飞机针对性维修策略及决策模型研究

daewoo · 发表于 2007-6-10 14:30:02

针对飞机维修提出了“针对性维修策略”，确立了其理论依据及要点、具体实施的内容以及建立了“劣化度”维修决策数学模型，并在发动机维修检测中进行了具体实施。　
自动控制、机电液一体、大功率多功能等，使得现代飞机构造日趋复杂，传统的定期预防维修理论及其指导下的维修制度已明显暴露出其弊病。定期预防维修制的实质是根据量变到质变的发展规律把故障消灭在萌芽状态，是以定期全面检修为主的维修思想，其主要维修方式为定时拆卸分解维修。该维修策略认为预防工作做的越多，设备运行越可靠，但事实并非如此，多年的实践证明：不少的故障不可能通过细而密的定期维修得以解诀，相反会因频繁的拆装出现更多故障；分解检查不可能鉴定运行中内部零件可靠性下降程度；复杂设备的偶然故障是不可避免的。本文以可靠性为中心提出了一种“针对性维修策略”，初步确立了其理论依据及要点、具体实施的内容以及维修决策数学模型。该针对性维修策略与传统的定期预防维修相比具有如下主要特点：（l）针对性维修方案依据具体的设备和现场情况确定，而且在飞机运行过程中根据积累的数据和资料自行修正；（2）利用计算机支持系统实现数据管理、实时监测和及时决策；（3）综合运用了计算机技术、状态监测、预测、管理等多门学科理论技术。

针对性维修策略的理论依据及要点
飞机故障的产生、发展有其遵循的普遍规律，但又有其特殊性。任何一种维修模式都不可能适合于飞机上的所有系统和部件。也没有一种故障规律适合于所有的同类零件。因此针对飞机检修的特点提出“针对性维修策略”，其理论要点如下。
（1）  保证设备性能的再现。
（2）对故障采用系统分析的方法，如系统故障树分析、故障模式及其影响分析等。
（3）通过对部件的可靠性及故障机理分析划分维修类型，同时考虑经济性和危害度加以区别对待。
（4）力图以最低的成本达到设备最大的可靠性与安全性，最大限度地减少故障所带来的损失。
（5）  管理学、系统论、信息处理技术、计算机技术、模糊数学、随机过程等是该策略的主要理论和方法。

针对性维修策略管理模式
针对性维修是以飞机综合管理理论以及可靠性为中心的维修思想，从机械设备管理的实际出发，在推行设备点检制的基础上，根据设备的类型、性能、使用条件等特点，有针对性地采用不同的维修方式，即状态维修、定期计划预防维修和事后维修等方式，并对实行状态维修的设备推行以针对性为主的项修、大修两修制，同时改革相应的组织管理、技术管理和经济管理制度，逐步形成一个新的维修管理体制，以实现设备寿命周期费用最经济、综合效益最高的目的。所建立的维修策略模式如图1所示。
针对性维修管理与以状态为基础的维修管理是不同的，状态维修通过状态检测了解设备的技术状态并根据设备的具体情况进行预防性维修。状态维修技术并不是百分之百的适用和有效，而且要以可靠的诊断技术为基础，投资大，对人员素质要求高等。
针对性维修充分吸收了状态维修、定期预防维修、事后维修的优点，在三种维修方式中进行维修方式的优化，且把状态维修作为主要的推广方式。在状态维修中又对即将进行的维修类型进行合理的决策，从而形成了针对性维修体制。针对性维修有如下特点。
　　（l）充分体现了设备综合管理的原则，并有利于建立自我约束、自我激励的机制。
　　（2）吸收并改进了设备分类方法，强化了重点设备、重点部位的维修管理，并按设备特点和状态，有针对性地采用不同的维修方式，充分发挥各种维修方式的不同适用性和有效性，以获得最佳的维修效果。
（3）在各种维修方式中，把状态维修方式作为主要推广的方式，并具体按三检两修制来实现，即在实行日常点检、定期点检和精密点检基础上进行有针对性的项修和合理大修，并辅以必要的零修。这样，把维修工作的重心放到日常检查和日常保养维护环节上，把被动式维修转变为主动式维修；而且在维修工作中做到有的放矢，防止过剩维修和维修不足现象，体现了以可靠性为中心的思想。
（4）充分利用故障诊断、信息管理和预测决策等技术，实现设备动态管理，使针对性维修活动建立在先进的科学基础上，将管理由经验方式向系统化和规范化的科学方式转变。

