本發(fā)明涉及飛機結構疲勞強度技術領域，特別是涉及一種基于飛機結構健康監(jiān)控的維修方法。

背景技術：

名詞解釋：

保有率：一個飛機組中，至少保有可以馬上執(zhí)行任務(或者需要執(zhí)行任務時即可以執(zhí)行任務)的飛機占該飛機組中的飛機的比率，即可以飛行的飛機占不可以飛行的飛機(由于維修、故障、損壞等情況不能飛行的飛機)的比率。

現(xiàn)代飛機的安全性、可靠性、故障診斷與預測、健康管理以及維修保障等問題越來越受到人們的重視。故障診斷與健康監(jiān)控是指利用盡可能少的傳感器采集系統(tǒng)的各種數(shù)據(jù)信息，借助各種智能推理算法來評估飛機的健康狀態(tài)，在飛機發(fā)生故障之前對其故障進行預測，并結合可利用的資源信息提供一系列的維修保障措施以實現(xiàn)飛機的視情維修。故障診斷與健康監(jiān)控技術的實現(xiàn)將使原來由事件主宰的維修(事后維修)或時間相關的維修(定期維修)被視情維修所取代。

它的引入不是為了直接消除飛機故障，而是為了了解和預測故障何時可能發(fā)生，從而實現(xiàn)自主式保障，降低使用和保障費用的目標，兼顧了飛機服役的安全性和經(jīng)濟性。

現(xiàn)有技術，通常采用事后維修以及定期維修，這樣，有時不能及時對已經(jīng)出現(xiàn)故障或者裂紋的飛機進行維修，又有時有可能頻繁維修，浪費成本。

因此，希望有一種技術方案來克服或至少減輕現(xiàn)有技術的至少一個上述缺陷。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于飛機結構健康監(jiān)控的維修方法來克服或至少減輕現(xiàn)有技術的中的至少一個上述缺陷。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種基于飛機結構健康監(jiān)控的維修方法，用于具有多架飛機的飛機組進行維修，所述基于飛機結構健康監(jiān)控的維修方法包括如下步驟：步驟1：建立飛機狀況數(shù)據(jù)的飛機數(shù)據(jù)庫；步驟2：模擬計算飛機數(shù)據(jù)庫中飛機在飛行過程中的壽命消耗以及裂紋的概率分布情況；步驟3：建立維修模型，并根據(jù)飛機組的運行狀況，對飛機組進行維修分級，根據(jù)飛機組的運行狀態(tài)，將維修分級分為第一級維修、第二級維修以及第三級維修，其中，第一級維修包括通過對所述維修模型進行優(yōu)化，形成第一級維修模型；第二級維修包括通過對所述維修模型進行優(yōu)化，形成第二級維修模型；第三極維修包括通過對所述維修模型進行優(yōu)化，形成第三極維修模型；步驟4：根據(jù)飛機組的實際運行狀態(tài)，對各個飛機分別采用第一級維修、第二級維修或第三級維修中的一級進行維修。

優(yōu)選地，所述步驟3具體為：所述維修模型包括維修成本模型以及保有率模型。

優(yōu)選地，所述步驟1中的飛機狀況至少包括：典型關鍵結構有限元分析數(shù)據(jù)、疲勞分析數(shù)據(jù)模型、智能監(jiān)控測量數(shù)據(jù)、試飛數(shù)據(jù)及外場飛參數(shù)據(jù)。

優(yōu)選地，所述步驟2具體為：根據(jù)飛機數(shù)據(jù)庫中的飛機狀況，采用神經(jīng)網(wǎng)絡載荷模型、雨流計數(shù)法、損傷計算公式、裂紋擴展概率分布法，模擬計算飛機數(shù)據(jù)庫中飛機在飛行過程中的壽命消耗以及裂紋的概率分布情況。

優(yōu)選地，所述維修成本模型具體為：

為飛機i第l次維修裂紋堆中失效時間最小的)

