基于可靠性的民用飛機(jī)計(jì)劃維修的決策方法.pdf

1、維修是保證民用飛機(jī)持續(xù)適航的重要手段，故在飛機(jī)設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)營(yíng)的整個(gè)過(guò)程中，維修都是必須重點(diǎn)關(guān)注。例如，在民用飛機(jī)設(shè)計(jì)制造時(shí)就開(kāi)始編制維修大綱、維修手冊(cè)等，在飛機(jī)運(yùn)用中又必須實(shí)施維修活動(dòng)、記錄維修信息。合理的維修降低維修成本不僅可以為飛機(jī)制造商贏得市場(chǎng)而且還能為航空公司節(jié)約成本，因此維修是飛機(jī)的重要保障性工作。本文主要從可靠性評(píng)估、維修策略和維修任務(wù)組合優(yōu)化三個(gè)角度討論了民用飛機(jī)的維修。首先，準(zhǔn)確的可靠性評(píng)估是民用飛機(jī)維修決策的基礎(chǔ)，沒(méi)

2、有準(zhǔn)確的可靠性信息很難對(duì)維修做出正確的評(píng)判。維修策略是根據(jù)維修項(xiàng)目的可靠性、特點(diǎn)和需要確定每個(gè)維修項(xiàng)目合理的維修方式。最后，在實(shí)際執(zhí)行維修活動(dòng)時(shí)，往往還要對(duì)維修任務(wù)進(jìn)行優(yōu)化組合形成維修工作包，這不僅是組織管理維修活動(dòng)的需要，而且還能降低維修成本。
　　民用飛機(jī)使用過(guò)程中經(jīng)常產(chǎn)生各種截尾小樣本，這增加了可靠性評(píng)估的困難。鑒于截尾樣本的真實(shí)壽命與完全樣本有相同的分布，若把截尾樣本轉(zhuǎn)化成完全樣本，則可按照完全樣本的頻數(shù)的比例估算截尾樣本

3、折算的頻數(shù)。一方面在該頻數(shù)的基礎(chǔ)上改進(jìn)了標(biāo)準(zhǔn)壽命表估計(jì)和乘積限估計(jì)，使得它們能準(zhǔn)確地估計(jì)各類(lèi)截尾樣本。另一方面，把該頻數(shù)作為權(quán)重因素之一，并結(jié)合順序統(tǒng)計(jì)量在標(biāo)準(zhǔn)分布下的方差，形成能精確估計(jì)各類(lèi)截尾樣本的加權(quán)最小二乘法。由于截尾數(shù)據(jù)的似然函數(shù)中含有概率分布函數(shù)而導(dǎo)致MLE性能下降，本文在構(gòu)造截尾事件及其概率密度函數(shù)的基礎(chǔ)上，形成了截尾數(shù)據(jù)的概率密度函數(shù)。用截尾數(shù)據(jù)的概率密度函數(shù)替代傳統(tǒng) MLE使用的概率分布函數(shù)，再與完全樣本的概率密度函數(shù)

4、共同構(gòu)造似然函數(shù)。這樣似然函數(shù)就全部由概率密度函數(shù)組成，故改進(jìn)的MLE符合MLE定義的。大量的仿真實(shí)驗(yàn)證明本文改進(jìn)的方法可以很好評(píng)估截尾小樣本的可靠度，比傳統(tǒng)MLE估計(jì)得更加準(zhǔn)確。尤其是當(dāng)樣本中截尾數(shù)據(jù)的比例比較高的情況下，本文改進(jìn)方法的優(yōu)勢(shì)更加明顯。從評(píng)估升降舵作動(dòng)器和副翼作動(dòng)器的可靠性的實(shí)例中可以看出，和傳統(tǒng)方法相比，本文改進(jìn)方法評(píng)估的可靠性傾向于保守而且更加精確。
　　通常在衡量民機(jī)可靠性時(shí)，都假設(shè)在整個(gè)壽命周期內(nèi)風(fēng)險(xiǎn)有相同

5、的規(guī)律并且故障服從同一個(gè)分布，故在整個(gè)壽命周期內(nèi)使用統(tǒng)一的可靠度模型。事實(shí)上，民用飛機(jī)中許多設(shè)備的故障風(fēng)險(xiǎn)都很復(fù)雜，往往隨運(yùn)行時(shí)間有不同的特點(diǎn)甚至呈現(xiàn)多峰性，例如浴盆曲線，因此在整個(gè)壽命周期內(nèi)用單一模型擬合設(shè)備可靠度的方法往往有較大的誤差。如果根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)變化的特點(diǎn)把整個(gè)壽命周期分成不同的區(qū)間，則分段擬合就可以更準(zhǔn)確地逼近可靠度的變化。故本文把風(fēng)險(xiǎn)當(dāng)作分段函數(shù)，提出了兩類(lèi)分段可靠度分布：一類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)函數(shù)是連續(xù)的；另一類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)函數(shù)可以是間斷的。為了