飞机维修决策数学模型
实行针对性维修管理，需要判断飞机上的机械设备是否需要维修和采取什么样的维修类型，为此要有决策过程。由于测试参数、部件和总成状态三者之间的关系比较复杂，即有的逻辑关系明确，有的关系模糊，所以技术状态的判断既有逻辑性又有模糊性。因此，在针对性维修体制中采用以飞机上的机械设备可靠性为中心，以建立“劣化度”数学模型为设备技术状态指标，通过逻辑与模糊方法的综合运用，确定设备的技术状态，并进一步确定设备的维修类型，为进一步设计维修专家系统提供依据。
1.确定设备技术监测的参数与标准
确定监测的参数时，要确保所测得的参数能反映设备的技术状态和劣化趋势。因此，应避免采用仅反映设备的暂时故障或调整不良等因素的测量参数。设备整机的状态是由各总成来决定的，总成的状态则由其组成零部件的状态决定，而所测量的参数则往往只反映了零部件的技术状态。在制定的技术标准中，应规定所测参数的名称、所属的零部件、监测参数的良好值、极限值和计量单位等。
2. 建立“劣化度”数学模型
此处采用“劣化度”的概念来衡量设备各部位或整机对各种技术状态的隶属度，以此作为判断维修类型的依据。劣化度计算的依据是，每一种设备都有一系列状态参数，且它们是时间的函数。设备的功能可以认为是正常工作状态的集合，设备故障失效则超出此正常工作状态集合的界限。一般工作中的设备状态在一定程度上偏离良好状态，故可将“劣化度”定义为设备状态偏离良好状态向极限状态发展的程度。项目的劣化度既可由点检测得的状态参数值来计算，或根据工程师、点检员和操作人员打分估计，也可根据实际使用时间来估算。一般事先由专家或多人讨论，确定对某项目劣化度的评价方法。例如，确定根据点检测得到的状态参数值计算劣化度，建立如下数学模型：