其中：z為飛機數(shù)量；i(i＝1,2,…,z)表示第i架飛機；kⁱ表示第i架飛機共有k個裂紋點；t_failure_i^k表示k個裂紋點的失效時間；m_i表示通過m次將裂紋維修完；C_壽命浪費表示裂紋維修單位時間壽命浪費系數(shù)；t_failure表示裂紋的失效時間；t_fix表示裂紋的維修時間；C_停機表示單次停機維修成本；m表示停機次數(shù)；t_fix_i^j表示飛機i的第j個裂紋的維修時間，是t_fix_i^l(l＝1,…,m_i)中的一個。

優(yōu)選地，所述保有率模型具體為：

其中：t為時間；l為飛機數(shù)量；l(t)為t時間處于維修狀態(tài)的飛機；z為飛機總數(shù)；p(t)為保有率模型。

優(yōu)選地，所述第一級維修通過對所述維修模型進行優(yōu)化，形成第一級維修模型具體為：

為飛機i第l次維修裂紋堆中失效時間最小的)

其中：z為飛機數(shù)量；i(i＝1,2,…,z)表示第i架飛機；kⁱ表示第i架飛機共有k個裂紋點；t_failure_i^k表示k個裂紋點的失效時間；m_i表示通過m次將裂紋維修完；C_壽命浪費表示裂紋維修單位時間壽命浪費系數(shù)；t_failure表示裂紋的失效時間；t_fix表示裂紋的維修時間；C_停機表示單次停機維修成本；m表示停機次數(shù)；t_fix_i^j表示飛機i的第j個裂紋的維修時間，是t_fix_i^l(l＝1,…,m_i)中的一個；p(t)為保有率函數(shù)；l(t)為t時間處于維修狀態(tài)的飛機；z為飛機總數(shù)；p_min為保有率最低要求；t為時間；l為飛機數(shù)量；

所述第二級維修通過對所述維修模型進行優(yōu)化，形成第二級維修模型具體為：

其中，

l(t)為t時刻處于維修狀態(tài)的飛機l；z為飛機總數(shù)；

所述第三級維修通過對所述維修模型進行優(yōu)化，形成第三級維修模型具體為：

為飛機i第l次維修裂紋堆中失效時間最小的)；其中，

z為飛機數(shù)量；i(i＝1，2，…，z)表示第i架飛機；kⁱ表示第i架飛機共有k個裂紋點；t_failure_i^k表示k個裂紋點的失效時間；m_i表示通過m次將裂紋維修完；C_壽命浪費表示裂紋維修單位時間壽命浪費系數(shù)；t_failure表示裂紋的失效時間；t_fix表示裂紋的維修時間；C_停機表示單次停機維修成本；m表示停機次數(shù)；t_fix_i^j表示飛機i的第j個裂紋的維修時間，是t_fix_i^l(l＝1，…，m_i)中的一個；p(t)為保有率函數(shù)；l(t)為t時間處于維修狀態(tài)的飛機；z為飛機總數(shù)；p_min為保有率最低要求；t為時間；l為飛機數(shù)量。

優(yōu)選地，所述第一級維修進一步包括對第一級維修模型進行優(yōu)化，從而形成第一級優(yōu)化模型；所述第二級維修進一步包括對第二級維修模型進行優(yōu)化，從而形成第二級優(yōu)化模型；所述第三級維修進一步包括對第三級維修模型進行優(yōu)化，從而形成第三極優(yōu)化模型。

優(yōu)選地，所述對第一級維修模型進行優(yōu)化，從而形成第一級優(yōu)化模型具體為：

將飛機組中的各個飛機的飛機狀況數(shù)據(jù)進行聚類分析，將飛機組中的各個飛機的維修成本作為子系統(tǒng)，將飛機組的保有率作為總系統(tǒng)，對各個子系統(tǒng)分別采用遺傳算法進行優(yōu)化，將優(yōu)化得到的各個子系統(tǒng)所采用的維修時間返回到所述總系統(tǒng)進行協(xié)調(diào)，并將總系統(tǒng)協(xié)調(diào)的結果返回各個子系統(tǒng)進行優(yōu)化，直到總系統(tǒng)的保有率達到要求為止；

