一种民用飞机系统维修时间间隔计算方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于航空技术领域，特别是涉及一种民用飞机系统维修时间间隔计算方 法。
【背景技术】
[0002] 民用飞机传统的"系统分析"过程中，维修时间间隔的确定都偏保守，各工作组的 选择往往基于行业惯例。行业惯例大多依据供应商推荐值、相同或相似件的服役数据、工 程经验等产生，它往往只针对某个系统或部件本身，并没有完全与飞机MSG-3 (Maintenance Steering Group一3rd Task Force)思想融合，即没有从飞机整机角度出发考虑其合理性： 该系统失效会对飞机产生哪种影响；各种影响下，何时维修会使成本最低等。MSG-3在系统 一层分析中会产生五类失效影响，即显性安全（5类）、显性运行（6类）、显性经济（7类）、 隐性安全（8类）、隐性非安全（9类）。与这五种类别对应的二层分析产生的维修任务，其时 间间隔如果都仅按照行业惯例进行确定，则很可能会导致维修不足或过剩的情况。另一方 面，在推荐出与行业惯例不符的维修时间间隔时，航空制造商、运营商及当局往往从不同角 度持有不同的意见，在工作组或者ISC会议上造成大量长时间的辩论，缺少相应判断标准。
[0003] 下面两例说明了仅参照行业惯例进行系统维修时间间隔确定的缺陷：
[0004] 例1 :一个隐性非安全类（失效在飞机运行过程中不被发现，该失效与额外失效 或事件的组合对飞机安全性无影响）维修任务，其维修对象的MTBF为500000ΠΚ飞行小 时），额外系统失效的MTBF (平均故障间隔时间）为25000(FH。完成该任务需要的时间较 短，因该失效产生的费用很低，那基于经济性考虑应选择较高的维修时间间隔更为合理，如 20000-30000FH。但是该任务时间间隔的行业惯例为1000FH，该时间间隔势必会造成维修过 剩，产生较高维修成本。
[0005] 例2 :-个显性运行类（失效在运行过程中可以被发现，且它对飞机运行有影响） 维修任务，其维修对象的MTBF为200000FH，任务时间为15分钟，但如果发生失效会产生严 重的后果，如昂贵的修理费用100000$、航班取消等。那在这种情况下，选择较低的时间间隔 是较为合理的，如300-500FH。但是该任务时间间隔的行业惯例为800-1000FH，该时间间隔 则显得维修不足，可能会给航空公司造成较高的维修成本或盈利损失。
[0006] 由上可以看出，对新机型来说，在大量缺乏服役数据支持的情况下，完全依赖行业 惯例来确定系统维修时间间隔并不合理，将安全性、可靠性、经济性与MSG-3分析完全融 合，以可靠性为输入、安全性为约束、经济性为中心，从全机角度出发来确定民用飞机系统 维修时间间隔将是该领域的主导趋势。
[0007] 目前国内在该领域研究还处于起步阶段，多数公司采用基于案例推理的方法，以 相似度为中心，在缺乏服役数据的支持下，使用其它在役飞机相同或相似部件的技术数据 或经验数据，通过计算相似度大小来判断国内新研制机型到底使用何种相似或相同部件的 在役维修时间间隔。
【发明内容】
[0008] 针对上述存在的技术问题，为摆脱仅依靠现有行业经验数据或他人维修数据来确 定民用飞机系统维修时间间隔的现状，本发明提供一种民用飞机系统维修时间间隔计算方 法，它依据MSG-3思想，从整机角度出发，结合民用飞机实际运营过程中可能产生的经济影 响，综合考虑可靠性、安全性因素，来求解最佳的维修时间间隔。
[0009] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
[0010] 本发明的基本原理
[0011] 对于MSG-3分析产生的定期维修任务可以分为安全类与非安全类，本发明选择了 经济性（费用/小时）作为优化目标。其中对于安全类任务，使用两种方法来计算相应维 修任务的时间间隔：侧重安全和经济，综合考虑经济性算法推荐范围、安全门槛及产品型号 定检目标值来确定任务的时间间隔。
[0012] 本发明一种民用飞机系统维修时间间隔计算方法，包括如下步骤：
[0013] 第一步：准备数据
[0014] 包括维修重要项名称、部件名称、维修任务描述、任务类别、安全级别、平均故障间 隔时间、额外失效平均故障间隔时间、损耗因子、任务费用和失效费用；
[0015] 第二步：判断任务类别，如果任务类别是显性类别第6、7类采用经济性算法确定 维修间隔时间，所述经济性算法如下：
[0016] 确定[0, T]时间内的平均失效率
[0017] (1 ；
[0018]
[0019] (2)
