飛機修護之 可靠度分析

1. 飛機修護之可靠度分析 指導教授：童超塵 老師 研 究 生：蔣步海 王聖權 報告日期： 94/ 12/ 08

2. 內容 一、前言 二、可靠度應用現況 三、可靠度分析探討 四、結論與未來研究方向

3. 一、前言 蒐集維修資料採用修護資料蒐集記錄(Maintenance Data Collection Record, MDR)之作法，以期能完整建立軍機商維修護資料統計分析與先期物料籌補之機制。 將相關修護資料輸入MDR表，並鍵入修護資料蒐集分析系統(Maintenance Data Collection Analysis System,MDCAS)，及轉入全方位後勤支援系統(Total Logistic Support, TLS)加以統計分析與應用。各項修護資料統計分析數據，將作為可靠度、維護度與後勤補給重要參考指標依據與及時擷取必要之資訊。

4. 概念設計階段 • 決定可靠度特性 • 替代方案比較 • 設計發展階段 • 設計審查 • 設計分析 • 建議必要之設計變更 • 試驗/生產階段 • 可靠度驗證 • 發現問題 • 決定改正行動 • 操作使用階段 • 確認達到需求 • 發現問題 • 建議改正行動 與設計人員溝通 • 可靠度驗證 • 可靠度成長試驗 • 可靠度鑑定試驗 • 可靠度接收試驗 • 建立需求 • 測試輪廓 • MTBF、MR 操作評估 環境應力篩選(ESS) • 配當與預估 • 硬體可靠度 • 任務可靠度 設計審查與改進建議 監督可靠度成長 • 可靠度分析 • 可靠度模式與預估 • 失效模式、效應與關鍵性分析 擇優分析 高失效項目之改正行動成效評估 飛試驗證 評估類似設計 M T B F B A 00 UNIT LEVEL V.S. 30 20 10 40 50 ASSEMBLY LEVEL 44A 41 42 43 45 46 PART LEVEL 44B • 需求 二、可靠度應用現況-可靠度工作

5. 二、可靠度應用現況-可靠度工作 • 運用所建立之各階段飛機操作與維修資料資料庫，執行 評估分析飛機、系統與各組件之可靠度現況與趨勢發展。 • 監督可靠度成長趨勢，確認重大或高失效率及停機待件項目 之肇因及可靠度待改進之項目，提供工程研改依據與備份件 採購籌補依循。 • 以可靠度成長改進小組(Reliability Growth & Corrective Action Team，RGCAT)與可靠度與維護度聯合評估小組(Joint Reliability & Maintainability Evaluation Team， JRMET)之作業方式，聯合設計工程、後勤工程、維修工程與 客戶使用者，針對飛機、系統與各組件高比例之各項失效， 進行矯正改進，藉以提昇飛機、系統與各組件之可靠度值。 • 運用失效模式效應分析(FMEA)、失效危害分析(FHA)等分析結 果，再視需要補充成本效益分析結果，執行飛機以可靠度為 中心(Reliability Centered Maintenance, RCM)之維修分析。

6. 二、可靠度應用現況-環境應力篩選(ESS)測試 電子零組件檢測實驗室篩選流程 物料接收 Receiving Inspection. 穩定性烘烤 Stabilization Bake 溫度循環 Temp. Cycling Pre Burn-in 密封(粗細漏) Seal Fine /Gross 定加速 Constant Acceleration 燒入測試 Burn-in 燒入後電測 Post Burn-in

7. 二、可靠度應用現況-環境應力篩選(ESS)測試 本公司具備軍規/商規航空電子生產之標準作業及全面品質管理之經驗，提供業界整體環境應力測試之服務，以協助民間企業提昇產品可靠度，並提昇產品等級及競爭能力。環境應力篩選(ESS)測試主要目的係掌握零組件之缺陷、工藝瑕疵及製程異常所產生之潛在品質問題，並加以剔除，以維持零組件品質及可靠度。環境應力篩選設備能量包含如下：

8. 二、可靠度應用現況-環境應力篩選(ESS)測試 • 高低溫循環測試 • 規格能量： • 溫度範圍：-60℃~150℃ • 穩定度：±0.1℃ • 均勻度：±0.2℃ • 程式功能： • 可設定最大溫度循環數達244 Cycles無須停機除霜。 • 適用範圍： • 積體電路，半導體及被動元件等高低溫

