴(yán)重程度風(fēng)險(xiǎn)概率——可忽略的臨界的危險(xiǎn)的災(zāi)難性的基于美國(guó)汽車(chē)工程師協(xié)會(huì)(SAE)發(fā)布的ARP4761【Iu中提出的基于功能危險(xiǎn)分析(FHA)、失效模式影響分析(FMEA)、故障樹(shù)分析(FTA)的

10、系統(tǒng)安全性分析方法被廣泛應(yīng)用于民機(jī)持續(xù)階段的風(fēng)險(xiǎn)分析。針對(duì)EWIS的風(fēng)險(xiǎn)分析，首先通過(guò)飛機(jī)級(jí)的FHA識(shí)別出EWIS失效模式，通過(guò)FMEA分析EWlS事件可能導(dǎo)致飛機(jī)事故的嚴(yán)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(yàn)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(jì)算出該EWIS事件的風(fēng)險(xiǎn)值尺。該方法對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的計(jì)算較風(fēng)險(xiǎn)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(jī)的各系統(tǒng)，而基于

11、FHA、FMEA和FTA的安全性評(píng)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(píng)估了導(dǎo)線失效對(duì)系統(tǒng)功能的影響，沒(méi)有具體到導(dǎo)線物理失效對(duì)EWlS中其他導(dǎo)線的失效影響；3)沒(méi)有考慮機(jī)隊(duì)風(fēng)險(xiǎn)；4)沒(méi)有對(duì)糾正措施實(shí)施的符合性期限進(jìn)行計(jì)算；5)沒(méi)有對(duì)采用糾正措施后的受控風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行判斷。4基于TARAM的民機(jī)EWIS事件風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估過(guò)程針對(duì)傳統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法在民機(jī)EWIS風(fēng)險(xiǎn)評(píng)94估中的缺陷，TARAM方法具有明顯優(yōu)勢(shì)

12、。TARAM是一種概率風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，最早由美國(guó)運(yùn)輸飛機(jī)部提出，目的是進(jìn)一步落實(shí)國(guó)際民航組織(ICAO)的安全管理系統(tǒng)(SMS)，并符合美國(guó)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(xiǎn)分析流程【l01。針對(duì)民機(jī)EWIS，TARAM方法可以用于判定運(yùn)輸類(lèi)飛機(jī)持續(xù)運(yùn)行中的EWIS事件，分析事件可能導(dǎo)致的單機(jī)風(fēng)險(xiǎn)和機(jī)隊(duì)風(fēng)險(xiǎn)，為后續(xù)風(fēng)險(xiǎn)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(yùn)用TARAM進(jìn)行EWIS風(fēng)

13、險(xiǎn)評(píng)估的基本步驟如下。41確定EWlS相關(guān)不安全事件信息在對(duì)EWIS事件進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的開(kāi)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(huì)導(dǎo)致的不安全結(jié)果以及受影響機(jī)隊(duì)。EWlS不安全事件包括任何與飛機(jī)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(yán)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(huì)造成飛機(jī)空中著火等嚴(yán)重后果，

14、因此需要對(duì)受影響機(jī)隊(duì)電纜起火事件進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析。42確定受影響機(jī)隊(duì)暴露情況機(jī)隊(duì)暴露情況表示受該EWIS事件影響的機(jī)隊(duì)在某一具體時(shí)間段內(nèi)總的暴露情況，其表達(dá)式為：機(jī)隊(duì)暴露情況=UrX三(1)式中：U為機(jī)隊(duì)利用率，即在規(guī)定的單位時(shí)間內(nèi)機(jī)隊(duì)飛行小時(shí)或飛行循環(huán)數(shù)；T為計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)的時(shí)間范圍；三為受該EWIS事件影響機(jī)隊(duì)的飛機(jī)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(jī)數(shù)據(jù)，目前受影響機(jī)隊(duì)總數(shù)(三)為120架，平均機(jī)齡為6年，預(yù)計(jì)退役年齡

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