CN111832960B - 一种基于运营参数的民机可靠性参数确定方法 - Google Patents

一种基于运营参数的民机可靠性参数确定方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于运营参数的民机可靠性参数确定方法，其包括以下步骤：步骤S1、根据民机产品层级，确定民机可靠性设计参数体系；步骤S2、确定基于运营参数的可靠性设计参数转换计算模型，可靠性设计参数模型包括飞机级转换模型、系统级转换模型和设备级转换模型；步骤S3、根据步骤S2中的可靠性设计参数转化计算模型，得到运营参数表格；步骤S4、根据步骤S3得到的运营参数和步骤S2得到的可靠性设计参数模型计算可靠性设计指标。本发明提供一种基于运营参数的民机可靠性参数体系确定方法，其能够基于民机的运营参数确定可靠性参数体系，进行民机的各层级的可靠性指标计算，从而对民机的可靠性评价、运行安全及寿命进行预测。

Description

一种基于运营参数的民机可靠性参数确定方法
技术领域
本发明涉及民机可靠性设计和计算领域，具体地涉及一种基于运营参数的民机可靠性参数体系确定方法。
背景技术
民机运营参数是由运营单位统计汇总，用于监控机队运行状态的参数。通常是航空公司针对某个机型的机群在一个统计周期(按月/季度/年统计或按计划运营起落次数)内运行性能和可靠性的全部信息参数的汇总。
民机可靠性参数体系一般包括飞机级的可靠性参数、系统级的可靠性参数和设备级的可靠性参数。
民机可靠性参数体系对民机的性能及可靠性评价、飞机寿命预测以及维修管理等方面都有非常大的功效，而民机运营参数作为一个很重要的参数，是民机可靠性参数体系构建及指标计算的最重要输入，但是现在技术中尚没有成形的和成熟的基于民机运营参数的可靠性参数体系确定方法。现有的民机研制企业构建民机可靠性参数过程中，无法建立完整的参数体系，缺少指标计算的数据和方法，无法有效利用航空公司的运营参数。
现行的可靠性设计参数和指标的确定都是通过经验法得到一个顶层指标，然后基于等分配或者相似分配法进行参数自上而下的传递。该方法一方面没有明确飞机各层级的可靠性参数类型，不利于进行飞机的可靠性评价和改进提升；另一方面也没有基于真实的运营数据，无法有效利用现有真实的数据信息。同时，传统的可靠性参数并没有体现出时间特性，这样，对于民机的经济性权衡缺少量化的输入。
发明内容
为了解决上述提到的现有技术中的不足，本发明提供一种基于运营参数的民机可靠性参数体系确定方法，其能够基于民机的运营参数确定可靠性参数体系，进行民机的各层级的可靠性指标计算，从而对民机的可靠性评价、运行安全及寿命进行预测。
具体地，本发明提供一种基于运营参数的民机可靠性参数体系确定方法，步骤S1、根据民机产品层级，确定民机可靠性设计参数体系：民机可靠性设计参数体系包括飞机级可靠性参数、系统级可靠性参数和设备级可靠性参数，飞机级可靠性参数包括运营可靠度OR、运营中断率OI、地面中断率GI以及空中中断率AI；系统级可靠性参数包括平均故障间隔时间MTBF、平均非计划维修间隔时间MTBUR和维修时间MTTR；设备级可靠性参数包括平均故障间隔时间MTBF故和平均非计划故障间隔时间MTBUR故；并根据上述多个可靠性参数建立的可靠性设计参数体系如下所示：
Figure GDA0004146337540000021
步骤S2、确定基于运营参数的可靠性设计参数转换计算模型，可靠性设计参数转换计算模型包括飞机级可靠性参数转换模型、系统级可靠性参数转换模型和设备级可靠性参数转换模型；
Ⅰ、飞机级可靠性参数转换模型包括以下公式：
Figure GDA0004146337540000022
Figure GDA0004146337540000023
其中，TRCON为因技术原因返航及改航次数；
Ⅱ、系统级可靠性参数转换模型包括以下公式：
Figure GDA0004146337540000024
Figure GDA0004146337540000031
Figure GDA0004146337540000032
Ⅲ、设备级可靠性参数转换模型包括以下公式：
