一種民用飛機(jī)系統(tǒng)維修時(shí)間間隔計(jì)算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于航空技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種民用飛機(jī)系統(tǒng)維修時(shí)間間隔計(jì)算方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 民用飛機(jī)傳統(tǒng)的"系統(tǒng)分析"過(guò)程中，維修時(shí)間間隔的確定都偏保守，各工作組的 選擇往往基于行業(yè)慣例。行業(yè)慣例大多依據(jù)供應(yīng)商推薦值、相同或相似件的服役數(shù)據(jù)、工 程經(jīng)驗(yàn)等產(chǎn)生，它往往只針對(duì)某個(gè)系統(tǒng)或部件本身，并沒(méi)有完全與飛機(jī)MSG-3 (Maintenance Steering Group一3rd Task Force)思想融合，即沒(méi)有從飛機(jī)整機(jī)角度出發(fā)考慮其合理性： 該系統(tǒng)失效會(huì)對(duì)飛機(jī)產(chǎn)生哪種影響；各種影響下，何時(shí)維修會(huì)使成本最低等。MSG-3在系統(tǒng) 一層分析中會(huì)產(chǎn)生五類失效影響，即顯性安全（5類）、顯性運(yùn)行（6類）、顯性經(jīng)濟(jì)（7類）、 隱性安全（8類）、隱性非安全（9類）。與這五種類別對(duì)應(yīng)的二層分析產(chǎn)生的維修任務(wù)，其時(shí) 間間隔如果都僅按照行業(yè)慣例進(jìn)行確定，則很可能會(huì)導(dǎo)致維修不足或過(guò)剩的情況。另一方 面，在推薦出與行業(yè)慣例不符的維修時(shí)間間隔時(shí)，航空制造商、運(yùn)營(yíng)商及當(dāng)局往往從不同角 度持有不同的意見(jiàn)，在工作組或者ISC會(huì)議上造成大量長(zhǎng)時(shí)間的辯論，缺少相應(yīng)判斷標(biāo)準(zhǔn)。
[0003] 下面兩例說(shuō)明了僅參照行業(yè)慣例進(jìn)行系統(tǒng)維修時(shí)間間隔確定的缺陷：
[0004] 例1 :一個(gè)隱性非安全類（失效在飛機(jī)運(yùn)行過(guò)程中不被發(fā)現(xiàn)，該失效與額外失效 或事件的組合對(duì)飛機(jī)安全性無(wú)影響）維修任務(wù)，其維修對(duì)象的MTBF為500000ΠΚ飛行小 時(shí)），額外系統(tǒng)失效的MTBF (平均故障間隔時(shí)間）為25000(FH。完成該任務(wù)需要的時(shí)間較 短，因該失效產(chǎn)生的費(fèi)用很低，那基于經(jīng)濟(jì)性考慮應(yīng)選擇較高的維修時(shí)間間隔更為合理，如 20000-30000FH。但是該任務(wù)時(shí)間間隔的行業(yè)慣例為1000FH，該時(shí)間間隔勢(shì)必會(huì)造成維修過(guò) 剩，產(chǎn)生較高維修成本。
[0005] 例2 :-個(gè)顯性運(yùn)行類（失效在運(yùn)行過(guò)程中可以被發(fā)現(xiàn)，且它對(duì)飛機(jī)運(yùn)行有影響） 維修任務(wù)，其維修對(duì)象的MTBF為200000FH，任務(wù)時(shí)間為15分鐘，但如果發(fā)生失效會(huì)產(chǎn)生嚴(yán) 重的后果，如昂貴的修理費(fèi)用100000$、航班取消等。那在這種情況下，選擇較低的時(shí)間間隔 是較為合理的，如300-500FH。但是該任務(wù)時(shí)間間隔的行業(yè)慣例為800-1000FH，該時(shí)間間隔 則顯得維修不足，可能會(huì)給航空公司造成較高的維修成本或盈利損失。
[0006] 由上可以看出，對(duì)新機(jī)型來(lái)說(shuō)，在大量缺乏服役數(shù)據(jù)支持的情況下，完全依賴行業(yè) 慣例來(lái)確定系統(tǒng)維修時(shí)間間隔并不合理，將安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性與MSG-3分析完全融 合，以可靠性為輸入、安全性為約束、經(jīng)濟(jì)性為中心，從全機(jī)角度出發(fā)來(lái)確定民用飛機(jī)系統(tǒng) 維修時(shí)間間隔將是該領(lǐng)域的主導(dǎo)趨勢(shì)。
