（模式识别与智能系统专业论文）维修计划优化调度模型及维修商评估系统.pdf

中国民航大学硕士学位论文 摘要 以实际生产计划问题为背景，围绕非确定性环境中航空维修企业生产计划模型和 算法，进行了比较深入的研究，得到了一些有意义的结果和结论。主要工作包括以下4 个方面： ( 1 ) 提出了基于自组织特征图( s o m ) 的机载设备可靠性预测模型。利用s o m 一种 无监督的神经网络，实现从离散的机载设备失效数据中萃取机载设备失效时间序列模 型。通过平均故障间隔时间( m t b f ) 的研究和分析真实的失效数据来预测机载设备的可 靠性。仿真结果证明该方法可以实现对机载设备可靠性的预测，允许预防性维修的制定， 从而减少停机时间成本。 ( 2 ) 建立了民航维修企业评估模型。建立了影响维修质量的层次结构模型，并利用 层次分析法( a h p ) 对其进行了分析，通过选用合适的标度和利用数据包络分析法( d e a ) 结合专家调查法建立判断矩阵，对a h p 方法进行了改进，在n e t 平台实现了评估模型， 仿真实例验证结果表明了该方法的有效性。 ( 3 ) 建立了具有模糊生产需求量和模糊生产能力约束的飞机定检维修计划模型，提 出了非确定性环境中维修计划决策系统中的定检计划模型和算法，运用模糊数学和概率 统计的理论和方法，构建了可重构定检维修计划的目标规划模型，以制订出可重构维修 企业的最优定检维修计划。 ( 4 ) 建立了基于n e t 平台、应用w e bs e r v i c e s 技术的航材采购送修系统的解决方案。 系统采用面向服务的架构( s o a ) 结合基于角色的访问控制的思想( r b a c ) 进行系统集成。 关键词：可靠性模型层次分析法维修商评估决策支持模糊规划 中国民航大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h ed i s s e r t a t i o nc o n c e r n sw i t hm o d e l sa n da l g o r i t h m sf o rv a r i o u sf u z z ya g g r e g a t e m a i n t e n a n c ep l a n n i n g t h em a j o rw o r k sa r eg i v e na sf o l l o w s ： ( 1 ) f i r s t ，p r e s e n t sas y s t e m a t i cm e t h o d o l o g yt oc o n s t r u c tar e l i a b i l i t yp r e d i c t i o nm o d e l f o ra i r c r a f tr e l i a b i l i t yb a s e do ns p a r ep a r t si n v a l i d a t i o nd a t a s o mi su s e dt oc o m b i n et h e a n a l y t i ct h e s c a t t e rs p a r ep a r t si n v a l i d a t i o nd a t ai n t oas e q u e n c em o d e lb a s e do nt h e t i m e - t o - f a i l u r ed a t ae x t r a c t e df r o mt h er e p a i rr e g i s t e r s i t se f f e c t i v e n e s si si l l u s t r a t e db ym e a n t i m eb e t w e e nf a i l u r e s ( m t b f ) s t u d ya n da n a l y s i so fr e a li n v a l i d a t i o nd a t a t h ep r o p o s e d m e t h o dc a l lh e l pp r o a c t i v e l yd i a g n o s es p a r ep a r t sf a u l t sw i t has u f f i c i e n tl e a dt i m eb e f o r e a c t u a ls y s t e mf a i l u r e st oa l l o wp r e v e n t i v em a i n t e n a n c et ob es c h e d u l e dt h e r e b yr e d u c i n gt h e d o w n t i m ec o s t s ( 2 ) s e c o n d l y , ah i e r a r c h ym o d e li se s t a b l i s h e da b o u tt h ee v a l u a t i o no fs e r v i c i n gp r o c e s s w h e nt h em o d e li s a n a l y z e db ya n a l y t i c a lh i e r a r c h yp r o c e s s ( a h p ) ，t h ew e i g h t e d c o e f f i c i e n t si n f l u e n c i n gt h ee v a l u a t i o na n ds e l e c t i o np r o c e s sa r eo b t a i n e d ，a n dt h ee v a l u a t i o n m a t r i xi