CN109886540B - 一种飞机运行符合性验证多任务动态调度方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种飞机运行符合性验证多任务动态调度方法，包括以飞机设计、制造、试验的不同状态为输入，分析运行符合性验证项目的重要性、复杂性、相关性以及持续时间，形成与型号研制阶段、型号合格审定里程碑节点协调一致的运行符合性评审符合性验证计划；针对运行符合性验证条件，形成项目清单、人员清单、设备清单以及飞机/模拟器/部件清单，确定时间安排、飞机架次安排、人员安排和设备安排方案；依据剩余待验证项目的条件，以优化验证成本为目标，建立验证项目和验证资源分配模型，实现对验证计划的动态调整。本发明对优化飞机运行符合性验证项目、资源、成本的配置，提高验证工作开展的效率具有重要意义和应用价值。
Description
技术领域
本发明属于航空器运行支持技术与运筹规划学领域，涉及一种飞机运行符合性验证多任务动态调度方法。
背景技术
飞机的运行符合性即飞机型号设计对运行类民航规章的符合性，属于航空器评审组(AEG)的工作范围。每架航空器投入运行前都必须根据计划的运行种类表明其对相应运行规章的符合性，即除了应满足CCAR-25-R4《运输类飞机适航标准》所规定的设计要求以外，还应在投入运行前满足CCAR-91-R2《一般飞行和运行规则》和CCAR-121-R4《大型飞机公共航空运输承运人运行合格审定规则》中对安全运行的要求。
航空器一旦制造完成并交付运营方，某些运行规章要求的符合性不可能直观表明，并且即使发现问题也只能通过改变设计的方式予以改正，因此，需要航空器制造厂家在型号设计中即考虑某些运行规章要求的符合性，这是运输类飞机能否从设计研发顺利投入航线运行的必由之路，也是确保运输类飞机持续适航和安全运行的必要审查环节。
目前对于运输类飞机的运行符合性验证，国内民机制造商缺少相关经验，适航和运行规章对申请人方运行符合性工作要求和方法的具体指导标准尚不完善，运行符合性验证计划编制方法和实施流程方面的研究也偏少。由于运行符合性验证涉及飞机设计、制造、审定、运行等重要环节，且需要与飞机型号合格审定工作协调一致，缺乏对运行符合性验证工作科学合理的规划将减缓飞机研制和投入运行的效率。
发明内容
发明目的：为弥补现有技术的缺失，本发明提供了一种飞机运行符合性验证多任务动态调度方法，能提高飞机运行符合性验证工作实施的效率。
技术方案：为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种飞机运行符合性验证多任务动态调度方法，包括步骤：
(4)获取项目清单、人员清单、设备清单、飞机/模拟器/部件清单；项目清单中记载所有需要验证的验证项目；验证项目包括验证对象、验证参数、项目优先级、该验证项目对设备的要求、该验证项目对验证人员的要求；
(5)确定调度模型参数集，包括验证项目、验证资源和验证成本；其中，验证资源包括人员清单中记载的人力资源和设备清单中记载的设备资源；
(6)对调度模型参数集中的参数进行编码，得到验证项目向量P、验证资源向量R、验证成本矩阵C：
P＝[p1 p2 … pm]
R＝[r1 r2 … rn]
其中，m表示验证项目总数，n表示验证资源总数，pi表示第i个验证项目，i＝1，2，…，m；cij表示验证项目pi依托资源rj进行验证的成本，j＝1，2，…，n；
(4)确定表示运行符合性验证任务分配情况的0-1矩阵Y：
yij＝1表示验证项目pi依托资源rj完成，yij＝0表示验证项目pi不依托资源rj完成；
(5)确定表示运行符合性验证项目优先级的0-1矩阵L：
其中，lij＝0表示验证项目pj优先于验证项目pi进行，lij＝1表示验证项目pi不优先于验证项目pj进行；当i＝j时，lij＝0；当pi与pj优先级级别相同时，lij＝1；
(6)以最小化调度方案的整体消耗为目标函数搭建运行符合性验证调度模型：
其中，
为约束条件，LBc和UBc分别表示验证项目pi依托资源rj进行验证的成本上、下界，LBr和UBr分别表示资源rj供给能力的上、下界，LBp和UBp分别表示验证项目pi占用资源数的上、下界；