[0007] 目前國(guó)內(nèi)在該領(lǐng)域研究還處于起步階段，多數(shù)公司采用基于案例推理的方法，以 相似度為中心，在缺乏服役數(shù)據(jù)的支持下，使用其它在役飛機(jī)相同或相似部件的技術(shù)數(shù)據(jù) 或經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算相似度大小來(lái)判斷國(guó)內(nèi)新研制機(jī)型到底使用何種相似或相同部件的 在役維修時(shí)間間隔。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 針對(duì)上述存在的技術(shù)問(wèn)題，為擺脫僅依靠現(xiàn)有行業(yè)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)或他人維修數(shù)據(jù)來(lái)確 定民用飛機(jī)系統(tǒng)維修時(shí)間間隔的現(xiàn)狀，本發(fā)明提供一種民用飛機(jī)系統(tǒng)維修時(shí)間間隔計(jì)算方 法，它依據(jù)MSG-3思想，從整機(jī)角度出發(fā)，結(jié)合民用飛機(jī)實(shí)際運(yùn)營(yíng)過(guò)程中可能產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)影 響，綜合考慮可靠性、安全性因素，來(lái)求解最佳的維修時(shí)間間隔。
[0009] 本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：
[0010] 本發(fā)明的基本原理
[0011] 對(duì)于MSG-3分析產(chǎn)生的定期維修任務(wù)可以分為安全類與非安全類，本發(fā)明選擇了 經(jīng)濟(jì)性（費(fèi)用/小時(shí)）作為優(yōu)化目標(biāo)。其中對(duì)于安全類任務(wù)，使用兩種方法來(lái)計(jì)算相應(yīng)維 修任務(wù)的時(shí)間間隔：側(cè)重安全和經(jīng)濟(jì)，綜合考慮經(jīng)濟(jì)性算法推薦范圍、安全門檻及產(chǎn)品型號(hào) 定檢目標(biāo)值來(lái)確定任務(wù)的時(shí)間間隔。
[0012] 本發(fā)明一種民用飛機(jī)系統(tǒng)維修時(shí)間間隔計(jì)算方法，包括如下步驟：
[0013] 第一步：準(zhǔn)備數(shù)據(jù)
[0014] 包括維修重要項(xiàng)名稱、部件名稱、維修任務(wù)描述、任務(wù)類別、安全級(jí)別、平均故障間 隔時(shí)間、額外失效平均故障間隔時(shí)間、損耗因子、任務(wù)費(fèi)用和失效費(fèi)用；
[0015] 第二步：判斷任務(wù)類別，如果任務(wù)類別是顯性類別第6、7類采用經(jīng)濟(jì)性算法確定 維修間隔時(shí)間，所述經(jīng)濟(jì)性算法如下：
[0016] 確定[0, T]時(shí)間內(nèi)的平均失效率
[0017] (1 ；
[0018]
[0019] (2)
[0020] 的極小值確定最優(yōu)維修時(shí)間間隔T%其中：C(T)表示費(fèi)用總和，Cf表示部件失效所 產(chǎn)生的費(fèi)用，C p為對(duì)該部件執(zhí)行預(yù)防性維修任務(wù)的費(fèi)用，Tl為尺寸參數(shù)，β為形狀參數(shù)，
[0021] 對(duì)上式（2)求導(dǎo)，并令dC (T) /dT = 0得
[0022]
C 3 >
[0023] 若β = 1，則卩：沒(méi)有必要進(jìn)行定時(shí)維修，讓部件一直工作到故障后才做 維修；若β > 1，則存在唯一的有限最優(yōu)解Τ%它滿足
[0024]
⑷
[0025] 且最小費(fèi)用為CCT);
[0026]
[0027] 最低成本的110 %處的T值分布在最低成本處的T值T*的兩邊，定義為Ta及Tb， 選擇維修時(shí)間間隔范圍為[Ta, Tb]。
[0028] 所述的第二步判斷任務(wù)類別中，如果任務(wù)類別為隱性任務(wù)第9類別，則其經(jīng)濟(jì)性 算法如下：
[0029] 部件在威布爾分布下的故障分布函數(shù)為
[0030]
(5)
[0031] 優(yōu)化目標(biāo)是通過(guò)求下式
[0032]
(6)
[0033] 的極小值確定最優(yōu)維修時(shí)間間隔其中：C(T)表示費(fèi)用總和，用Cf表示部件失 效所產(chǎn)生的費(fèi)用，C p對(duì)該部件執(zhí)行預(yù)防性維修任務(wù)的費(fèi)用，Cr表示替換或修理部件的費(fèi)用；
[0034] 上式中λ e是指數(shù)分布下的失效率，為常數(shù)；指數(shù)分布下有
