一种飞机引气压力调节活门维修决策方法技术

本发明专利技术公开了一种飞机引气压力调节活门维修决策方法，包括：步骤1、初始化参数；步骤2、统计出每个部件的使用历史，分析出可靠性样本；步骤3、分析飞机引气压力调节活门各项维修成本之间的函数关系；步骤4、评估飞机引气压力调节活门的可靠度分布；步骤5、计算飞机的维修成本率和可用度；步骤6、建立多目标规划模型；步骤7、将多目标规划模型转化成无约束优化问题；步骤8、对无约束优化问题进行迭代求解；步骤9、判断迭代计算是否满足结束条件，若满足则转步骤12，否则转步骤10；步骤10、更新拉格朗日乘子惩罚因子；步骤11、更新乘子参数，并转步骤8；步骤12、分析飞机引气压力调节活门的维修决策的合理性。

A Decision-Making Method for Maintenance of Aircraft Drainage Pressure Regulating Valve

【技术实现步骤摘要】
一种飞机引气压力调节活门维修决策方法
本专利技术涉及一种飞机引气压力调节活门维修决策方法，属于维修工程、计算机辅助决策、优化方法等学科的交叉应用。
技术介绍
飞机气源系统的功能是根据飞机各系统的需要将压力和温度都合适的空气提供给空调系统。气源系统的关键部件之一是安装在发动机机匣上的引气压力调节活门，它能调节并关断引气。虽然引气压力调节活门对飞机的安全飞行非常重要，但事实上，它却也是飞机中故障频率最高的部件之一。经常出现信号管漏气、引气压力低或无引气等故障，尤其是有的故障很难直观发现。例如，在铆接处和接合处的铆钉头和铆钉孔常常产生裂纹，漏气时仅凭目视检查很难排查，主次热交换器容易引起气路堵塞。《A320系列飞机发动机引气系统原理及故障分析》分析了A320飞机中发动机的引气压力调节活门故障的实例和原理。《A320飞机空调/引气系统常见故障》也部分地讨论了引气压力调节活门的故障原因和危害。引气压力调节活门的频繁故障严重影响了飞机的安全和航空公司的效益，必须对它进行合理地预防维修。为了降低维修成本和减少意外故障，本专利技术根据航空公司对引气压力调节活门进行操作检查的实际规律，为其预防维修建立了多目标规划模型，以确定该部件最优的预防检查策略。尽管维修经常受多方面因素影响，但目前多数的维修策略往往是只考虑某个单一目标的优化模型。但是，这些目标有时很难兼顾，甚至是冲突的。若只考虑单一目标，最优维修策略可能并不存在。事实上，维修决策需要平衡多方面因素，例如，可靠度、成本、停机时间和可用度等，才能做出合理的决策，飞机、武器、生产线等大型工业设备的维修尤其如此。这样，为维修策略建立多目标规划模型就非常必要。最近有很多文献在讨论用多目标规划为维修决策建模。文献《Multi-objectivepreventivemaintenanceandreplacementschedulinginamanufacturingsystemusinggoalprogramming》提出了维修决策的非线性混合整数多目标规划模型以优化更换间隔。文献《Optimumanalysisofpavementmaintenanceusingmulti-objectivegeneticalgorithms》基于马尔科夫链建立了一个使维修成本最小化的两目标优化模型。文献《Amulti-objectiveoptimizationofimperfectpreventivemaintenancepolicyfordependentcompetingrisksystemswithhiddenfailure》针对随机振动和磨损的单部件研究了不完全预防维修的多目标维修决策模型，可以优化维修间隔和更换次数。这些文献虽然各有所长，但是因为多目标规划往往是高维优化问题，计算效率低，不容易求解，不利于大规模推广应用，需要进一步研究。单纯形被用作一种优化方法最早被提出是在上世纪六十年代，被称为Spendley单纯形法。随后不久，NelderJ.A.与MeadR.在1965年提出了Nelder-Mead单纯形法，用来求解非线性优化方法。因为该方法实现简单，不需要导数信息，成为一个经典的直接优化方法。1971年Hutchinson、Parkinson实现了该方法的计算机程序，并首次将其加入到软件包中，从此Nelder-Mead单纯形法得到了广泛应用。现在著名的数值计算软件Matlab也是把该方法当作最主要的优化方法。但是，Nelder-Mead单纯形法事实上也有不少缺陷，例如，1998年Mckilmon用多个反面实例证明了Nelder-Mead单纯形法在有些情况下不能收敛。
技术实现思路