所述對第二級維修模型進行優(yōu)化，從而形成第二級優(yōu)化模型具體為：

對飛機組中的各個飛機的飛機狀況數(shù)據(jù)進行聚類分析，并采用遺傳算法進行優(yōu)化，從而得到第二級優(yōu)化模型如下：

max；其中，

為飛機i第1次維修裂紋類中失效時間最小的)

l(t)為t時刻處于維修狀態(tài)的飛機；z為飛機總數(shù)；t_fix_i^j表示飛機i的第j個裂紋的維修時間；

所述對第三級維修模型進行優(yōu)化，從而形成第三級優(yōu)化模型具體為采用多目標進化算法進行求解，并求得如下第三級優(yōu)化模型：

為飛機i第l次維修裂紋堆中失效時間最小的)；其中，

z為飛機數(shù)量；i(i＝1,2,…,z)表示第i架飛機；kⁱ表示第i架飛機共有k個裂紋點；t_failure_i^k表示k個裂紋點的失效時間；m_i表示通過m次將裂紋維修完；C_壽命浪費表示裂紋維修單位時間壽命浪費系數(shù)；t_failure表示裂紋的失效時間；t_fix表示裂紋的維修時間；C_停機表示單次停機維修成本；m表示停機次數(shù)；t_fix_i^j表示飛機i的第j個裂紋的維修時間，是t_fix_i^l(l＝1,…,m_i)中的一個；p(t)為保有率函數(shù)；l(t)為t時間處于維修狀態(tài)的飛機；z為飛機總數(shù)；p_min為保有率最低要求；t為時間；l為飛機數(shù)量。

將本申請的基于飛機結構健康監(jiān)控的維修方法用于飛機組，可以在保證飛行組的正常任務的情況下、在保證各個飛機飛行安全的前提下充分挖掘飛機的壽命潛力，避免不必要的維修。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的基于飛機結構健康監(jiān)控的維修方法的流程示意圖。

圖2是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的基于飛機結構健康監(jiān)控的維修方法中的第一級優(yōu)化模型的示意圖。

圖3是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的基于飛機結構健康監(jiān)控的維修方法中的第二級優(yōu)化模型的示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行更加詳細的描述。在附圖中，自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。下面結合附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細說明。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明保護范圍的限制。

圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的基于飛機結構健康監(jiān)控的維修方法的流程示意圖。

如圖1所示的基于飛機結構健康監(jiān)控的維修方法用于具有多架飛機的飛機組進行維修，該基于飛機結構健康監(jiān)控的維修方法包括如下步驟：

步驟1：建立飛機狀況數(shù)據(jù)的飛機數(shù)據(jù)庫，在本實施例中，步驟1中的飛機狀況至少包括：典型關鍵結構有限元分析數(shù)據(jù)、疲勞分析數(shù)據(jù)模型、智能監(jiān)控測量數(shù)據(jù)、試飛數(shù)據(jù)及外場飛參數(shù)據(jù)。

步驟2：模擬計算飛機數(shù)據(jù)庫中飛機在飛行過程中的壽命消耗以及裂紋的概率分布情況，在本實施例中，該步驟2具體為：根據(jù)飛機數(shù)據(jù)庫中的飛機狀況，采用神經(jīng)網(wǎng)絡載荷模型、雨流計數(shù)法、損傷計算公式、裂紋擴展概率分布法，模擬計算飛機數(shù)據(jù)庫中飛機在飛行過程中的壽命消耗以及裂紋的概率分布情況。

步驟3：建立維修模型，并根據(jù)飛機組的運行狀況，對飛機組進行維修分級，根據(jù)飛機組的運行狀態(tài)，將維修分級分為第一級維修、第二級維修以及第三級維修，其中，第一級維修包括通過對所述維修模型進行優(yōu)化，形成第一級維修模型；第二級維修包括通過對所述維修模型進行優(yōu)化，形成第二級維修模型；第三極維修包括通過對所述維修模型進行優(yōu)化，形成第三極維修模型。