MTBF為平均故障間隔時(shí)間；
[0035] 對(duì)目標(biāo)公式（6)求導(dǎo)，并令dC(T)/dT = 0可得T*，令

則C(T) = C1CrHC2(T),最低成本的110 %處的T值分布在最低 成本處的T值T*的兩邊，定義為Ta及Tb，選擇維修時(shí)間間隔范圍為[Ta, Tb]
[0036] 所述的第二步判斷任務(wù)類別中，如果任務(wù)類別為隱性任務(wù)第8類別，采用如權(quán)利 要求2所述的經(jīng)濟(jì)性算法結(jié)果和安全門檻值計(jì)算結(jié)果，并結(jié)合產(chǎn)品型號(hào)定檢目標(biāo)值確定， 選取經(jīng)濟(jì)性算法推薦范圍內(nèi)或附近的產(chǎn)品型號(hào)定檢目標(biāo)值或者產(chǎn)品型號(hào)定檢目標(biāo)值的倍 數(shù)，該值 < 安全門檻值計(jì)算結(jié)果。
[0037] 所述安全門檻值計(jì)算方法如下：
[0038] 事件發(fā)生概率Θ滿足以下條件
[0039] P1U) XP2S Θ (7)
[0040] 式中P1U)表示部件故障概率，
[0042] P2表示額外失效的失效率，
MTBF是平均故障間隔時(shí) 間，
[0043] 得到
[0044]
(9)
[0045] 其中：Tcap表示計(jì)算出的時(shí)間間隔上限。
[0046] 所述尺寸參數(shù)η按照如下步驟確定：
[0047] 1)根據(jù)平均故障間隔時(shí)間MTBF確定威布爾分布
[0048] 概率密度
[0049]
(10)
[0050] 分布函數(shù) 則
(5)
[0052] 失效率
[0053]
( 11 )
[0054] 其中：
[0055] η--尺寸參數(shù)，反映威布爾分布的范圍，β--形狀參數(shù)，反映概率密度函數(shù)的 形狀以及失效率的增減性；
[0056] 2)由 MTBF 和 β 確定 η
(12)
[0057]
[0058]
[0059] 所述任務(wù)費(fèi)用包括：
[0060] 1)對(duì)部件執(zhí)行預(yù)防性維修任務(wù)的總費(fèi)用Cp
[0061] Cp= C ,+Cn^HnXNpXR1 (13)
[0062] Cg一一地面保障設(shè)備分?jǐn)傎M(fèi)用，Cbk-一材料及耗材費(fèi)用，H n一一人力工時(shí)，Np-一 工作人員數(shù)量，R1-一工時(shí)率；當(dāng)C/J、于75$時(shí)，取75$ ;
[0063] 2)部件失效所導(dǎo)致的總費(fèi)用Cf
[0064] Cf = C r+Cdel+Ccan+Cnc+Cad]+C out+Cdlv+HnX Np X R1 (14)
[0065] Cr--部件修理費(fèi)，Cdel--航班延遲費(fèi)，C ran--航班取消費(fèi)，Cnrc--材料及耗 材費(fèi)用，Cadj--時(shí)間間隔調(diào)整值，Cciut--停飛費(fèi)用，Cdiv--轉(zhuǎn)飛費(fèi)用，H m--人力工時(shí)， Np一一工作人員數(shù)量，R1-一工時(shí)率。
[0066] 本發(fā)明的有益效果：
[0067] 國(guó)內(nèi)民用飛機(jī)在制定MRBR(MRBR為維修審查委員會(huì)報(bào)告）過(guò)程中缺乏服役數(shù)據(jù)積 累，也在一定程度上削弱了維修成本方面的競(jìng)爭(zhēng)性。本發(fā)明的計(jì)算方法以經(jīng)濟(jì)性為中心， 安全性為限制，可靠性為輸入理念，并以此來(lái)推薦合理的維修時(shí)間間隔。這樣在工作組決 策時(shí)，就可以綜合地考慮供應(yīng)商推薦值、工程判斷值、歷史維修數(shù)據(jù)、相似系統(tǒng)部件數(shù)據(jù)、行 業(yè)經(jīng)驗(yàn)值、本方法推薦值等，來(lái)做出一個(gè)最佳維修時(shí)間間隔的判斷，從而解決了國(guó)內(nèi)民用飛 機(jī)在制定MRBR過(guò)程中由于缺乏大量服役數(shù)據(jù)而無(wú)法準(zhǔn)確判斷系統(tǒng)部件維修時(shí)間間隔的問(wèn) 題。
【附圖說(shuō)明】
[0068] 圖1為本發(fā)明的流程框圖。
[0069]圖2為本發(fā)明中顯性任務(wù)計(jì)算方法所得的曲線圖表。
[0070] 圖3為本發(fā)明中隱性任務(wù)計(jì)算方法所得的曲線圖表。
[0071] 圖4為實(shí)施例1的隱性任務(wù)第8類別的經(jīng)濟(jì)性算法圖表。
[0072] 圖5為實(shí)施例1的安全門檻值計(jì)算圖表。<