Figure GDA0004146337540000033
Figure GDA0004146337540000034
步骤S3、根据步骤S2中的可靠性设计参数转换计算模型，选取与民机可靠性相关的运营参数，运营参数包括飞机级可靠性参数转换模型的运营参数、系统级可靠性参数转换模型的运营参数以及设备级可靠性参数转换模型的运营参数；
飞机级可靠性参数转换模型的运营参数包括统计时期内计划运行次数SCC(L1)、因技术原因取消总次数TDCN(L2)以及因技术原因返航及改航次数TRCON(L3)；
系统级可靠性参数转换模型的运营参数包括总飞行小时数AFH(L4)、确认故障拆换次数FLCN(L8)、非计划拆换次数UDRN(L9)、总的修复时间SART(L10)以及总的故障次数FLN总(L11)；
设备级可靠性参数转换模型的运营参数包括总飞行小时数AFH(L4)、部件单机装机数CLUN(L5)、确认部件拆换次数FLN(L6)以及部件非计划拆换次数UDRN(L7)；
步骤S4、根据步骤S3得到的运营参数和步骤S2得到的可靠性设计参数转换计算模型，将步骤S3得到的运营参数代入到步骤S2得到的可靠性设计参数转换计算模型中，计算得到可靠性参数，所述可靠性参数作为民机可靠度阈值进行使用。
优选地，步骤S4具体为：确定飞机产品层级变化，如果是飞机级产品，则选用第一规则作为可靠性指标，如果是系统级产品，则选用第二规则作为可靠性指标，如果是设备级产品，则选用第三规则作为可靠性指标。
优选地，其中第一规则为飞机级的可靠性指标，其具体计算方法为：
自动调取统计时期内计划运行次数SCC(L1)、因技术原因取消总次数TDCN(L2)以及因技术原因返航及改航次数TRCON(L3)，调用公式(1)和(2)，获得飞机级可靠性参数OR和OI；
第二规则为系统级的可靠性指标，其具体计算方法为：
自动调取总飞行小时数AFH(L4)、确认故障拆换次数FLCN(L8)、非计划拆换次数UDRN(L9)、总的修复时间SART(L10)以及总的故障次数FLN总(L11)，调用公式(3)、(4)、(5)，获得系统级可靠性参数MTBF、MTBUR和MTTR；
第三规则为设备级的可靠性指标，其具体计算方法为：
自动调取总飞行小时数AFH(L4)、部件单机装机数CLUN(L5)、确认部件拆换次数FLN(L6)以及部件非计划拆换次数UDRN(L7)，调用公式(6)、(7)，获得设备级可靠性参数MTBF、MTBUR。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明专利建立了民用飞机的可靠性参数体系，明确了民用飞机在飞机级、系统级和设备级等不同产品层级的可靠性参数要求；
(2)本专利首次提出了民用飞机的可靠性参数体系，参数体系包括了OR、MTBF、MTBUR等7个参数，覆盖了飞机整机级、机载系统级和机载设备级。可靠性参数一方面能够有效指导民用飞机运营方进行飞机的可靠性评估、维修服务计划的制定/掌握飞机的可靠性水平，另一方面也能够指导民用飞机制造商的设计改进，有助于系统级和设备级产品的设计和制造以及维修服务；
(3)本专利给出了民用飞机基于运营参数的可靠性参数求解模型,指标具有时间时效性，为民用飞机的可靠性设计和评估、供应商选择以及经济性权衡设计提供了计算依据，为民用飞机运营商的飞机维修优化提供了依据，可靠性参数指标的计算均是基于民用飞机的运营参数。这样民机各层级的可靠性参数的具有数据来源的同一性，并且基于运营参数的计算，能够保证各层级参数的支持作用；
(4)本专利给出了民用飞机运营参数的收集方式及收集模板，为可靠性计算数据源的收集和处理提供了指导。本专利民用飞机可靠性参数体系及其内在支持关系。虽然参数体系中飞机级和系统级的可靠性参数量纲不一样，但是本专利中民用飞机设备级和系统级的可靠性参数满足能够保证飞机级的可靠性参数。
(5)本专利提出的民用飞机可靠性参数体系能够指导民机的改进设计，如通过运营参数，计算出各个机载系统和设备的可靠性水平，可以获得改进和优化的对象及其目标值。此外，还可以为民用飞机的维修性设计以及维修规划制定提供指导。通过运营参数计算出各个机载系统和设备的平均维修间隔期等参数，能够确定维修设计目标以及维修计划制定依据。