在本實施例中，維修模型包括維修成本模型以及保有率模型，其中，維修成本模型具體為：

為飛機i第l次維修裂紋堆中失效時間最小的)

其中：z為飛機數(shù)量；i(i＝1,2,…,z)表示第i架飛機；kⁱ表示第i架飛機共有k個裂紋點；t_failure_i^k表示k個裂紋點的失效時間；m_i表示通過m次將裂紋維修完；C_壽命浪費表示裂紋維修單位時間壽命浪費系數(shù)；t_failure表示裂紋的失效時間；t_fix表示裂紋的維修時間；C_停機表示單次停機維修成本；m表示停機次數(shù)；t_fix_i^j表示飛機i的第j個裂紋的維修時間，是t_fix_i^l(l＝1,…,m_i)中的一個。

在本實施例中，保有率模型具體為：

其中：t為時間；l為飛機數(shù)量；l(t)為t時間處于維修狀態(tài)的飛機；z為飛機總數(shù)；p(t)為保有率模型。

在本實施例中，由于維修模型包括維修成本模型以及保有率模型，因此，有利的是，根據(jù)維修成本模型以及保有率模型，將維修分級分為第一級維修、第二級維修以及第三級維修。

在本實施例中，第一級維修以規(guī)定保有率為底線，從維修成本考慮，經(jīng)過優(yōu)化形成第一級維修模型具體為：

為飛機i第l次維修裂紋堆中失效時間最小的)

其中：z為飛機數(shù)量；i(i＝1,2,…,z)表示第i架飛機；kⁱ表示第i架飛機共有k個裂紋點；t_failure_i^k表示k個裂紋點的失效時間；m_i表示通過m次將裂紋維修完；C_壽命浪費表示裂紋維修單位時間壽命浪費系數(shù)；t_failure表示裂紋的失效時間；t_fix表示裂紋的維修時間；C_停機表示單次停機維修成本；m表示停機次數(shù)；t_fix_i^j表示飛機i的第j個裂紋的維修時間，是t_fix_i^l(l＝1,…,m_i)中的一個；p(t)為保有率函數(shù)；l(t)為t時間處于維修狀態(tài)的飛機；z為飛機總數(shù)；p_min為保有率最低要求；t為時間；l為飛機數(shù)量。

在本實施例中，第二級維修以保有率的優(yōu)化為前提，不考慮維修成本，經(jīng)過優(yōu)化形成第二級維修模型具體為：

其中，

l(t)為t時刻處于維修狀態(tài)的飛機l；z為飛機總數(shù)。

在本實施例中，第三級維修綜合考慮保有率以及維修成本，經(jīng)過優(yōu)化形成第三級維修模型具體為：

為飛機i第l次維修裂紋堆中失效時間最小的)；其中，

z為飛機數(shù)量；i(i＝1,2,…,z)表示第i架飛機；kⁱ表示第i架飛機共有k個裂紋點；t_failure_i^k表示k個裂紋點的失效時間；m_i表示通過m次將裂紋維修完；C_壽命浪費表示裂紋維修單位時間壽命浪費系數(shù)；t_failure表示裂紋的失效時間；t_fix表示裂紋的維修時間；C_停機表示單次停機維修成本；m表示停機次數(shù)；t_fix_i^j表示飛機i的第j個裂紋的維修時間，是t_fix_i^l(l＝1,…,m_i)中的一個；p(t)為保有率函數(shù)；l(t)為t時間處于維修狀態(tài)的飛機；z為飛機總數(shù)；p_min為保有率最低要求；t為時間；l為飛機數(shù)量。

采用上述的分級方式，能夠最大程度的適應飛機組的不同需要，按需要進行維修。

有利的是，在本實施例中，第一級維修進一步包括對第一級維修模型進行優(yōu)化，從而形成第一級優(yōu)化模型；第二級維修進一步包括對第二級維修模型進行優(yōu)化，從而形成第二級優(yōu)化模型；第三級維修進一步包括對第三級維修模型進行優(yōu)化，從而形成第三極優(yōu)化模型。