为了减少飞机引气压力调节活门的意外故障，降低航空公司在引气压力调节活门中的维护成本，本专利技术首先分析了飞机引气压力调节活门的故障记录和维修数据，然后为其预防维修建立多目标规划模型，再用一种新的基于单纯形对称的优化方法计算该维修决策模型，并且给出了评估维修决策的量化指标，为飞机引气压力调节活门制定了最优化的维修计划，实现了飞机引气压力调节活门维修的计算机辅助决策。本专利技术具体公开了一种飞机引气压力调节活门维修决策方法，具体包括以下步骤：步骤1、初始化参数，准备计算的初始值；步骤2、分析飞机引气压力调节活门的拆换记录，统计出每个部件的使用历史，分析出可靠性样本；步骤3、根据飞机引气压力调节活门的维修数据，分析出该飞机引气压力调节活门各项维修成本之间的函数关系；步骤4、评估飞机引气压力调节活门的可靠度分布；步骤5、根据随机更新理论计算飞机引气压力调节活门在定期检查条件下的维修成本率f2(x)和可用度f3(x)；步骤6、建立飞机引气压力调节活门维修决策的多目标规划模型，使得可靠度、可用度、经济成本都能比较接近理想的目标值；步骤7、用增广拉格朗日乘子法将步骤6得到的多目标规划模型转化成对应的无约束优化问题；步骤8、用基于单纯形对称的优化方法对步骤7中的无约束优化问题进行迭代求解；步骤9、判断迭代计算是否满足结束条件，若满足则转步骤12；否则转步骤10；步骤10、更新迭代计算中的拉格朗日乘子惩罚因子；步骤11、更新迭代计算中的乘子参数，并转步骤8；步骤12、分析和评价飞机引气压力调节活门的维修决策的合理性。步骤1中，初始化参数，准备计算的初始值，包括：初始化到第k次迭代为止的对称、反向对称和反射全部失败的次数lk、第m次生成单纯形发生在第k次迭代的单纯形的生成次数km、迭代次数k、连续对称的迭代次数t、连续对称的最大迭代次数tmax、连续对称的顶点数目o、连续对称的最大顶点数目omax，令k＝1,lk＝0,km＝0,t＝0,o＝0,tmax＝10,omax＝4；在步骤2中，如果第i个寿命观察值是因为引气压力调节活门故障更换而产生的，则记为并直接归入完全寿命样本集合Cc，即有否则，如果第i个寿命观察值是因为缺陷或者计划维修或者强制指令的更换而产生的，则记为并且归入右截尾寿命样本集合Cr，即有如果因为在计划检查中发现漏气故障而得到第i个寿命观察值，则记为其中是故障前没有发现该故障的最近一次计划检查的时间，是故障后确认该故障已经发生的计划检查时间，并且归入区间截尾寿命样本集合CI，即如果第i个寿命观察值是因为在非计划检查中发现隐蔽故障而产生的，则记为并归入左截尾寿命样本集合Cl，即有这四类样本共同形成飞机引气压力调节活门的可靠性样本集合O＝Cr∪Cl∪CI∪Cc。步骤3包括：利用最小二乘法统计出飞机引气压力调节活门各项维修成本之间的函数关系。因为计划检查的维修成本最低，故把它作为其余各项维修费用的基准。或者说，其他维修费用可以看做计划检查费用的函数，通常是线性函数，故可以用最新二乘法统计。设定每次计划维修检查的经济费用ci为ci＝a，则每次在计划的例行维修中发现故障后的维修成本记为每次意外故障后非计划维修的成本记为其中线性系数刻画了计划维修成本与例行检查成本之间的函数关系，线性系数表达了非计划维修成本与例行检查成本之间的函数关系，参数是根据工程实际数据统计出来的。假设收集到的计划检查费用、意外故障的非计划维修成本、计划维修花费的实际样本分别为a1,a2,…,al,…,aM，其中，aM表示第M次计划检查费用，表示第M次意本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种飞机引气压力调节活门维修决策方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、初始化参数，准备计算的初始值；步骤2、分析飞机引气压力调节活门的拆换记录，统计出每个部件的使用历史，分析出可靠性样本；步骤3、根据飞机引气压力调节活门的维修数据，分析出该飞机引气压力调节活门各项维修成本之间的函数关系；步骤4、评估飞机引气压力调节活门的可靠度分布；步骤5、根据随机更新理论计算飞机引气压力调节活门在定期检查条件下的维修成本率f2(x)和可用度f3(x)；步骤6、建立飞机引气压力调节活门维修决策的多目标规划模型；步骤7、用增广拉格朗日乘子法将步骤6得到的多目标规划模型转化成对应的无约束优化问题；步骤8、用基于单纯形对称的优化方法对步骤7中的无约束优化问题进行迭代求解；步骤9、判断迭代计算是否满足结束条件，若满足则转步骤12，否则转步骤10；步骤10、更新迭代计算中的拉格朗日乘子惩罚因子；步骤11、更新迭代计算中的乘子参数，并转步骤8；步骤12、分析和评价飞机引气压力调节活门的维修决策的合理性。