[0020] 的极小值确定最优维修时间间隔T%其中：C(T)表示费用总和，Cf表示部件失效所 产生的费用，C p为对该部件执行预防性维修任务的费用，Tl为尺寸参数，β为形状参数，
[0021] 对上式（2)求导，并令dC (T) /dT = 0得
[0022]
C 3 >
[0023] 若β = 1，则卩：没有必要进行定时维修，让部件一直工作到故障后才做 维修；若β > 1，则存在唯一的有限最优解Τ%它满足
[0024]
⑷
[0025] 且最小费用为CCT);
[0026]
[0027] 最低成本的110 %处的T值分布在最低成本处的T值T*的两边，定义为Ta及Tb， 选择维修时间间隔范围为[Ta, Tb]。
[0028] 所述的第二步判断任务类别中，如果任务类别为隐性任务第9类别，则其经济性 算法如下：
[0029] 部件在威布尔分布下的故障分布函数为
[0030]
(5)
[0031] 优化目标是通过求下式
[0032]
(6)
[0033] 的极小值确定最优维修时间间隔其中：C(T)表示费用总和，用Cf表示部件失 效所产生的费用，C p对该部件执行预防性维修任务的费用，Cr表示替换或修理部件的费用；
[0034] 上式中λ e是指数分布下的失效率，为常数；指数分布下有
MTBF为平均故障间隔时间；
[0035] 对目标公式（6)求导，并令dC(T)/dT = 0可得T*，令
则C(T) = C1CrHC2(T),最低成本的110 %处的T值分布在最低 成本处的T值T*的两边，定义为Ta及Tb，选择维修时间间隔范围为[Ta, Tb]
[0036] 所述的第二步判断任务类别中，如果任务类别为隐性任务第8类别，采用如权利 要求2所述的经济性算法结果和安全门槛值计算结果，并结合产品型号定检目标值确定， 选取经济性算法推荐范围内或附近的产品型号定检目标值或者产品型号定检目标值的倍 数，该值 < 安全门槛值计算结果。
[0037] 所述安全门槛值计算方法如下：
[0038] 事件发生概率Θ满足以下条件
[0039] P1U) XP2S Θ (7)
[0040] 式中P1U)表示部件故障概率，
[0042] P2表示额外失效的失效率，
MTBF是平均故障间隔时 间，
[0043] 得到
[0044]
(9)
[0045] 其中：Tcap表示计算出的时间间隔上限。
[0046] 所述尺寸参数η按照如下步骤确定：
[0047] 1)根据平均故障间隔时间MTBF确定威布尔分布
[0048] 概率密度
[0049]
(10)
[0050] 分布函数 则
(5)
[0052] 失效率
[0053]
( 11 )
[0054] 其中：
[0055] η--尺寸参数，反映威布尔分布的范围，β--形状参数，反映概率密度函数的 形状以及失效率的增减性；
[0056] 2)由 MTBF 和 β 确定 η
(12)
[0057]
[0058]
[0059] 所述任务费用包括：
[0060] 1)对部件执行预防性维修任务的总费用Cp
[0061] Cp= C ,+Cn^HnXNpXR1 (13)
[0062] Cg一一地面保障设备分摊费用，Cbk-一材料及耗材费用，H n一一人力工时，Np-一 工作人员数量，R1-一工时率；当C/J、于75$时，取75$ ;
[0063] 2)部件失效所导致的总费用Cf
[0064] Cf = C r+Cdel+Ccan+Cnc+Cad]+C out+Cdlv+HnX Np X R1 (14)
[0065] Cr--部件修理费，Cdel--航班延迟费，C ran--航班取消费，Cnrc--材料及耗 材费用，Cadj--时间间隔调整值，Cciut--停飞费用，Cdiv--转飞费用，H m--人力工时， Np一一工作人员数量，R1-一工时率。
[0066] 本发明的有益效果：
[0067] 国内民用飞机在制定MRBR(MRBR为维修审查委员会报告）过程中缺乏服役数据积 累，也在一定程度上削弱了维修成本方面的竞争性。本发明的计算方法以经济性为中心， 安全性为限制，可靠性为输入理念，并以此来推荐合理的维修时间间隔。这样在工作组决 策时，就可以综合地考虑供应商推荐值、工程判断值、历史维修数据、相似系统部件数据、行 业经验值、本方法推荐值等，来做出一个最佳维修时间间隔的判断，从而解决了国内民用飞 机在制定MRBR过程中由于缺乏大量服役数据而无法准确判断系统部件维修时间间隔的问 题。
【附图说明】
[0068] 图1为本发明的流程框图。
[0069]图2为本发明中显性任务计算方法所得的曲线图表。
[0070] 图3为本发明中隐性任务计算方法所得的曲线图表。
[0071] 图4为实施例1的隐性任务第8类别的经济性算法图表。
[0072] 图5为实施例1的安全门槛值计算图表。<