之所以進一步對第一級維修模型、第二級維修模型以及第三極維修模型進行優(yōu)化，是因為，飛機的維修模式分為兩種，一種是大修廠維修，一種是基地維修，當飛機組的飛機數(shù)量眾多，且飛機組中有些需要大修廠維修、有些需要基地維修時，進一步進行優(yōu)化能夠進一步降低成本。

具體地，對第一級維修模型進行優(yōu)化，從而形成第一級優(yōu)化模型具體為：

將飛機組中的各個飛機的飛機狀況數(shù)據(jù)進行聚類分析，具體地，將飛機組中的各個飛機按照約束條件(例如裂紋的長度、裂紋失效時間等)進行聚類，獲得各個飛機的各個需要維修點(需要維修的部位)的維修時間，將飛機組中的各個飛機的維修成本作為子系統(tǒng)，將飛機組的保有率作為總系統(tǒng)，對各個子系統(tǒng)分別采用遺傳算法進行優(yōu)化，將優(yōu)化得到的各個子系統(tǒng)所采用的維修時間返回到所述總系統(tǒng)進行協(xié)調(diào)，并將總系統(tǒng)協(xié)調(diào)的結果返回各個子系統(tǒng)進行優(yōu)化，直到總系統(tǒng)的保有率達到要求為止。

舉例來說，第一級維修模型對保有率有限制，因此，以維修成本為目標來安排飛機的維修時間，可能會出現(xiàn)同一時間內(nèi)，處于維修狀態(tài)的飛機過多，導致保有率達不到要求。因此維修成本和保有率是維修決策模型中需要進行協(xié)調(diào)優(yōu)化，以一個飛機組有24架為例，第一級優(yōu)化模型如圖2所示。

參見圖2，在本實施例中，對第二級維修模型進行優(yōu)化，從而形成第二級優(yōu)化模型具體為：

對飛機組中的各個飛機的飛機狀況數(shù)據(jù)進行聚類分析，并采用遺傳算法進行優(yōu)化，從而得到第二級優(yōu)化模型如下：

max；其中，

為飛機i第1次維修裂紋類中失效時間最小的)

l(t)為t時刻處于維修狀態(tài)的飛機；z為飛機總數(shù)；t_fix_i^j表示飛機i的第j個裂紋的維修時間；

在本實施例中，對第三級維修模型進行優(yōu)化，從而形成第三級優(yōu)化模型具體為采用多目標進化算法進行求解，并求得如下第三級優(yōu)化模型：

為飛機i第l次維修裂紋堆中失效時間最小的)；其中，

z為飛機數(shù)量；i(i＝1,2,…,z)表示第i架飛機；kⁱ表示第i架飛機共有k個裂紋點；t_failure_i^k表示k個裂紋點的失效時間；m_i表示通過m次將裂紋維修完；C_壽命浪費表示裂紋維修單位時間壽命浪費系數(shù)；t_failure表示裂紋的失效時間；t_fix表示裂紋的維修時間；C_停機表示單次停機維修成本；m表示停機次數(shù)；t_fix_i^j表示飛機i的第j個裂紋的維修時間，是t_fix_i^l(l＝1,…,m_i)中的一個；p(t)為保有率函數(shù)；l(t)為t時間處于維修狀態(tài)的飛機；z為飛機總數(shù)；p_min為保有率最低要求；t為時間；l為飛機數(shù)量。

步驟4：根據(jù)飛機組的實際運行狀態(tài)，對各個飛機分別采用第一級維修、第二級維修或第三級維修中的一級進行維修。

將本申請的基于飛機結構健康監(jiān)控的維修方法用于飛機組，可以在保證飛行組的正常任務的情況下、在保證各個飛機飛行安全的前提下充分挖掘飛機的壽命潛力，避免不必要的維修。

最后需要指出的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制。盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術方案的精神和范圍。