附图说明
图1为本发明的流程示意图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
具体地，本发明提供一种基于运营参数的民机可靠性参数体系确定方法，其包括以下步骤：
步骤S1、根据民机产品层级，确定民机可靠性设计参数体系。民机可靠性设计参数体系包括飞机级可靠性参数、系统级可靠性参数和设备级可靠性参数。飞机级可靠性参数包括运营可靠度(OR)、运营中断率(OI)、地面中断率(GI)、空中中断率(AI)和签派可靠度(DR)；系统级可靠性参数包括平均故障间隔时间(MTBF)、平均非计划维修间隔时间(MTBUR)、平均非计划维修时间(MTTR)；设备级可靠性参数包括平均故障间隔时间(MTBF故)、平均非计划故障间隔时间(MTBUR故)。可靠性设计参数体系如下所示：
Figure GDA0004146337540000051
步骤S2、确定基于运营参数的可靠性设计参数转换计算模型，可靠性设计参数模型包括飞机级可靠性参数转换模型、系统级可靠性参数转换模型和设备级可靠性参数转换模型；
Ⅰ、飞机级可靠性参数转换模型包括以下公式：
Figure GDA0004146337540000052
Figure GDA0004146337540000062
其中，TRCON为因技术原因返航及改航次数；
Ⅱ、系统级可靠性参数转换模型包括以下公式：
Figure GDA0004146337540000063
Figure GDA0004146337540000064
Figure GDA0004146337540000065
Ⅲ、设备级可靠性参数转换模型包括以下公式：
Figure GDA0004146337540000066
Figure GDA0004146337540000067
/>
步骤S3、根据步骤S2中的可靠性设计参数转换计算模型，选取与民机可靠性相关的运营参数，运营参数包括飞机级可靠性参数转换模型的运营参数、系统级可靠性参数转换模型的运营参数以及设备级可靠性参数转换模型的运营参数；
飞机级可靠性参数转换模型的运营参数包括统计时期内计划运行次数SCC、因技术原因取消总次数TDCN以及因技术原因取消航班数TRCON；
系统级可靠性参数转换模型的运营参数包括总飞行小时数AFH、该系统确认故障拆换次数FLCN、该系统非计划拆换次数UDRN、该系统总的修复时间SART以及该系统总的故障次数FLN总；
设备级可靠性参数转换模型的运营参数包括总飞行小时数AFH、部件单机装机数CLUN、确认部件拆换次数FLN以及部件非计划拆换次数UDRN；
之后得到如下表所示的面向可靠性的运营信息收集模板；
Figure GDA0004146337540000071
步骤S4、根据步骤S3得到的运营参数和步骤S2得到的可靠性设计参数转换计算模型计算可靠性设计指标；
步骤S4具体为：确定飞机产品层级变化，如果是飞机级产品，则选用第一规则作为可靠性指标，如果是系统级产品，则选用第二规则作为可靠性指标，如果是设备级产品，则选用第三规则作为可靠性指标。
优选地，其中第一规则为飞机级的可靠性指标，其具体计算方法为：
自动调取表格1中的信息L1、L2、L3，调用公式(1)和(2)，获得飞机级的可靠性参数OR和OI；
第二规则为系统级的可靠性指标，其具体计算方法为：
自动调取表格1中的信息L4、L8、L9、L10、L11，调用公式(3)、(4)、(5)，获得系统级的可靠性参数MTBF、MTBUR和MTTR；
第三规则为设备级的可靠性指标，其具体计算方法为：
自动调取表格1中的信息L4、L5、L6、L7，调用公式(6)、(7)，获得设备级的可靠性参数MTBF、MTBUR。
具体实施例
以国内某型民航飞机为例，进行该飞机基于运营参数的可靠性参数指标的计算。
第一步：对飞机研制过程中产品层级进行分析：
通过分析可以发现，该民机在研制过程中采用飞机集成-系统供应-设备供应的模式，产品层级分为飞机级、系统级和设备级三个层级。
第二步：建立该飞机可靠性指标参数体系。