(7)基于遗传算法求解运行符合性验证调度模型，得到最优任务分配矩阵。
进一步的，所述项目清单的内容包括：项目编号、项目名称、项目所属分组、项目重要性等级、项目复杂度等级、项目完成截止时间、项目完成所需时间、项目对飞机状态的要求、项目对设备的要求、项目对人员的要求、环境要求。
进一步的，所述人员清单的内容包括：验证人员姓名、单位、职务/职称、专业、验证工作可参与时间、身体状况。
进一步的，所述设备清单的内容包括：设备编号、设备名称、设备数量、设备工作环境条件、设备可用时间。
进一步的，所述飞机/模拟器/部件清单的内容包括：飞机/模拟器/部件的状态、工作环境条件、可用时间。
进一步的，所述基于遗传算法求解运行符合性验证调度模型的具体步骤为：
1)初始化分配方案种群：通过在全零矩阵的每一行或每一列随机选定某几个位置上的元素为1，产生初始验证任务分配矩阵群，并根据约束条件筛选出符合要求的矩阵构成分配方案初始种群；
2)交叉：随机选择分配方案种群中的若干任务分配矩阵构成交叉子群，随机选择该子群中矩阵的任意位置作为交叉点进行元素重组，根据约束条件筛选出符合要求的矩阵构成新一代分配方案种群；
3)变异：根据设定的变异概率从交叉处理后的分配方案种群中随机选择任务分配矩阵的任意位置进行变异，改变矩阵中0和1的分布情况后添加到新一代分配方案种群中；
4)复制：对于在步骤2)和3)中没有进行交叉和变异的任务分配矩阵，直接添加到新一代分配方案种群中；
5)循环迭代：重复交叉、变异、复制的过程，根据目标函数的收敛情况更改迭代次数，直至设定的误差阈值后获得最优任务分配矩阵；
6)确定任务序列：在获得最优任务分配矩阵的基础上，根据预先定义的验证项目优先级，对验证项目进行有序化处理，最终确定运行符合性验证任务序列
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优势：
本发明提供的飞机运行符合性验证多任务动态调度方法实现了与飞机设计、制造、审定、运行工作协调一致的运行符合性验证规划，基于验证项目、人员、设备以及飞机/模拟器/部件等资源约束为运行符合性验证计划的编制提供了有效技术手段，优化了运行符合性验证项目、资源、成本的配置，提高了运行符合性验证效率。
附图说明
图1为运行符合性验证计划编制方法示意图；
图2为运行符合性验证资源清单示意图；
图3为运行符合性验证工作实施流程图；
图4为基于遗传算法的运行符合性验证多任务动态调度模型求解流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
本发明所述的一种飞机运行符合性验证多任务动态调度方法，包括以下步骤：
步骤A：基于飞机设计、制造、试验的不同状态，分析运行符合性验证项目的重要性、复杂性、相关性、持续时间以及对飞机状态的要求。步骤A所述的分析运行符合性验证项目的重要性、复杂性、相关性、持续时间以及对飞机状态的要求包含以下方面：
1、分析验证项目的重要性，对飞行安全性、经济性等方面有重要影响的，优先安排验证；
2、分析验证方法的复杂性，考虑单个验证项目是否需要采用多种验证方法进行验证，以及方法实施的先后顺序；
3、分析验证项目的相关性，将有操作先后顺序要求或相关程度较大的验证项目安排在同一次验证试验中，整合试验资源；
4、分析验证项目持续时间，根据不同项目验证时间要求统筹规划验证工作，在试验条件允许的情况下，可并行开展多个验证项目；
5、分析验证项目对飞机状态的要求，包括整机、非整机、地面试验、飞行试验、模拟器试验等状态。
步骤A具体包括以下步骤：
(1)在飞机型号研制的详细设计阶段，开展飞机细节设计、试验与试制、工程样机制造与应用、飞行试验、文件和手册编写工作，与此同时，型号合格审定开展符合性计划制定与计划实施工作。如图1所示，依据运行符合性评审要求，从型号合格审定流程中提取出需关注的里程碑节点，包括编制审定计划、制定项目进度表、制造符合性检查、试验大纲提交、工程验证试验、工程符合性检查、飞行试验、飞行试验报告提交、符合性报告提交等。