se s t a b l i s hb yd a t ae n v e l o p m e n ta n a l y s i s ( d e a ) t h eh i e r a r c h ys t r u c t u r em o d e li s i m p l e m e n t e db a s e do n n e t , t h es i m u l a t i o nc r e d i b i l i t yo ft h i sm e t h o di sp r o v e dv a l i d i t y ( 3 ) t h e n , c o n s i d e r e ds t r o n gs e a s o n a lc h a r a c t e r i s t i c so ft h ea v i a t i o nm a i n t e n a n c em a r k e t ， a i r c r a f tm a i n t e n a n c ep l a n n i n gm o d e lw i t hf u z z yd e m a n da n dp r o d u c t i o nc a p a c i t yc o n s t r a i n t s w a sp r o p o s e dt h r o u g ha n a l y z i n gt h ea i r c r a f tm a i n t e n a n c ep r o c e s sf o rt h ea i r l i n e ， s p a r ep a r t s r e q u i r e m e n ta n da i r l i n ef l i g h t sp l a n n i n g u n d e rt h eb a c k g r o u n do fa i r c r a f tm a i n t e n a n c e e n t e r p r i s e s ，t h em o d e la n da l g o r i t h mo nm a i n t e n a n c ep l a n n i n gf o rt h ed e c i s i o n - m a k i n g s y s t e mi nu n c e r t a i n t ye n v i r o n m e n tw e r ep u tf o r w a r d b a s e do nt h e o r i e so ff u z z ym a t ha n d p r o b a b i l i t y ， m a i n t e n a n c e p l a n n i n ga n dc o n t r o lm o d e lw a sd e s i g n e d t oe s t a b l i s ha r e c o n f i g u r a b l eo p t i m i z e dm a i n t e n a n c ep l a n n i n g ( 4 ) as o l u t i o nb a s e do n n e tf r a m e w o r ka n dw e bs e r v i c e st e c h n o l o g yi sp r e s e n t e d ， w h i c hi l l u m i n a t e sh o wt oc o n s t r u c tt h es p a r ep a r t so r d e ra n dr e p a i rs y s t e mf o rt h ee x i g e n t r e q u i r e m e n t so fa i r l i n ec o m p a n ya f t e rt h ea n a l y s i sa n dd i s c u s s i o no fb u s i n e s sr e q u i r e m e n t s a n d n e ta r c h i t e c t u r e b yt h ef u l lu s eo fs e r v i c e o r i e n t e da r c h i t e c t u r e ( s o a ) a n d r o l e - b a s e dc o n t r o l ( r b a c ) ，t h es o l u t i o nm a k e st h es u p p l yc h a i nm o r ef l u e n ti n s i d et h ea i r l i n e c o m p a n y k e y w o r d s ： r e l i a b i l i t ym o d e l i n g ，a h p , e v a l u a t i o n ，d e c i s i o ns u p p o r t ，f u z z yp r o g r a m m i n g i i 中国民航大学硕十：学位论文 中国民航大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所 知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得中国民航大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：阻日期： 中国民航大学学位论文使用授权声明 中国民航大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件 和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内 容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全 部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权中国民航大学研究生部办理。 