1)飞机级的可靠性参数为OR、OI；
2)系统级的可靠性参数主要针对两类典型系统：燃油系统和综合航电系统。
航电系统可靠性参数包括MTBF、MTBUR；
燃油系统可靠性参数包括MTBF、MTBUR和MTTR
3)设备级的可靠性参数主要针对燃油泵和飞控计算机两个典型设备。
燃油泵可靠性参数包括MTBF，MTBUR。
飞控计算机可靠性参数包括MTBF、MTBUR。
第三步，确定可靠性参数转换模型
Ⅰ、飞机级可靠性参数转换模型包括以下公式：
Figure GDA0004146337540000081
Figure GDA0004146337540000082
其中，TRCON为因技术原因返航及改航次数；
Ⅱ、系统级可靠性参数转换模型包括以下公式：
Figure GDA0004146337540000091
Figure GDA0004146337540000092
Figure GDA0004146337540000093
Ⅲ、设备级可靠性参数转换模型包括以下公式：
Figure GDA0004146337540000094
Figure GDA0004146337540000095
第四步，根据转换模型，确定该飞机的运营参数。
首先确定统计的运营周期为4年，即为2014年7月至2018年7月
1)要获得飞机级的可靠性参数，必须得到的运营参数为：
统计周期运营次数SCC：2304；
因技术原因取消总次数TDCN：8；
因技术原因返航和改航次数(空中)TRCON：12；
2)分别计算航电系统和燃油系统的可靠性参数，需要的确定的运营参数为：
飞机总的飞行小时数AFH：9216；
航电系统确定故障拆换次数：1；
航电系统非计划拆换次数UDRN：3；
航电系统总的修复时间(小时)SART：3；
航电系统总的故障次数SART：3；
燃油系统确定故障拆换次数：2；
燃油系统非计划拆换次数UDRN：4；
燃油系统总的修复时间SART：1；
燃油系统总的故障次数SART：2；
3)要获得设备级燃油泵和飞控计算机的可靠性参数，需要的运营参数为
Figure GDA0004146337540000101
燃油泵的以下参数：
飞行小时数AFH：9216；
部件单机装机数CLUN：6；
确认部件拆换次数FLN：4；
部件非计划拆换次数UDRN：12；
飞控计算机的以下参数：
飞行小时数AFH：9216；
部件单机装机数CLUN：2；
确认部件拆换次数FLN：2；
部件非计划拆换次数UDRN：8；
运营参数统计信息如下表2所示：
第五步，根据统计数据和转换模型，计算该飞机各级产品的可靠性指标：1)飞机的可靠性指标为：
运营可靠度：
Figure GDA0004146337540000102
运营中断率：OI＝1-OR＝0.0087
2)航电系统可靠性指标为：
Figure GDA0004146337540000111
Figure GDA0004146337540000112
3)燃油系统可靠性指标为：
Figure GDA0004146337540000113
Figure GDA0004146337540000114
Figure GDA0004146337540000115
燃油泵可靠性指标为：
Figure GDA0004146337540000116
Figure GDA0004146337540000117
飞控计算机可靠性指标为：
Figure GDA0004146337540000118
Figure GDA0004146337540000119
因此，能够得出分析结果，本实施例中的上述型号飞机，要在4年内到达预期水平，相应的可靠性设计参数指标需要达到上述的要求，才能符合要求。
之后，根据民机的航电系统、燃油系统、燃油泵以及飞控计算机的可靠性水平，将其作为可靠性设计的目标，开展FMEA等工作，通过故障模式分析，确定可靠性设计准则，如降额设计、冗余设计、防护设计等。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (3)

1.一种基于运营参数的民机可靠性参数确定方法，其特征在于：其包括以下步骤：
