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冀犇爿:航空工业中的可靠性,是靠科学和唯物主义保障的
最后更新: 2026-04-17 09:54:52三、飞向深远的可靠性、与收敛到平淡的可靠
千里南疆雾茫茫,故国土,自难忘。狂涛骇浪,几处设国防……冬去春来十余载,图万卷,鬓如霜。
——陈一坚
将我们对故障树的关注重点从“打通最小割集”移到“哪些底层事件的组合可以保证顶层故障不发生/故障树打不通”,就可以得到另一种研究方向——战损分析:一个航空装备在损坏到什么情况时,仍能不发生我们想避免的“坠毁”、“失速”、“解体”或其他最终故障。
航空装备升力面、操纵和推进系统遭受打击后建立的功绩,仍然沐浴着科学和唯物主义的光辉
不带事件概率数据的故障树分析可以帮我们理解系统,而要像前节中说的那样,对特定系统计算单个部件失效引发故障的概率和对故障“贡献”重要度、建立可靠性评估方法机制,则需要知道每个底层失效事件的发生概率。
然而,这个过程并不是那么简单的。当从简单例题迈进需要自己得知概率的工程实际问题后,整个分析过程就升级成了应用数学。
为了在无尽的概率组合中捕捉“最可能点”、描绘一个有边界的“失效域”,过去几十年中,人们提出了一个由结构物理特性描述的“功能函数”,将它投影成一个正态空间中的超曲面,然后用各种简化描述去近似它。
然而,在稍有点实际应用价值的问题中,功能函数无法写成简单(显式)的数学表达式。于是为了求得超曲面上的每一个点,需要将实际机械结构做出来进行实验,以获得一组对应输入数据;随着计算机仿真技术的发展,极其昂贵的物理实验可以被有限元分析替代,但每调用一次仍然极其耗费宝贵的超算机时,对需要成千上万次调用数据的常规方法根本没有可行性。结果是,Kriging、神经网络、响应面之类的代理模型开始进入到可靠性研究中,先用少量设计点运行有限元分析、训练一个近似模型,然后用这个模型作为“代理”进行快速大量近似计算,从而与流体力学方向的“气动优化设计”走上了殊途同归的道路。
沈阳航空博览园展示的歼6主起落架舱门闭锁机构
訽尔仇方,同尔弟兄;以尔钩援,与尔临冲。仿真计算显示,在类似1996年飞豹085一等事故的“放起落架舱门失败”型故障中,锁定机构脱钩是风险最大的环节
代理模型不仅是优化问题的神器。它们与今天火爆的人工智能(具体说机器学习)不仅有知识结构的延续性(神经网络之类代理模型自身就是经典的机器学习算法),而且可以看作是AI在工程领域的一个应用特例:它们都通过分析一个系统的输入-输出数据集来“学习”其行为,跳过了对底层物理现象的具体关注,直接用“经验”去逼近复杂、非线性、无法写成显式函数表达式的大自然,快速预测之前未见过的数据点,形成“举一反三”的本领。
然而,相比于AGI的弱“可解释性”和“幻觉不自知”,典型的工程问题代理模型是“可解释”和可靠的:不是指预测结果百分百符合实际现象的可靠,而是指有相当“自知之明”、能判断自己的预测结果离真实值可能相差多远的可靠。如果说谷歌Transformer架构下衍生出的各种大语言模型好比知识面宽广到极致、但有时会“自以为是”的通识学者,那么Kriging这样代理模型的特质就是新时代工人的楷模——干净的快、合理地准,可靠而专精,能提出解释世界的模型,能知道自己知识经验的边界在哪里。
“十五五”规划指明了机器学习与人工智能领域发展的方向。随着新一轮科技革命和产业变革,传统建立在“没有意志的钢铁”装备上、以关注机械结构为主的可靠性,正在发展为与数智化、智能自主系统深度融合的可靠性。与此同时,随着低空经济、商业航天产业的兴起,无论飞机还是导弹都可能走向“白菜化”;过去那种每次起落/发射都受到高度重视、足以集中全国资源,在每个电子元件上花费上千倍于民用同类产品成本保障模式可能会彻底改变,那些与之相关的历史回忆、情感精神,也将演变为神话和传说。
然而,当一件事的优先级从“极端重视”中退下来,变得日常化、普通化、斤斤计较、天天发生的时候,很多曾经能靠不计成本、确保“短暂稳妥”的路径就不能再依赖,对平淡岁月长期“可靠”的要求则会更加升华。
四、结语
我们的可靠性研究在进步,我们航空工业保持可靠的能力也在进步。飞豹改出来时,我已经没有再听说什么机毁人亡的沉重话题了。
系里的老房子拆迁很多年后,我仍然会记得C座三楼的灯光,想起老师对我们处事为人的叮嘱:严肃认真,周到细致;想起师兄对我建模质量的要求:规格严格,功夫到家。
老师是恢复高考初期涌现的那一代许许多多基本功极其扎实的英才天骄之一,虽然没在北京读研,到今年也快六十三岁了。他的品格和学术会被团队的后来人感念和发扬,他对作为指标的“可靠性”建立在唯物基础上、孜孜不倦的精神执著,会继续传下去。
我们每一代人都会变老,视网膜可能像座舱盖一样渐渐泛黄,摆在窗台多年的珍爱的模型飞机可能被一场意想不到的风刮走。然而,总有些东西是会不变的。
718工程金属样机已进驻了成飞公园。如果那几架2001到201X验证机试飞期间不是那么彻底无聊,将来大概也会有一架真身进驻功勋飞机园,和变稳机、试车台、083肥豹一起安享晚年,欣赏天上飘荡的银杏叶。
对工程可靠性的求索、为总体权衡提供“失效模式与影响分析”视角的工作,将永远有自己独特的价值。而这,对工业生产回路中的每个要素,都是一样的。
“我们共产党人是具有特殊性格的人,我们是用特殊材料制成的。”从图板丁字尺到AI辅助国产工业软件,从钢梁铝框到复材陶瓷,人,依然是整个闭合回路中最特殊的材料。
工具在发展,材料在迭代。只有在社会化大生产中组织起来的产业工人阶级,对党、对社会主义现代化事业的绝对忠诚、对稳妥可靠“万无一失”的纪律作风和精神追求,永远不会过时,一如杨振宁三十年前想要后人用来纪念邓稼先的歌:
“中国男儿,中国男儿,要将只手撑天空……”
(谨以此文纪念新中国航空工业成立75周年。)
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