1.本发明属于飞机运行数据优化技术领域，具体涉及一种基于运行数据的可靠性指标优化分配方法。
背景技术：2.运行支持技术和综合保障体系的发展对于提高民用飞机持续适航能力起着重要作用，基于运行数据开展可靠性分析、故障诊断和预测等工作是不断提升产品性能的重要途径。目前，国外民机主制造商(如空客公司和波音公司)已经形成了完善的运行数据管理体系和成熟的数据获取、分析和反馈流程。如波音公司的“isdp”计划，它是波音收集可靠性数据，并进行分析反馈、制定措施、支持用户的一个程序，通过机队运营过程中的相关信息和产品的可靠性数据，主动支持用户并不断的进行产品优化设计。
3.空客公司“skywise”智慧天空航空数据平台，在该平台上实现了可靠性数据收据、分析和反馈的全部流程，如在设定a380的可靠性指标时，广泛的参考了a340等飞机项目，并收集和分析了机队历史运营数据，为a380设定具体的可靠性和直接维修成本指标提供支持。国内相关研究中也引入了几种运行数据，如维修次数、重要度等，展开了一系列关于可靠性指标分配的优化工作。陈明生等在起落架系统可靠性指标分配中引入了4个季度的起落架系统维修次数，基于灰色关联度分析找到关键要素(起落架可靠性关联度研究[c].北京:《中国民用航空》杂志社,2015,8:309-311.)；王洪海等将实际工程中常见的比例组合法和专家评分分配法有效地结合起来,为实际工程中混合模型的任务可靠性分配提供了一种简便易行的方法(实际工程中混合模型的任务可靠性分配方法[j].航空工程进展,2010,1(4):101-105.)；qian等在对各子系统进行线性分配以前通过灰色关联分析和专家打分相结合生成权重向量校正分配影响因子，以此弥补设计数据不足事件的指标分配问题(research of reliability allocation based on gray theory[j].iop conference series:materials science and engineering,2021,1043(10):1-9.)；与上篇文献类似，wang等采用了灰色关联生成权重函数，但在评价指标体系构建里则采用了层次分析法，使算法中进一步排除了人为因素的影响(research on comprehensive assessment method of emergency reliability evaluation of distribution network based on reformative grey clustering[j].electrical measurement&instrumentation,2017,54(18):22-29.)。
[0004]
但以上研究仍旧存在一定的不足，如再分配中仅仅考虑了可靠性、可用性、维修性和保障性中的某两类参数，而不能贯穿运行中所有反馈环节；另外，基于专家评分等方法过于依赖人工经验而忽视了运行数据反馈的真实结果。目前国内针对可靠性指标分配，考虑因素单一，难以评价产品的真实可靠性指标需求，指标分配结果无法综合反映民用飞机在全寿命周期内的可靠性、维修性、可用性和保障性要求。
技术实现要素：[0005]
要解决的技术问题：
[0006]
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种基于运行数据的可靠性指标优化分配方法，引入层次分析法构建运行参数体系评价模型，生成参数影响性权重系数，结合比例分配法优化可靠性指标分配设计，分配结果反映了系统中各个产品在真实运营状态下的可靠性、维修性、可用性和保障性指标需求。
[0007]
本发明的技术方案是：基于运行数据的可靠性指标优化分配方法，其特征在于具体步骤如下：
[0008]
步骤1：建立了适用于民用飞机的运行参数体系评价模型，包括两层，第一层性能评价，第二层运行参数体系；
[0009]
步骤2：计算产品的参数影响性权重指标；
[0010]
a)采用两两比较的方法从评价模型的最底层逐层判断，对参数或属性打分，打分的标准为1～9标度法，并构造判断矩阵g；
[0011]
b)对判断矩阵g正规化后进行一致性检验；检验后通过以下公式解出权重向量w为属于特征值λ
max
的特征向量，对特征向量归一化处理；
[0012]
gw＝λ
maxw[0013]
其中，λ
max
为判断矩阵g的最大特征根；
[0014]
重复a)、b)步骤，直至两层评价模型全部打分完成，令第一层的权重指标为wi(i＝1、2、3、4),第二层蕴含隶属关系的权重指标为w