步骤S1、根据民机产品层级，确定民机可靠性设计参数体系：民机可靠性设计参数体系包括飞机级可靠性参数、系统级可靠性参数和设备级可靠性参数，飞机级可靠性参数包括运营可靠度OR、运营中断率OI、地面中断率GI以及空中中断率AI；系统级可靠性参数包括平均故障间隔时间MTBF、平均非计划维修间隔时间MTBUR和维修时间MTTR；设备级可靠性参数包括平均故障间隔时间MTBF故和平均非计划故障间隔时间MTBUR故；并根据上述多个可靠性参数建立的可靠性设计参数体系如下所示：
Figure FDA0004146337530000011
步骤S2、确定基于运营参数的可靠性设计参数转换计算模型，可靠性设计参数转换计算模型包括飞机级可靠性参数转换模型、系统级可靠性参数转换模型和设备级可靠性参数转换模型；
Ⅰ、飞机级可靠性参数转换模型包括以下公式：
Figure FDA0004146337530000012
Figure FDA0004146337530000013
其中，TRCON为因技术原因返航及改航次数；
Ⅱ、系统级可靠性参数转换模型包括以下公式：
Figure FDA0004146337530000021
Figure FDA0004146337530000022
Figure FDA0004146337530000023
Ⅲ、设备级可靠性参数转换模型包括以下公式：
Figure FDA0004146337530000024
Figure FDA0004146337530000025
步骤S3、根据步骤S2中的可靠性设计参数转换计算模型，选取与民机可靠性相关的运营参数，运营参数包括飞机级可靠性参数转换模型的运营参数、系统级可靠性参数转换模型的运营参数以及设备级可靠性参数转换模型的运营参数；
飞机级可靠性参数转换模型的运营参数包括统计时期内计划运行次数SCC(L1)、因技术原因取消总次数TDCN(L2)以及因技术原因返航及改航次数TRCON(L3)；
系统级可靠性参数转换模型的运营参数包括总飞行小时数AFH(L4)、确认故障拆换次数FLCN(L8)、非计划拆换次数UDRN(L9)、总的修复时间SART(L10)以及总的故障次数FLN总(L11)；
设备级可靠性参数转换模型的运营参数包括总飞行小时数AFH(L4)、部件单机装机数CLUN(L5)、确认部件拆换次数FLN(L6)以及部件非计划拆换次数UDRN(L7)；
步骤S4、根据步骤S3得到的运营参数和步骤S2得到的可靠性设计参数转换计算模型，将步骤S3得到的运营参数代入到步骤S2得到的可靠性设计参数转换计算模型中，计算得到可靠性参数，所述可靠性参数作为民机可靠度阈值进行使用。
2.根据权利要求1所述的基于运营参数的民机可靠性参数确定方法，其特征在于：步骤S4具体为：
确定飞机产品层级变化，如果是飞机级产品，则选用第一规则作为可靠性指标，如果是系统级产品，则选用第二规则作为可靠性指标，如果是设备级产品，则选用第三规则作为可靠性指标。
3.根据权利要求2所述的基于运营参数的民机可靠性参数确定方法，其特征在于：其中第一规则为飞机级的可靠性指标，其具体计算方法为：
自动调取统计时期内计划运行次数SCC(L1)、因技术原因取消总次数TDCN(L2)以及因技术原因返航及改航次数TRCON(L3)，调用公式(1)和(2)，获得飞机级可靠性参数OR和OI；
第二规则为系统级的可靠性指标，其具体计算方法为：
自动调取总飞行小时数AFH(L4)、确认故障拆换次数FLCN(L8)、非计划拆换次数UDRN(L9)、总的修复时间SART(L10)以及总的故障次数FLN总(L11)，调用公式(3)、(4)、(5)，获得系统级可靠性参数MTBF、MTBUR和MTTR；
第三规则为设备级的可靠性指标，其具体计算方法为：
自动调取总飞行小时数AFH(L4)、部件单机装机数CLUN(L5)、确认部件拆换次数FLN(L6)以及部件非计划拆换次数UDRN(L7)，调用公式(6)、(7)，获得设备级可靠性参数MTBF、MTBUR。
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