FRACAS在民用飞机运营阶段的应用分析

马彪

【摘 要】民用飞机的可靠性是安全性、经济性的基础，也是民用飞机的重要特性。故障报告、分析及纠正措施系统（FRACAS）作为最为重要的可靠性任务，在民用飞机的设计阶段得到了广泛的应用。将FRACAS扩展到民用飞机的运营阶段，可以积累可靠性数据，改善固有可靠性，保证持续适航性，提高经济性。本文的研究通过分析民用飞机运营阶段所需要关注的故障和使用数据，明确故障分析的流程，研究在运营阶段所能制定的纠正措施和实施过程，明确了FRACAS在民用飞机运营阶段应用的可行性，提出了FRACAS在运营阶段的工作任务。

【关键词】故障报告、分析及纠正措施系统；FRACAS；可靠性；维修性；民用飞机

0 概述

故障报告、分析及纠正措施系统（Failure Reporting，Analysis and Corrective Action System， FRACAS）是一个故障报告闭环系统，其目的是及时报告产品的故障，并分析故障原因，制定和实施有效的纠正措施，以防止故障再现，改善其可靠性和维修性[1]。

根据美国可靠性分析中心（Reliability Analysis Center， RAC）1995年发布的有关可靠性工作任务的调查报告，FRACAS是最为重要的可靠性任务[2-3]。美国国防部1985年颁布了军用标准MIL-STD-2155《故障报告、分析和纠正措施》，提出了FRACAS的概念，我国政府也在1990年颁布了GJB 841-1990《故障报告、分析和纠正措施系统》[1]。

大量的应用实践证明，FRACAS不但是关键的可靠性任务，也是改善飞机维修性和降低其生命周期费用的有效手段[4]。世界上的各大飞机制造商和系统供应商不但建立了其FRACAS，并且还通过不断研究努力提高FRACAS的效力。

1 研究现状

民用飞机的全寿命周期可以分为设计阶段和运营阶段两个阶段。在设计阶段，制造商通过可靠性设计与分析，保证产品设计的固有可靠性。并且通过FRACAS对设计、生产、试验和试飞中出现的故障进行闭环归零处理，提高飞机的可靠性。在运营阶段，运营商通过使用飞机，并按照制造商提供的维修大纲（MRBR，Maintenance Review Board Report）和维修计划文件（MPD，Maintenance Planning Document）制定维修方案，对飞机进行维护工作，以保证民用飞机的持续适航性。

传统的FRACAS定义主要应用于民用飞机的设计阶段，不能有效地为民用飞机的运营阶段提供支持。造成该现象的原因与传统的FRACAS纠正措施有关。传统的FRACAS针对重大故障通常采取的纠正措施包括：在制造中实行新的控制方法，设计更改、工艺或材料的更改，更换一个满足使用要求的较好的元器件等[1]。在民用飞机的运营阶段，飞机的设计已经定型，设计更改难度更大，成本更高，导致了传统的FRACAS在民用飞机运营阶段难以实施。

各大航空制造商已经尝试将FRACAS的工作扩展到民用飞机运营过程中。如波音公司（Boeing）有一套完整的体系，采用设备可靠性调查报告的形式，及时发现机队可靠性中的薄弱环节，采取相应的纠正措施。庞巴迪（Bombardier）公司为其FRACAS增加了EDSE（Electronic Data Standard Exchange），使制造商、供应商和航空公司可在线交换产品的可靠性数据。通過FRACAS的工作，到2000年左右庞巴迪的Dash8系列飞机A、C检时间间隔增加了20%，起落架首翻期增加了5000起落，降低了31%的起落架总维护费用[5]。

我国的民用航空脱胎于军事工业，对FRACAS的研究也方兴未艾，在FRACAS的概念和应用上，停留在针对生产、试验、试飞中的重大故障进行闭环控制的传统概念上。如何将FRACAS的运用扩展到民用飞机的运营阶段，是国内民用航空工业需要研究的问题。

2 FRACAS在民用飞机运营阶段的应用分析

2.1 民用飞机运营阶段工作特点

从现代民用航空工业的发展趋势来看，各大航空制造商将盈利的模式从传统的销售模式转为服务模式，降低飞机的售价，而更多依赖服务获取利润[4]。同时，随着大型民用飞机的不断复杂化和科技化，其维护和维修成本不断增加，占其全寿命周期成本的15%-20%[6]。对于运营商而言，维修成本仅次于购机费用，占到了其直接运营成本的20%以上[7]。因此，降低民用飞机的维护和维修费用是航空制造商的服务重点，是提高民用飞机市场竞争力的重要途径，也是运营阶段的重要工作。

降低飞机的维护费用可以通过提高飞机的固有可靠性和制定合理的维修方案两个方面实施。

优秀的可靠性设计是民用飞机固有可靠性的保障。在可靠性设计过程中利用3F（FMECA、FTA和FRACAS）中的故障模式、影响及危害度分析（FMECA，Failure Mode Effects and Criticality Analysis）和故障树分析（FTA，Fault Tree Analysis）尽可能提高飞机的固有可靠性。在民用飞机的设计、生产和试验试飞中通过FRACAS收集故障，制定并实施纠正措施，从而提高民用飞机的可靠性。

