民航發(fā)動(dòng)機(jī)性能評(píng)估方法與視情維修決策模型研究.pdf

1、價(jià)值高昂、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的航空發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)成了飛機(jī)的心臟。為了有效地保障其規(guī)定的高可靠性、安全性和經(jīng)濟(jì)性，國(guó)內(nèi)、外航空公司已普遍采用經(jīng)濟(jì)、合理的視情維修（Condition-based maintenance, CBM）策略。然而，由于民航發(fā)動(dòng)機(jī)各單元體/子系統(tǒng)之間的復(fù)雜性、運(yùn)行監(jiān)控信息的不確定性以及維修閾值的模糊性，航空公司當(dāng)前在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行管理與CBM決策過(guò)程中還存在著一些亟待解決的問(wèn)題。本文基于這一工程背景，結(jié)合民航總局重點(diǎn)基金項(xiàng)目“民航發(fā)動(dòng)

2、機(jī)性能預(yù)測(cè)與維修成本控制研究”，利用多元參數(shù)建模思想，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)隨機(jī)劣化過(guò)程中存在的性能綜合評(píng)估、隨機(jī)失效過(guò)程建模、換發(fā)優(yōu)化決策及送修等級(jí)決策等CBM決策方面的關(guān)鍵和核心問(wèn)題進(jìn)行了深入的研究，并經(jīng)相關(guān)航空公司的實(shí)證分析，表明所提出的理論建模方法是有效、合理的，具有很大的實(shí)用價(jià)值。主要研究?jī)?nèi)容如下： （1）鑒于目前工程實(shí)踐中所用的單參數(shù)評(píng)估方法存在的諸多不足，根據(jù)客觀賦權(quán)法的思想，采用粗糙集與模糊數(shù)學(xué)理論相結(jié)合的模糊信息熵權(quán)法研究了

3、基于多參數(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)性能綜合評(píng)估問(wèn)題，拓展了傳統(tǒng)的綜合評(píng)估方法；在工程實(shí)例計(jì)算中通過(guò)將模糊信息熵權(quán)法與單參數(shù)評(píng)估法、主成分分析法等傳統(tǒng)評(píng)估方法加以對(duì)比，表明該方法勿需任何先驗(yàn)知識(shí)、決策過(guò)程中損失的客觀信息較少，因此通過(guò)該方法對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的綜合評(píng)估，可以更加準(zhǔn)確地把握發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)隊(duì)的運(yùn)營(yíng)狀況。該方法目前已在國(guó)內(nèi)航空公司得到初步應(yīng)用，發(fā)動(dòng)機(jī)維護(hù)工程師經(jīng)過(guò)多個(gè)工程實(shí)例驗(yàn)證了該方法的有效性。 （2）性能衰退是導(dǎo)致民航發(fā)動(dòng)機(jī)換發(fā)的重要原因，但是

4、在實(shí)際中該衰退過(guò)程的隨機(jī)性增加了實(shí)際維修決策的難度。因此，針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)隨機(jī)失效過(guò)程的維修決策建模問(wèn)題，首次提出了將發(fā)動(dòng)機(jī)性能衰退導(dǎo)致?lián)Q發(fā)的在翼時(shí)間視為壽命數(shù)據(jù)進(jìn)行生存分析的建模思想。文中分析了數(shù)據(jù)的截尾機(jī)制、協(xié)變量相關(guān)性及篩選基本原則等問(wèn)題；進(jìn)而研究了生存分析中廣泛應(yīng)用的比例強(qiáng)度模型（Proportional intensity model，PIM）的構(gòu)成特點(diǎn)；在此基礎(chǔ)上，綜合考慮狀態(tài)參數(shù)、維修歷史等協(xié)變量對(duì)系統(tǒng)的影響效應(yīng)，提出了應(yīng)用于復(fù)

5、雜系統(tǒng)的擴(kuò)展型PIM（Gerenalized PIM，GPIM），并詳細(xì)推導(dǎo)了該模型在全參數(shù)和半?yún)?shù)兩類情形下的參數(shù)估計(jì)的求解過(guò)程。 （3）民航發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中執(zhí)行CBM策略的核心內(nèi)容是換發(fā)決策，優(yōu)化目標(biāo)是在滿足規(guī)定可靠性的前提下實(shí)現(xiàn)維修成本的最小化。首先研究了狀態(tài)、維修等協(xié)變量對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)劣化的影響效應(yīng)，并采用GPIM求解出系統(tǒng)的失效強(qiáng)度函數(shù)和可靠性函數(shù)；其次，以長(zhǎng)期的平均維修成本為目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行維修閾值的優(yōu)化，以CF6型發(fā)動(dòng)機(jī)

6、的歷史故障數(shù)據(jù)為例，得到了相應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)換發(fā)決策控制限曲線，從而為航空公司實(shí)際維修決策提供了準(zhǔn)確的量化指標(biāo)。該類建模方法還可以推廣應(yīng)用到其他型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)的維修決策中，因此具有重要的實(shí)用價(jià)值。 （4）當(dāng)在翼發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)性能衰退、需要立即換發(fā)送修時(shí)，對(duì)送修等級(jí)的決策是航空公司目前面臨的一個(gè)難題?；诿窈桨l(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)監(jiān)控信息，提出了采用變精度粗糙集（Variable Precision Rough Set，VPRS）理論方法來(lái)挖掘反映送修等