ij
(j＝1、2、3
……
9)，，则参数最终的权重指标根据式(4)计算得到：
[0015]wiij
＝wi·wij
；
[0016]
步骤3：各类运行参数的计算方法如下：
[0017][0018][0019][0020][0021]
灵敏度m是构建可靠性模型得到的数值分析计算结果；
[0022]
其中，num
rem
表示产品非计划拆换次数、h表示月平均飞行小时、mttr表示产品平均车间修复时间、num
rep
表示产品机组报告次数、num
del-mech
表示产品机械延误事件、mtbs表示备件平均保障时间、num
del-sup
表示产品保障延误事件、num
install
表示产品装机数量、mon表示数据累积月份、nff表示飞机的无故障系数；
[0023]
步骤4：重复步骤2至步骤3，计算出待分配系统中所有n个产品的运行参数；
[0024]
步骤5：引入参数影响性权重系数对运行参数的比例重要度实现加权计算，产品的可靠性指标优化分配结果根据以下公式计算；当系统整体满足指标要求时，再分配工作完成；
[0025][0026]
其中，λ
*k
—分配产品或子系统新的可靠性指标，即故障率；λ
s*
—系统总体待分配的可靠性指标，即故障率；λs—系统总故障率。
[0027]
本发明的进一步技术方案是：所述步骤1中，适用于民用飞机的运行参数体系评价模型的第一层性能评价包括可靠性、维修性、可用性和保障性，其中可靠性描述了产品本身的质量特性或重要程度；维修性描述了产品被修复的难易程度；可用性描述了产品在使用过程中完成任务的能力；保障性描述了产品在地面获得保障支持的能力；第二层运行参数体系包括由可靠性分解的故障率和灵敏度，由维修性分解的平均修复率和机组报告率，由可用性分解的非计划拆换率、日利用率和机械延误率，由保障性的备件平均保障率和保障延误率。
[0028]
本发明的进一步技术方案是：所述步骤2中，对判断矩阵g正规化后进行一致性检验的方法，当cr满足cr＝ci/ri＜0.1，则判断矩阵g是符合一致性要求的，反之则认为判断矩阵g不具有足够的一致性，需要再次调整；
[0029]
其中：cr为判断矩阵的随机一致性比率；ri为判断矩阵的平均随机一致性指标；ci为判断矩阵的一致性指标；
[0030][0031]
有益效果
[0032]
本发明的有益效果在于：本发明提出基于运行数据的可靠性指标优化分配方法，合理利用了民用飞机采集到的有效运行数据来优化产品可靠性指标分配结果。本发明收集了某型民用飞机运营5年内的运行数据，使用该种方法对某型民用飞机左右襟翼偏转角度不对称任务可靠性模型(如附图2所示)中涵盖的13种产品，开展可靠性指标再分配工作。首先，收集并整理评价模型中涉及的运行可靠性参数，如表2至3所示。其次，结合层次分析法计算产品的参数影响性权重指标。以p-ace成品(双通道)为例，可靠性指标再分配权重指标见表4。最后，计算参数的比例重要度，如表5所示。根据式(7)结合权重指标和比例重要度反馈可靠性指标再分配结果。民用飞机左右襟翼不对称任务可靠性模型可靠性再分配指标和真实故障率比较如附图3所示。将可靠性再分配指标与产品真实的故障率进行比较，若二者的变化趋于一致，则表明再分配结果是合理的、可行的。
[0033]
表2运行可靠性参数表(1)
[0034][0035]
表3运行可靠性参数表(2)
[0036]
[0037][0038]
表4 p-ace成品(双通道)可靠性指标再分配权重系数
[0039][0040]
表5可靠性指标再分配结果
[0041]
[0042][0043]
从民用飞机的运行数据反馈设计环节的合理性，为运行支持体系下的产品性能提升提供有效支持。同时方法上，在比例分配的基础上，结合参数影响性权重系数，通过加权均衡产品可靠性、维修性、可用性和保障性四类性质对产品性能的影响大小，最终求得的可靠性分配指标结果考虑因素全面，更接近系统中产品的真实运营状态。
附图说明
[0044]
图1本发明具体求解流程示意图；
[0045]
图2某型民用飞机左右襟翼偏转角度不对称任务可靠性模型图；
[0046]
图3可靠性指标再分配指标与真实故障率比较结果图。
具体实施方式
[0047]
下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0048]
本发明基于运行数据的可靠性指标优化分配方法的具体实施方式如下：
[0049]