运营商的维修方案根据MRBR和MPD的数据和要求而制定，是保证飞机持续适航的具体措施[8]。MRBR、MPD和维修方案是一个动态管理的过程。除了运营商基于其运营的具体情况（如运营类型、飞行任务、备件和维修水平等）而对维修方案进行权衡以外，主制造商也会对MRBR和MPD进行修改。如空客公司（Airbus）为其型号飞机所制定的初始维修大纲适用于该型号的所有飞机，在积累了一定的故障和维修经验后，对该大纲进行修改，以帮助用户减少维修费用，最终根据用户的使用需求、维修方案、具体的维修资源进行维修大纲的剪裁，使得维修活动的安排最优化[9]。

2.2 民用飞机运营阶段的FRACAS运用

无论是保证飞机的固有可靠性还是制定合理的维修方案，都依赖大量的故障数据积累和对故障机理和规律的充分理解。实施FRACAS，并将其扩展到设计、生产、试验试飞和运营的全寿命周期中，能够充分收集和积累故障数据，改善民用飞机的固有可靠性，并可以有效支持MRBR、MPD和维修方案的修改完善。其具体作用可以体现在以下几个方面：

a）通过FRACAS对故障实施闭环控制，有效地提高产品的可靠性。将FRACAS扩展到全寿命周期中，可以对运营中暴露的可靠性问题进行分析并制定纠正措施，从而进一步提高飞机的可靠性；

b）通过FRACAS可以收集并积累大量的故障数据，为飞机改型和新研飞机提供数据支持[10][11]。在民用飞机的设计过程，可靠性数据来源包括标准和手册数据、外场数据和经验数据。将FRACAS在民用飞机全寿命周期中部署实施，可以收集并积累大量故障数据，长期积累可靠性数据；

c）通过FRACAS收集故障信息以更新FMECA的结果。FMECA为FRACAS评审发生的故障提供了依据，而FRACAS又可为评价FMECA的完整性和准确性提供信息[1]，从而为故障分析和维修性设计提供了一定的依据；

d）通过FRACAS的故障及使用数据收集和分析，可以支持维修方案的优化。MRBR、 MPD维修方案的修改依赖于大量的故障和维修经验。随着电子维修手册等先进维修手段的应用，MRBR、MPD和维修方案的调整将得以更快地应用[6][11]，对于减少维护费用、提高民用飞机维修性和经济性有更重要的作用。通过FRACAS收集民用飞机全寿命周期中的故障和维修数据，尤其是运营阶段的使用数据，也对于MRBR和MPD的修改起到了重要的推动作用和参考价值。

3 总结

通过对FRACAS在民用飞机运营阶段的应用研究表明，通过扩展工作流程将FRACAS延伸到民用飞机运营阶段是必要的也是可行的。在民用飞机运营阶段，FRACAS可以通过纠正重大故障以提高飞机的固有可靠性，通过改进维修方案、MRBR和MPD以保障飞机的可靠性，对民用航空的可靠性、维修性和经济性都有着十分重要的意义。

将FRACAS应用在民用飞机全寿命周期中，可以积累大量故障数据，改善民用飞机固有可靠性，保证民用飞机持续适航性，降低维护成本，提高经济性，对航空制造商和运营商都有着积极的意义。

【参考文献】

[1]GJB 841-1990，故障报告、分析和纠正措施系统[S].

[2]Michael Ciemian.Increasing the Effectiveness of FRACAS，AAI Corporation

[3]Criscimagna，N，N.Fuqua，and PHetheringtion.Benchmarking of Commercial Reliability and Maintainability Practices[R].Reliability Analysis Center，1995.

[4]刘佳.面向商用飞机生命周期的FRACAS研究[R].中国航空学会2007年学术年会，2007.

[5]Bombardier Aerospace. Bormbardier EDSE selected as world standard[J]. Bombardier Aerospace Regional Aircraft Regional Update，2000，13（20）：7.

[6]刘春红，王华伟.大型客机维修成本优化研究[J].飞机设计，2010 Vol.30 No.2.

[7]于新才，王娟.中美航空公司成本结构比较研究[J].民航经济与技术，2000，225（9）：33-35.

[8]吴兴旺.民航飞机维修管理思想介绍及其对其他工业领域的启示[J].管理工程，2012：326-331.

[9]重点型号可靠性维修性保障性工程管理[G].装备部重点型号部.

[10]欧阳健.基于工作流的商用飞机FRACAS的研究與实现[D].南京航空航天大学，2010.

[11]刘毅，刘佳，吴海桥.面向民用飞机生命周期的RMS工程关键技术[R].中国航空学会2007年学术年会，2007.

[责任编辑：朱丽娜]