9. 二、可靠度應用現況-環境應力篩選(ESS)測試 • 溫度循環測試 • 目的： • 執行本測試的目的在於判定零組件暴露於兩極端溫度交替變化 (熱帳冷縮) 之影響，其效應包括塗層不良 (破裂和分層) ，封裝材料不良(破損和脆裂) 等。 • 規格能量： • 溫度範圍：-73℃~200℃ • 傳輸時間：10秒以內 • 最大載重量：80Kg • 溫變率：43℃/Min以上 • 承載架尺寸：63(W)X63(D)X60(H)/cm3

10. 二、可靠度應用現況-環境應力篩選(ESS)測試 • 定加速(離心)測試 • 目的： • 本測試之目的在於驗證晶片和接線之黏著性及試驗件結構之完整性。 • 規格能量： • 最大轉速：19000rpm • 最大加速度：40000Gs

11. 二、可靠度應用現況-環境應力篩選(ESS)測試 • 密封(粗細漏)測試 • 目的： • 本測試之目的在於判定具有空穴封裝(陶瓷或金屬包裝) 設計之積體電路或半導體之密封性。 • 規格能量： • 粗漏： • 偵測漏率範圍：0~10-3 atm.cc/sec • 細漏： • 偵測細漏範圍：0~10-8 atm. cc/sec

12. 二、可靠度應用現況-環境應力篩選(ESS)測試 • 燒入測試 • 目的： • 執行本測試之目的在於篩選或剔除那些原本就不良或因製造疏失而易產生時間 • 或應力失效之邊緣零件。 • 規格能量： • 溫度範圍：25℃~200℃ • 頻率範圍：0~20MHZ • 電壓範圍：0~40V • 電流範圍：0~300A • 區數：8個 • 燒入版容量：32個。

13. 二、可靠度應用現況-環境應力篩選(ESS)測試 • 濕度/高度篩選測試 • 能量：溫度/濕度/高度櫃(Temperature /Humidity /Altitude) • 溫度範圍：95℃～-40℃ • 濕度範圍：5% R.H～95% R.H • 高度範圍：0 ft ～50000 ft • 最大容積：68 x 49 x 76 cm 3

14. 二、可靠度應用現況-環境應力篩選(ESS)測試 • 振動測試 • 設備能量：垂直及水平振動機(Horizontal &Vertical test Vibration system) • 試驗範圍：振動模式為隨機振動 • 振動軸向：X軸、Y軸、Z軸 • 振動頻率：10Hz～2500Hz • 最大推力：4400～6600lbs • 最大加速度：10Grms以下 • 最大位移：1吋以內 • 測試平台：X-Y軸=70x70cm2，Z軸=45cm(直徑) • 零件應力篩選可靠度測試

15. 二、可靠度應用現況-環境應力篩選(ESS)測試 執行環境應力篩選主要成效如下： • 降低製造成本 • 提高可用之產品壽命週期 • 增加生產量 • 提昇可靠度

16. 二、可靠度應用現況-修護資料蒐集與分析 • 修護資料蒐集 彙整客戶後勤資訊管理系統( LIMS)、基地維修管理系統(BMMS)、基地補給管理系統(BSMS)及引擎數據管理系統(EDMP)等修護資料蒐集記錄(MDCR)。 • 修護資料審查 維修資料審查重點包括工作管制號碼(JCN)、工作單元代碼(WUC)、工作措施代碼(ATC)、作用失常(HMC)、工作說明及改正措施等必要填寫欄位如表3.1。 • 修護資料分析 維修資料經服役資料處理與分析後，將相關資料鍵入MDCAS系統，進行R/M參數分析、可靠度趨勢分析、維護度趨勢分析、高維修工時HMC統計、高拆併項目評估等工程分析如圖3.2所示。

17. 必要填寫欄位，另加背面物料資料欄。 二、可靠度應用現況-修護資料蒐集與分析(續) • 修護資料蒐集記錄(MDR)

18. 客戶 (Sybase) 基本資料維護 DLIMS 基地 服役資料 基本代碼檔 主失效判斷檔 飛行預劃資料 WUC-PN對照檔 服役資料處理 BLIMS 服役資料處理 BMMS 場站 載入 EDMP 維修資料處理 器材需求分析 服役資料分析 MDCAS Q spare Q demand Q pool 參數分析 R/M參數分析 可靠度趨勢分析 維護度現況 高維修工時分析 高維修工時HMC統計 高拆併項目評估分析 累積飛行時數 失效次數 WUC分佈 可靠度分析 庫存量 待修量 交修量 待收量 外運量 支援期間 操作時數 備份件 周轉量 關連料品 BOM TAT 、 (Oracle) 公司 二、可靠度應用現況-修護資料蒐集與分析(續) • 修護資料蒐集與分析