(2)分析运行符合性验证项目的重要性，对飞行安全性、经济性等方面有重要影响的，优先安排验证；分析验证方法的复杂性，考虑单个验证项目是否需要采用多种验证方法进行验证，以及方法实施的先后顺序；分析验证项目的相关性，将有操作先后顺序要求或相关程度较大的验证项目安排在同一次验证试验中，整合试验资源；分析验证项目持续时间，根据不同项目验证时间要求统筹规划验证工作，在试验条件允许的情况下，可并行开展多个验证项目。
(3)分析验证项目对飞机状态的要求，包括整机、非整机、地面试验、飞行试验、模拟器试验等状态，根据不同验证项目的需求选取合适状态下的时间节点进行运行符合性验证(如在样机/模拟器制造完成之后，可采用操作验证的方法开展与运行操作相关的地面试验/飞行模拟器试验验证工作。
步骤B：依据步骤A中明确的要求，针对运行符合性验证条件，形成项目清单、人员清单、设备清单以及飞机/模拟器/部件清单，确定时间安排、飞机架次安排、人员安排和设备安排方案。步骤B所述的项目清单、人员清单、设备清单以及飞机/模拟器/部件清单内容包含以下方面：
1、项目清单的内容包括项目编号、项目名称、项目所属分组、项目重要性等级(重大/重要/一般)、项目复杂度等级(复杂/一般)、项目完成截止时间、项目完成所需时间、项目对飞机状态的要求、项目对设备的要求、项目对人员的要求、环境要求等；
2、人员清单的内容包括验证人员姓名、单位、职务/职称、专业、验证工作可参与时间、身体状况等；
3、设备清单的内容包括设备编号、设备名称、设备数量、设备工作环境条件、设备可用时间等；
4、飞机/模拟器/部件清单的内容包括飞机/模拟器/部件、状态、工作环境条件、可用时间等。
步骤B具体包括以下步骤：
(1)运行符合性验证资源清单如图2所示，将有操作先后顺序要求或相关程度较大的验证项目安排在同一批验证中，对验证项目进行分组，整合验证资源；对项目的重要性和复杂度进行预先分级，将重要性等级分为重大、重要和一般三级，将复杂度等级分为复杂、一般两级，等级高的项目优先安排验证；确定各验证项目应在何种飞机状态下验证，包括整机、机头、机身、模拟器等；确定各项目在验证时需要何种设备以及每种设备所需要的数量等；确定各项目在验证时需要的各种专业人员及其人数以及性别、身高、视力等，按专业分为演示、目击、救护人员等，按人员等级分为高级、中级和初级等；确定各项目验证对环境的特殊要求。
(2)针对运行符合性验证要求，确定所有参与验证的人员姓名、人员所属单位、人员职务/职称、人员专业、可参与时间以及身体状况；
(3)确定所有设备的基本信息(设备编号和名称)，并确定该设备的可用数量、存放地点等；确定各设备正常工作的环境要求，例如限制温度、压力、噪声等；确定设备可用时间，包括开始时间和结束时间。
(4)根据运行符合性验证对飞机/模拟器/部件的要求，确定所需飞机/模拟器/部件的架次或编号；明确各设备正常工作的环境要求，例如限制温度、压力、噪声等；确定飞机/模拟器/部件的可用时间，包括开始时间和结束时间。
步骤C：设定工作日循环时间，执行运行符合性验证计划。
步骤C具体包括以下步骤：
(1)依据步骤B中确定的清单为所有验证项目制定验证计划，包括时间安排、飞机架次安排、人员安排和设备安排等。
(2)以工作日为时间单位，执行当日计划，并根据具体执行情况，调整计划修订循环时间长短(如半天、两天等)，运行符合性验证计划实施流程如图3所示。
步骤D：每一工作日结束后，依据剩余待验证项目的数目、人员、设备以及飞机/模拟器/部件等条件，以优化人力、物力、时间等验证成本为目标，建立验证项目和验证资源的分配模型，实现对验证计划的动态调整。
所述项目清单的内容要求包括：
1、项目分组的原则是将有操作先后顺序要求或相关程度较大的验证项目安排在同一批验证中；
2、项目的重要性和复杂度需要预先分级，重要性等级可以分为重大、重要和一般三级，复杂度等级可分为复杂、一般两级，等级高的项目优先安排验证；
3、项目对飞机状态的要求是指各项目应在何种飞机状态下验证；
4、项目对设备的要求是指各项目在验证时需要何种设备以及每种设备所需要的数量等；