6、估計(jì)分段可靠度模型的參數(shù)，在對(duì)壽命樣本進(jìn)行聚類(lèi)的基礎(chǔ)上，本文討論了分段可靠度分布的回歸估計(jì)和極大似然估計(jì)。最后，因?yàn)橥ǔ５男畔?zhǔn)則不適合分段分布模型，本文改進(jìn)了信息準(zhǔn)則以評(píng)價(jià)分段可靠度模型的優(yōu)劣。經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)和仿真驗(yàn)證，本文的分段可靠度模型和它的估計(jì)方法比傳統(tǒng)的單一模型更精確，尤其是在風(fēng)險(xiǎn)具有階段性和多峰性時(shí)。分段風(fēng)險(xiǎn)模型在評(píng)估發(fā)動(dòng)機(jī)引氣系統(tǒng)和前緣襟翼接近傳感器的可靠度中表現(xiàn)良好，說(shuō)明了分段可靠度模型有很好的實(shí)用性和準(zhǔn)確性。
　

7、　在準(zhǔn)確評(píng)估可靠性后，合理地選擇維修策略制定優(yōu)化的維修決策是飛機(jī)維修保障的關(guān)鍵。目前，盡管功能檢查是飛機(jī)維修中最常用的維修策略，功能檢查的實(shí)際應(yīng)用遇到兩大問(wèn)題：在某些條件下檢查的準(zhǔn)確度不夠高；缺少潛在缺陷和延遲時(shí)間的實(shí)際樣本。目前的功能檢查模型多數(shù)沒(méi)有考慮維修項(xiàng)目實(shí)際退化過(guò)程對(duì)維修策略的限制，許多理論上很好的檢查策略在實(shí)際中卻不很準(zhǔn)確，不能準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)故障。根據(jù)退化過(guò)程對(duì)檢查間隔的約束，針對(duì)時(shí)間延遲模型的功能檢查，建立有約束的不等間隔檢查的

8、費(fèi)用率優(yōu)化模型，并且提出了衡量檢查準(zhǔn)確性的指標(biāo)。本文假設(shè)故障率在潛在缺陷發(fā)生前后是明顯不同的，然后提出一個(gè)分段分布和基于KS檢驗(yàn)的時(shí)間序列層次聚類(lèi)方法來(lái)估計(jì)潛在缺陷的發(fā)生時(shí)間。然后，能從壽命樣本中提取出延遲時(shí)間樣本，進(jìn)一步估計(jì)出延遲時(shí)間分布。最后，因?yàn)閴勖茄舆t時(shí)間和潛在缺陷時(shí)間的總和，這樣在壽命分布被估計(jì)出后潛在缺陷時(shí)間可以輕松估計(jì)出。最后把本文的維修決策模型應(yīng)用到民用飛機(jī)的減速控制系統(tǒng)中取得了良好的效果。實(shí)例和仿真結(jié)果都顯示：不等間

9、隔的檢查策略要比等間隔的檢查策略更加經(jīng)濟(jì)；和無(wú)約束的檢查模型相比，有約束的檢查模型雖然費(fèi)用率數(shù)值可能不是最優(yōu)，但是其確定的檢查策略更加高效準(zhǔn)確并符合工程實(shí)際。另外，在民用飛機(jī)的維修領(lǐng)域，單目標(biāo)模型有時(shí)是單調(diào)的，不存在最優(yōu)值，不能求出最優(yōu)維修策略。故本文綜合考慮多個(gè)目標(biāo)，為維修策略建立多目標(biāo)規(guī)劃模型，就可以求出同時(shí)接近多個(gè)目標(biāo)的最優(yōu)策略。并且提出一個(gè)新的中心對(duì)稱(chēng)的單純形優(yōu)化方法來(lái)求解該多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)證明本文的維修模型能取得更高效更準(zhǔn)

10、確的決策。
　　維修任務(wù)優(yōu)化組合不僅便于組織管理維修活動(dòng)而且還能降低維修成本。但是在各種約束下實(shí)現(xiàn)維修任務(wù)的最優(yōu)組合，不僅涉及數(shù)值計(jì)算而且還是個(gè)NP難問(wèn)題。本文討論了用遺傳算法和聚類(lèi)模型兩個(gè)方法實(shí)現(xiàn)維修任務(wù)的組合優(yōu)化。首先，本文提出了一種適合求解組合優(yōu)化問(wèn)題的遺傳算法--基于簇遍歷的遺傳算法，以定時(shí)更換策略的塊替換為例子，實(shí)現(xiàn)了維修任務(wù)的優(yōu)化組合。當(dāng)只已知維修任務(wù)的間隔及其浮動(dòng)范圍時(shí)，本文改進(jìn)了模糊C均值聚類(lèi)的模型以實(shí)現(xiàn)了維修任務(wù)