【技术特征摘要】
1.一种飞机引气压力调节活门维修决策方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、初始化参数，准备计算的初始值；步骤2、分析飞机引气压力调节活门的拆换记录，统计出每个部件的使用历史，分析出可靠性样本；步骤3、根据飞机引气压力调节活门的维修数据，分析出该飞机引气压力调节活门各项维修成本之间的函数关系；步骤4、评估飞机引气压力调节活门的可靠度分布；步骤5、根据随机更新理论计算飞机引气压力调节活门在定期检查条件下的维修成本率f2(x)和可用度f3(x)；步骤6、建立飞机引气压力调节活门维修决策的多目标规划模型；步骤7、用增广拉格朗日乘子法将步骤6得到的多目标规划模型转化成对应的无约束优化问题；步骤8、用基于单纯形对称的优化方法对步骤7中的无约束优化问题进行迭代求解；步骤9、判断迭代计算是否满足结束条件，若满足则转步骤12，否则转步骤10；步骤10、更新迭代计算中的拉格朗日乘子惩罚因子；步骤11、更新迭代计算中的乘子参数，并转步骤8；步骤12、分析和评价飞机引气压力调节活门的维修决策的合理性。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中，初始化参数，准备计算的初始值，包括：初始化到第k次迭代为止的对称、反向对称和反射全部失败的次数lk、第m次生成单纯形发生在第k次迭代的单纯形的生成次数km、迭代次数k、连续对称的迭代次数t、连续对称的最大迭代次数tmax、连续对称的顶点数目o、连续对称的最大顶点数目omax，令k＝1,lk＝0,km＝0,t＝0,o＝0,tmax＝10,omax＝4。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤2包括：如果第i个寿命观察值是因为引气压力调节活门故障更换而产生的，则记为并直接归入完全寿命样本集合Cc，即有否则，如果第i个寿命观察值是因为缺陷或者计划维修或者强制指令的更换而产生的，则记为并且归入右截尾寿命样本集合Cr，即有如果因为在计划检查中发现漏气故障而得到第i个寿命观察值，则记为其中是故障前没有发现该故障的最近一次计划检查的时间，是故障后确认该故障已经发生的计划检查时间，并且归入区间截尾寿命样本集合CI，即如果第i个寿命观察值是因为在非计划检查中发现隐蔽故障而产生的，则记为并归入左截尾寿命样本集合Cl，即有这四类样本共同形成飞机引气压力调节活门的可靠性样本集合O＝Cr∪Cl∪CI∪Cc。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤3包括：利用最小二乘法统计出飞机引气压力调节活门各项维修成本之间的函数关系：设定每次计划维修检查的经济费用ci为ci＝a，则每次在计划的例行维修中发现故障后的维修成本记为每次意外故障后非计划维修的成本记为其中线性系数刻画了计划维修成本与例行检查成本之间的函数关系，线性系数表达了非计划维修成本与例行检查成本之间的函数关系，参数是根据工程实际的经验数据统计出来的。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤4包括：设定飞机引气压力调节活门的故障概率分布函数是F(x)，故障概率密度函数是f(x)，可靠度函数记为f1(x)，则有f1(x)＝1-F(x)，其中x是飞机引气压力调节活门...

【专利技术属性】
技术研发人员：李怀远，李亚志，龚如宾，曾岳，
申请(专利权)人：金陵科技学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32