5、项目对人员的要求是指各项目在验证时，需要的各种专业人员及其人数以及性别、身高、视力等，可按专业分为演示、目击、救护人员等，所有人员可按等级分为高级、中级和初级等；
6、环境要求是指各项目验证对环境的特殊要求，如特殊天气下的验证等。
所述人员清单的内容要求包括：
1、确定所有参与验证的人员姓名、人员所属单位、人员职务/职称、人员专业；
2、确定所有人员的验证工作可参与时间；
3、身体状况是包括性别、身高、视力等，可根据验证要求具体细化。
所述设备清单的内容要求包括：
1、确定所有设备的基本信息(设备编号和名称)，并确定该设备的可用数量、存放地点等；
2、确定设备工作环境的限制温度、压力、噪声等标准；
3、确定设备可用时间，包括开始时间和结束时间。
所述飞机/模拟器/部件清单的内容要求包括：
1、确定验证所需的飞机/模拟器/部件的架次或编号；
2、确定工作环境的限制温度、压力、噪声等标准；
3、确定飞机/模拟器/部件的可用时间，包括开始时间和结束时间。
步骤D具体包括以下步骤：
(1)确定运行符合性验证调度模型涉及到的输入参数，包括验证项目、验证资源(试验机、模拟器、零部件等)、验证成本(人力、物力、时间等消耗)，定义验证项目向量P＝[p1 p2 … pm]、验证资源向量R＝[r1 r2 … rn]、验证成本矩阵
(2)确定表示运行符合性验证任务分配情况的0-1矩阵
yij＝1表示验证项目pi需依托资源rj完成，yij＝0表示验证项目pi不依托资源rj完成。
(3)确定表示运行符合性验证项目优先级的0-1矩阵
lij＝0表示验证项目pj优先于验证项目pi进行，lij＝1表示验证项目pj不优先于验证项目pi进行；当i＝j时，lij＝0；当pi与pj优先级级别相同时，lij＝1。
(4)以最小化调度方案的整体消耗为目标函数，即
同时满足验证项目和验证资源之间的约束：
其中，LBc和UBc分别表示验证项目pi依托资源rj进行验证的成本上下界，LBr和UBr分别表示资源rj供给能力的上下界，LBp和UBp分别表示验证项目pi占用资源数的上下界。
(5)基于遗传算法求解该单目标“0-1”整数线性规划模型，求解流程如图4所示，包括初始化分配方案种群、交叉、变异、复制、循环迭代、确定任务序列等关键步骤。
步骤D中基于遗传算法求解模型的步骤具体包括：
(1)初始化分配方案种群。通过在全零矩阵的每一行(列)随机选定某几个位置上的元素为1，产生初始验证任务分配矩阵群，并根据约束条件筛选出符合要求的矩阵构成分配方案初始种群。
(2)交叉。随机选择种群中的若干任务分配矩阵构成交叉子群，随机选择该子群中矩阵的任意位置作为交叉点进行元素重组，根据约束条件筛选出符合要求的矩阵构成新一代分配方案种群。
(3)变异。根据设定的变异概率从种群中随机选择任务分配矩阵的任意位置进行变异，改变矩阵中0和1的分布情况后添加到新一代分配方案种群中。
(4)复制。对于没有进行交叉和变异的任务分配矩阵，直接添加到新一代分配方案种群中。
(5)循环迭代。重复交叉、变异、复制的过程，根据目标函数的收敛情况更改迭代次数，直至设定的误差阈值后获得最优任务分配矩阵。
(6)确定任务序列。在获得的任务分配矩阵的基础上，根据定义的运行符合性验证项目优先级，对验证项目进行有序化处理，最终确定运行符合性验证任务序列。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种飞机运行符合性验证多任务动态调度方法，其特征在于，针对飞机整机、非整机、地面试验、飞行试验、模拟器试验不同状态，具有相同结构的运行符合性验证计划编制和实施策略，包括步骤：
(1)获取项目清单、人员清单、设备清单、飞机/模拟器/部件清单；项目清单中记载所有需要验证的验证项目；验证项目包括验证对象、验证参数、项目优先级、该验证项目对设备的要求、该验证项目对验证人员的要求；