收集获取民用飞机的有效运行数据，如产品非计划拆换次数(numrem)、月平均飞行小时(h)、产品平均车间修复时间(mttr)、产品机组报告次数(numrep)、产品机械延误事件(numdel-mech)、备件平均保障时间(mtbs)、产品保障延误事件(numdel-sup)和产品装机数量(numinstall)、数据累积月份(mon)和飞机的无故障系数(nff)等，经数学模型转换为运行参数。根据运行参数的比例重要度结合参数影响性权重系数，生成综合考虑民用飞机可靠性、维修性、可用性和保障性的可靠性指标优化分配结果。根据附图1中的流程，按下列步骤进行可靠性再分配的计算：
[0050]
(1)构建运行参数体系评价模型；
[0051]
(2)计算产品的参数影响性权重系数；
[0052]
(3)配置运行数据计算运行参数；
[0053]
(4)重复步骤2至步骤3，计算出待分配系统中所有产品的运行参数，并计算各参数的比例重要度；
[0054]
(5)结合参数影响性权重系数和参数比例重要度，生成可靠性指标优化分配结果。
[0055]
步骤1：根据民用飞机在全寿命周期内的任务需求，其性能评价可被分解为可靠性、维修性、可用性和保障性。可靠性描述了产品本身的质量特性或重要程度等；维修性描述了产品被修复的难易程度；可用性描述了产品在使用过程中完成任务的能力；保障性描述了产品在地面获得保障支持的能力。初步分解出运行参数体系后，根据方法和准则的适应性，对部分参数进行剔除，如虚警率，发生虚警事件时，主要考虑传感器的质量问题，而非产品本身，且虚警率包含在电子产品的运行参数中，为避免评价有重叠部分，故剔除该类数据；再如保障设备利用率，其对应的是整机级或系统级，对产品或子系统的可靠性指标评价没有太大的意义，也可剔除。最终，建立了适用于民用飞机的运行参数体系评价模型如附图1所示。
[0056]
步骤2：构建民用飞机的运行参数体系评价模型后，引入层次分析法计算产品的参数影响性权重指标。首先，采用两两比较的方法从评价模型的最底层逐层判断，对参数或属性打分，打分的标准为1～9标度法，其原则见表1。
[0057]
表1 1～9标度法判断原则
[0058][0059][0060]
打分的评判依据是确定低层指标相对于存在隶属关系的上一层指标的重要性，并构造判断矩阵g。以隶属于可用性的三个参数为例，对三因素两两比较，判断矩阵g的组成如式(1)所示。
[0061][0062]
对判断矩阵g正规化后进行一致性检验，当cr满足式(2)：
[0063]
cr＝ci/ri＜0.1
ꢀꢀꢀ
(2)
[0064]
认为判断矩阵g是符合一致性要求的，反之则认为判断矩阵g不具有足够的一致性，需要通过层次分析法再次调整。其中：cr为判断矩阵的随机一致性比率；ci为判断矩阵的一致性指标，定义：
[0065][0066]
其中，λ
max
为判断矩阵g的最大特征根；ri为判断矩阵的平均随机一致性指标。定
义：
[0067]
gw＝λ
maxwꢀꢀꢀ
(4)
[0068]
解出w(表示权重向量)为属于特征值λ
max
的特征向量，对特征向量归一化处理，即为所求w。重复以上步骤直至两层评价模型全部打分完成，令第一层的权重指标为wi(i＝1、2、3、4),第二层蕴含隶属关系的权重指标为w
ij
，则参数最终的权重指标根据式(5)计算得到：
[0069]wiij
＝wi·wij
ꢀꢀꢀ
(5)
[0070]
步骤3：国内外关于运行数据的收集、处理已经有相对完备的程序，该类数据经一定的计算方法可转换为分析中使用的运行参数。本方法中选择反映民用飞机运行安全的主要数据包括：产品非计划拆换次数(num
rem
)、月平均飞行小时(h)、产品平均车间修复时间(mttr)、产品机组报告次数(num
rep
)、产品机械延误事件(num
del-mech
)、备件平均保障时间(mtbs)、产品保障延误事件(num
del-sup
)和产品装机数量(num
install
)、数据累积月份(mon)和飞机的无故障系数(nff)。为保证数据的有效性，该数据应当至少具有3个月以上的积累。定义各类运行参数的计算方法如式(6)：
[0071][0072][0073][0074][0075]
除此之外，灵敏度m是构建可靠性模型的得到数值分析计算结果。
[0076]
步骤4：重复步骤2至步骤3，计算出待分配系统中所有n个产品的运行参数。传统的比例分配法以历史数据中产品故障率占系统总故障率的比值作为衡量指标重要程度的依据，本方法结合10类运行数据计算得到包含产品可靠性、维修性、可用性和保障性的9类运行参数，将指标重要程度的依据扩展至9类运行参数的比例重要度。