式中：si、mi、fi分别为该性能参数的正常值、实测值和极限值。ni是指数，它反映劣化发展特性，即该参数的变化对设备性能劣化的影响程度。某些机构的测试值（如磨损量）与其工作性能在一定范围内呈线性关系，n可取1；有些测试值（如振动数据）则与性能具有近似的抛物线关系，此时的n趋近于2。每一具体劣化指数的数据应当由试验分析确定，在情况不明时，可估计一个值，然后在实际中修正。
当项目劣化度接近于零时，认为该项目处于良好状态；若劣化度接近或达到了1，即认为项目处于极限状态；当劣化值处于0和1之间时，则认为是中间过渡状态。
3.具有逻辑关系的技术状态确定方法
用逻辑方法确定测试参数与零部件的技术状态具有明确性和直观性的优点。在设备系统分析时发现，有很多设备零部件的技术状态和所测试参数之间的关系可以根据经验和理论实验得出的逻辑关系（包括明确的数学关系）加以确定，因此，应考虑采用逻辑分析的方法对设备技术状态加以确定。
例如，在对飞机螺旋桨发动机技术状态的确定过程中发现，其技术状态可用图2所示的逻辑关系加以确定（图中：AGB，Accessory Gear Box附件齿轮箱）。
图中各符号说明如下。
规则1：推导发动机总成的劣化度。取各子项的最大值。
规则11：推导气缸-活塞组件劣化度。各子项目波动<20%时，取大值；各值波动>=20%，加权平均；若“漏油”和“缸压”子项目相差>=50%，舍去大值，其余加权平均。
规则111：禁门。推导由磨损引起的燃油漏劣化度。缸盖垫未破损、密封良好时，禁门条件成立，输出值等于输入值，否则输出为零。
规则112：禁门。推导由磨损引起的温度劣化度。压缩比正常时，禁门条件成立，输出值等于输入值，否则输出为零。
规则113：禁门。推导由磨损引起的启动/点火性能劣化度。喷油器针阀无卡滞，出油阀无漏油；喷油泵柱塞间隙正常，喷油压力正常，雾化好；配气相位、供油提前角正确时，禁门条件成立，输出值等于输入值，否则输出为零。
规则114：禁门。推导由磨损引起的功率劣化度。喷油器、阀无故障，且空气滤清器不堵塞时，禁门条件成立，输出值等于输入值，否则输出为零。
规则115：禁门。推导由磨损引起的排烟劣化度。油底壳油面不超高，高压油泵正常，喷油嘴无漏油雾化好时，禁门条件成立，输出值等于输入值，否则输出为零。
规则12：推导轴承-涡轮盘劣化度。设轴承-涡轮盘磨损间隙劣化度为L1，滑油压力降劣化度为L2，涡轮转速降低的劣化度为L3，如果︳L1-L2-L3︳< 0.2，输出值取最大，否则加权平均。
规则121：推导间隙劣化度，取主轴承与曲柄销连杆轴承中劣化度中的最大值。
规则122：推导间隙劣化度，取涡轮盘劣化度中的最大值。
规则123：禁门。设滑油黏度降低的劣化度为L2，如果滑油黏度下降小于20%，滑油泵工作正常且滑油管无泄漏和堵塞现象，则输出值等于输入值，否则为零。
规则124：禁门。设涡轮转速降低的劣化度为L3，如果涡轮转速下降小于20%，涡轮叶片工作正常，则输出值等于输入值，否则为零。
4.具有模糊关系的技术状态确定方法
在实际系统中，设备整机与总成、总成与零部件及总成或零部件与测量结果之间的技术状态关系一般比较模糊、不确定。因此，对这一部分技术状态的确定，需要利用模糊数学的原理，通过确定因素集、备择集、模糊评价矩阵、权向量，利用模糊变换得到各总成的评语
Bi={bi好, bi较好, bi一般， bi差}
和对整机一级的评语，即
B={b好, b较好, b一般， b差}
数集B表示整机技术状态U对评语“好”、“较好”、“一般”和“差”的隶属度b好, b较好, b一般， b差。这为从技术上对设备进行维修决策提供了依据。

针对性维修决策数学模型应用
维修级别决策主要依据是设备的技术状态，可参考下面的逻辑判断数学模型。判断中所取的阈值，应根据不同的设备来确定，并在实践中不断修正，以更符合实际情况。
大修决策：当b差为最大，且b一般+b差≥0.7，应安排大修；
项修决策：若整机大修决策否定后，某总成i的bi差为最大，且bi一般+bi差≥0.6，该总成应进行项修；
若项修条件不成立，则有三种可能：第一种可能是仅bi差为最大，或者仅bi一般+bi差≥0.6，应对劣化度的变化作预测、并据此作好计划，与此同时加强监测和准备项修。考虑到设备检测的频度较低，故采用灰色预测法进行预测；第二种是bi好为最大，并bi好+bi较好≥0.7，表明其技术状态良好，毋需项修，可继续运行；第三种可能是总成处于中间状况，虽然可以继续运行，但对劣化度超过的相应部位须进行零修，并应加强检查和预报。

结论
以针对性维修策略为指导，通过对飞机发动机为对象进行了具体实施并建立了“劣化度”维修决策数学模型，通过某航空维修基地的现场实践证明以该维修策略为指导的维修方法适用于我国的大中型企业的设备维修管理与决策。

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