(2)确定调度模型参数集，包括验证项目、验证资源和验证成本；其中，验证资源包括人员清单中记载的人力资源和设备清单中记载的设备资源，所述验证项目包括航空器类别飞机构型定义、设计定位信息、基本飞行设备、通信、导航和监视设备、记录设备，所述验证资源包括飞机驾驶舱、机身、机翼、尾翼、航电系统、导航系统、液压系统、模拟器、物理样机、虚拟样机，所述验证成本包括验证项目持续时间；
(3)对调度模型参数集中的参数进行编码，得到验证项目向量P、验证资源向量R、验证成本矩阵C：
P＝[p1 p2 … pm]
R＝[r1 r2 … rn]
其中，m表示验证项目总数，n表示验证资源总数，pi表示第i个验证项目，i＝1,2,…,m；cij表示验证项目pi依托资源rj进行验证的成本，j＝1,2,…,n；
(4)确定表示运行符合性验证任务分配情况的0-1矩阵Y：
yij＝1表示验证项目pi依托资源rj完成，yij＝0表示验证项目pi不依托资源rj完成；
(5)确定表示运行符合性验证项目优先级的0-1矩阵L：
其中，lij＝0表示验证项目pj优先于验证项目pi进行，lij＝1表示验证项目pi不优先于验证项目pj进行；当i＝j时，lij＝0；当pi与pj优先级级别相同时，lij＝1；
(6)以最小化调度方案的整体消耗为目标函数搭建运行符合性验证调度模型：
其中，
为约束条件，LBc和UBc分别表示验证项目pi依托资源rj进行验证的成本上、下界，LBr和UBr分别表示资源rj供给能力的上、下界，LBp和UBp分别表示验证项目pi占用资源数的上、下界；
(7)基于遗传算法求解运行符合性验证调度模型，得到最优任务分配矩阵。
2.根据权利要求1所述的一种飞机运行符合性验证多任务动态调度方法，其特征在于，所述项目清单的内容包括：项目编号、项目名称、项目所属分组、项目重要性等级、项目复杂度等级、项目完成截止时间、项目完成所需时间、项目对飞机状态的要求、项目对设备的要求、项目对人员的要求、环境要求。
3.根据权利要求2所述的一种飞机运行符合性验证多任务动态调度方法，其特征在于，所述人员清单的内容包括：验证人员姓名、单位、职务/职称、专业、验证工作可参与时间、身体状况。
4.根据权利要求3所述的一种飞机运行符合性验证多任务动态调度方法，其特征在于，所述设备清单的内容包括：设备编号、设备名称、设备数量、设备工作环境条件、设备可用时间，所述设备工作环境条件包括限制温度、压力、噪声，所述设备可用时间包括设备可用的开始时间和结束时间。
5.根据权利要求4所述的一种飞机运行符合性验证多任务动态调度方法，其特征在于，所述飞机/模拟器/部件清单的内容包括：飞机/模拟器/部件的状态、工作环境条件、可用时间，所述飞机/模拟器/部件的状态包括飞机/模拟器/部件的架次或编号，所述工作环境条件包括限制温度、压力、噪声，所述可用时间包括飞机/模拟器/部件可用的开始时间和结束时间。
6.根据权利要求5所述的一种飞机运行符合性验证多任务动态调度方法，其特征在于，所述基于遗传算法求解运行符合性验证调度模型的具体步骤为：
1)初始化分配方案种群：通过在全零矩阵的每一行或每一列随机选定某几个位置上的元素为1，产生初始验证任务分配矩阵群，并根据约束条件筛选出符合要求的矩阵构成分配方案初始种群；
2)交叉：随机选择分配方案种群中的若干任务分配矩阵构成交叉子群，随机选择该子群中矩阵的任意位置作为交叉点进行元素重组，根据约束条件筛选出符合要求的矩阵构成新一代分配方案种群；
3)变异：根据设定的变异概率从交叉处理后的分配方案种群中随机选择任务分配矩阵的任意位置进行变异，改变矩阵中0和1的分布情况后添加到新一代分配方案种群中；
4)复制：对于在步骤2)和3)中没有进行交叉和变异的任务分配矩阵，直接添加到新一代分配方案种群中；
5)循环迭代：重复交叉、变异、复制的过程，根据目标函数的收敛情况更改迭代次数，直至设定的误差阈值后获得最优任务分配矩阵；
6)确定任务序列：在获得最优任务分配矩阵的基础上，根据预先定义的验证项目优先级，对验证项目进行有序化处理，最终确定运行符合性验证任务序列。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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