19. 二、可靠度應用現況-修護資料蒐集與分析(續) • 經由飛機修護資料蒐集與統計分析，適時提供機隊妥善率、可靠度與維護度分析及趨勢預判等資訊。 • 針對飛機系統及關鍵性組件的可靠度趨勢分析，可提前對各項警訊採取預防措施，作為後續系統故障偵錯、物料籌補及修護管制的執行依據。 • 透過線上傳輸的功能即時回饋給客戶，如飛行時數統計、任務可靠度分析、可靠度成長分析、維護度趨勢分析及高維修工時分析等資訊。

20. 三、可靠度分析探討-以B公司A計畫返廠研改機為例三、可靠度分析探討-以B公司A計畫返廠研改機為例 • 案例說明 • 客戶目前透過B公司，陸續對服役中的飛機進行延長壽期及性能研改A計畫，結構延壽部分包括疲勞零件抽換補強、應力銹蝕件抽換，並全面強化結構可靠度、維護度及安全度；飛機系統部分則在改善原系統的高故障率，以及解決維修商源趨少的問題。91年5月10日至93年5月31日止A計畫已完成23架研改交機作業，依據客戶提供研改機之任務歸詢及維修資料統計，A計畫23架研改機累計成功飛行3,222架次，累計飛行時數為3,414飛行小時。

21. 後工 工程 專案 施工 品保 客戶 物料 籌補 物料 物料需求 採購檢驗 / 採購 外包 倉儲 工程文件 編定工作程序及 工具型架需求 擬定工作項目 發工 工程處理 接機 檢查 需修復項目填 寫修護紀錄表 空軍自行 接機檢查 修復 結構 組裝 / 系統 復原 功遒 測試 施工 YES 後勤資料 NO 修護工作 分析 檢驗 NO YES 不符料件處理 飛試 飛行 測試 需修復項目填 寫修護紀錄表 NO 檢驗 YES • 程序流 • 資訊流 完工 完工 交運 交機檢查 交運 三、可靠度分析探討-飛機返廠研改作業流程

22. 三、可靠度分析探討-可靠度分析 為有效提昇系統實際操作過程中使用效益，TLS的設計係透過在飛機操作使用階段的維修數據蒐集系統(MDCS）及維修數據分析系統（MDAS），籍由維修資料的彙整以瞭解維修事件之現況，主要重點是在產品服役、使用階段的應用分析，飛機修護可靠度評估分析主要包括： （1）空中與地面失效分析 （2）可靠度提昇效益分析 （3）可靠度目標值差異分析 （4）可靠度成長趨勢分析

23. 三、可靠度分析探討-–平均飛行失效間隔 • 平均飛行失效間隔(Mean Flight Time Between Failure, MFTBF) • 註：MTBF與MFTBF是不同的，兩者之間必須經過轉換才會一致。依據”Reliability Engineering’s Toolkit”，在戰鬥機環境下，MTBF與MFTBF之間轉換公式如下： • MFTBF=6.5(MTBF) 0.64

24. 三、可靠度分析探討-全機任務可靠度 • 全機任務可靠度-空中放棄失效之分系統分佈

25. 三、可靠度分析探討-全機任務可靠度(續) • 全機任務可靠度-地面放棄失效之分系統分佈

26. 三、可靠度分析探討-全機硬體可靠度(續)

27. 三、可靠度分析探討-可靠度提昇效益分析(續)

28. 三、可靠度分析探討-可靠度目標值差異分析(續)三、可靠度分析探討-可靠度目標值差異分析(續)

29. 三、可靠度分析探討-可靠度成長分析(續) 飛行時數

30. 四、結論與未來研究方向 經研究發現依據飛機修護資料，評估執行可靠度工作分析其綜合效益為： l.適時提供機隊妥善率、可靠度分析與趨勢預判等資訊。 2.監督可靠度成長趨勢，確認重大或高失效率及停機待 件之肇因及可靠度待改進之項目，提供工程研改依據 與備件籌補依循。 3.進行失效分析，提出改正措施，以提昇可靠度。 4.減少排除故障時間，提昇飛機妥善率。

31. 四、結論與未來研究方向（續） • 全方位後勤支援管理系統(TLS)，係結合公司、客戶及國外次合約商等三方面之後勤資訊系統，建立三方後勤資訊之可見度，以強化後勤作業效率，提高線上支援及器材籌補率，減少機隊或武器系統的急缺器材之發生，提昇系統妥善率及機隊戰力，以滿足國軍作戰任務需求。 • 「單位級」、「野戰級」、「基地級」的維修品質管理(QMS)及全方位後勤支援管理(TLS)的整合性「全面維修管理(Total Maintenance Management, TMM)」之建構，係作為未來研究的方向。

32. 簡報完畢 敬請指導