[0077]
步骤5：引入参数影响性权重系数对运行参数的比例重要度实现加权计算，产品的可靠性指标优化分配结果根据式(7)计算。当系统整体满足指标要求时，再分配工作完成。
[0078][0079]
式中，—分配产品或子系统新的可靠性指标(故障率)；—系统总体待分配的可靠性指标(故障率)；λs—系统总故障率。
[0080]
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
技术特征：1.基于运行数据的可靠性指标优化分配方法，其特征在于具体步骤如下：步骤1：建立了适用于民用飞机的运行参数体系评价模型，包括两层，第一层性能评价，第二层运行参数体系；步骤2：计算产品的参数影响性权重指标；a)采用两两比较的方法从评价模型的最底层逐层判断，对参数或属性打分，打分的标准为1～9标度法，并构造判断矩阵g；b)对判断矩阵g正规化后进行一致性检验；检验后通过以下公式解出权重向量w为属于特征值λ
max
的特征向量，对特征向量归一化处理；gw＝λ
max
w其中，λ
max
为判断矩阵g的最大特征根；重复a)、b)步骤，直至两层评价模型全部打分完成，令第一层的权重指标为w
i
(i＝1、2、3、4),第二层蕴含隶属关系的权重指标为w
ij
(j＝1、2、3
……
9)，，则参数最终的权重指标根据式(4)计算得到：w
iij
＝w
i
·
w
ij
；步骤3：各类运行参数的计算方法如下：步骤3：各类运行参数的计算方法如下：步骤3：各类运行参数的计算方法如下：步骤3：各类运行参数的计算方法如下：灵敏度m是构建可靠性模型得到的数值分析计算结果；其中，num
rem
表示产品非计划拆换次数、h表示月平均飞行小时、mttr表示产品平均车间修复时间、num
rep
表示产品机组报告次数、num
del-mech
表示产品机械延误事件、mtbs表示备件平均保障时间、num
del-sup
表示产品保障延误事件、num
install
表示产品装机数量、mon表示数据累积月份、nff表示飞机的无故障系数；步骤4：重复步骤2至步骤3，计算出待分配系统中所有n个产品的运行参数；步骤5：引入参数影响性权重系数对运行参数的比例重要度实现加权计算，产品的可靠性指标优化分配结果根据以下公式计算；当系统整体满足指标要求时，再分配工作完成；其中，λ
*k
—分配产品或子系统新的可靠性指标，即故障率；λ
s*
—系统总体待分配的可靠性指标，即故障率；λ
s
—系统总故障率。2.根据权利要求1所述基于运行数据的可靠性指标优化分配方法，其特征在于：所述步骤1中，适用于民用飞机的运行参数体系评价模型的第一层性能评价包括可靠性、维修性、可用性和保障性，其中可靠性描述了产品本身的质量特性或重要程度；维修性描述了产品被修复的难易程度；可用性描述了产品在使用过程中完成任务的能力；保障性描述了产品
在地面获得保障支持的能力；第二层运行参数体系包括由可靠性分解的故障率和灵敏度，由维修性分解的平均修复率和机组报告率，由可用性分解的非计划拆换率、日利用率和机械延误率，由保障性的备件平均保障率和保障延误率。3.根据权利要求1所述基于运行数据的可靠性指标优化分配方法，其特征在于：所述步骤2中，对判断矩阵g正规化后进行一致性检验的方法，当cr满足cr＝ci/ri<0.1，则判断矩阵g是符合一致性要求的，反之则认为判断矩阵g不具有足够的一致性，需要再次调整；其中：cr为判断矩阵的随机一致性比率；ri为判断矩阵的平均随机一致性指标；ci为判断矩阵的一致性指标；
技术总结本发明一种基于运行数据的可靠性指标优化分配方法，属于飞机运行数据优化技术领域；具体步骤包括构建运行参数体系评价模型；计算产品的参数影响性权重系数；配置运行数据计算运行参数；重复步骤2至步骤3，计算出待分配系统中所有产品的运行参数，并计算各参数的比例重要度；结合参数影响性权重系数和参数比例重要度，生成可靠性指标优化分配结果。利用民用飞机的运行数据反馈设计环节的合理性，为形成产品性能提升提供有效支持。同时方法上，结合层次分析法和比例分配，通过加权系数均衡产品可靠性、维修性、可用性和保障性四类性质对产品性能的影响大小，最终求得的可靠性分配指标考虑因素全面，更接近系统中各产品的真实运营状态。状态。状态。
技术研发人员：宋祉岑 冯蕴雯 陈俊宇
受保护的技术使用者：西北工业大学
技术研发日：2022.06.09
技术公布日：2022/11/1