研究生签名：醢立蔓圣 导师签名：日期： 中国民航大学硕_ 上学位论文 第一章绪论弟一早珀v 匕 1 1 研究背景 维护与维修( m a i n t e n a n c e ，r e p a i r & o v e r h a u l ：m r o ) 是航空公司安全、正点运 营，实现收益的一项基础而又关键的业务。建立在维修计划基础之上的航班计划和航材 计划则构成了航空器投入运营前后最具基础性的工作。但往往因各自归属于不同企业等 原因而时起冲突，不能够顺畅执行，轻则造成航班的延误，重则有可能造成飞机停场， 甚至是严重的事故，为航空公司带来不可估量的损失。因此，国内外民航业界和学术界 在相关领域的诸多方面展开了广泛而又细致的研究工作。相比较而言，国内在维修过程 中的适航法规方面等的定性的研究与国外相比毫不逊色，而在定量研究的方面还存在比 较大的差距，特别是在一个充分大的基于闭环控制思想的时空间范围内，建立在维修计 划、航材计划和航班计划之上的综合生产计划模型及其优化调度方法等方面的研究尤为 不足。 国内外的企业界和学术界关于航空器适航性维护与维修方面的研究主要集中在维 修计划的制定与优化方案的执行过程，目标函数几乎无一例外是维修成本的降低。因为， 单就维修成本占航空公司运营成本的比例这一项来看，国外航空公司大约为8 1 0 ， 国内航空公司约为2 0 2 7 【l 】，就不能不引起业内人士的重视。而在维修成本中占有较 大比重的航材发生费用特别是高价周转件的费用，各航空公司出于收益的考虑一般由航 空公司所属航材部门自己来保障，而消耗件一般则由维修企业来保障。因此，除了s a p 和o r a c l e 等少数个案综合考虑了航材计划以外，通常都把航材发生业务单独作为一 个课题来研究，益处是大大降低了问题的复杂程度，简化了计算。但这样一来，新的问 题就出现了，航空公司航材保障的时效性以及与维修企业在航材需求的同步运作的协调 问题就变得非常的突出，比如国航与a m e c o 、南航与g a m e c o 就是如此。而即使是 m r o 市场，一般还划分为四个大的部分：飞机大修改装、发动机大修、部件大修和航 线维护，从另外的角度可分为a 、c 、d 定检、航线维护与大修，而与此直接关联的前 件与后继也必须给予高度的重视。显然，简单化处理未必能得到理想的解决方案。这个 问题解决得不好，后果不堪想象。 由于在维护与维修的过程中，m e l 的概念和作用被牢牢固化在每一道维修程序之 中，而航班计划又由航空公司所属部门来制定，所以，尽管航班计划一方面直接连接市 场需求，另一方面又直接反作用维修计划，却很少有专家学者和企业界人士重视并研究 二者的相互作用。航空公司往往重视维修成本控制，却忽视经营收益的预估基于航 班计划的收益预估是一种简便易行的方法和手段。整合航班计划，意义显然重大。 而在我们整个民航，无论是企业还是科研院所，特别是针对重组与改革后的以维 修基地为核心，连接与之不同归属的航材与航班计划两方或多方实体运作实际而开展的 综合性的系统的理论研究尚属空白，尽管在钢铁和汽车制造等行业企业基于一体化管理 中国民航大学硕七学位论文 的思想，对供应链中的上下游企业一体化生产调度问题的建模与求解等均取得了显著的 成绩【2 ，3 1 。 由于航空器的持续适航性的规定，以及故障和故障症候的随机性和不确定性，特 别是民航企业生产过程与消费过程的不可分割性，决定了其他行业企业解决方案相当程 度上的不可移植性。比如，满足适航规定的航空器才可以执行归属航空公司的航班计划 部门制定的航班计划，而航空器是否满足适航之规定的一个必要条件是由维修基地依规 定来签派放行的，维修所消耗的高价件和大部分周转件又都是由归属航空公司的机务工 程部下属的航材部门来提供的，因此说三家在同一个业务活动中互为供应商和客户，传 统的维修只管维修计划、航材只关注航材计划、航班只看重航班计划的孤立的小闭环控 制，无论是从研究的系统性的角度，还是从全局寻优的角度来分析也都还是不够充分的。 随着维修基地第三方业务的不断扩大，如a m e c o 与g a m e c o 等国内一些综合 飞机维修服务供应商已获取为国际国内多家第三方客户提供服务，客观上要求自治企业 间业务过程在一个充分大的时空范围内实现无缝衔接，以保证安全正点服务，拓展利润 空间。因此，在航空业普遍面临困境的当前，为了取得竞争优势，结盟与协同运作己成 首选，以快速应对需求与环境资源的变化，实现共赢。当今世界，经济的全球化趋势进 一步促进了在地理位置上更为分散的、具有不同文化背景的企业之间进行合作。世界范 围内的民航企业联盟已成为显著行业特征，如航空公司与航空公司的联合1 4 。】、维修企 业间的联合与结盟1 6 j ，但却较少如国内国航与a m e c o 、南航与g a m e c o 间的特殊的 合作关系。因此，随着中国民航改革目标的逐步落实，航空运输企业战略性调整和改组 以及市场化经营进程的稳步发展，以及传统的高度集中管理模式的改变，重组后的民航 企业必须突破传统的限于技术层次的只重视物流与信息流的管理理论的束缚，建立支持 服务企业全生命周期协同运作和集成化管理的理论体系和方法，满足民航业本身高度协 同运作要求，必将极大地改善整个民航业乃至整个非制造业的基本素质，提高企业的核 心竞争能力和综合竞争力，为以民用航空业为代表的非制造企业的优化运行奠定坚实的 理论基础，并提供丰富的可操作方法。因为，作为一种新的经营战略，基于协同运作的 企业经营模式【7 引，它使企业以客户为中心、敏捷化、过程化及供应链管理等的内涵进 一步延伸，全部企业活动都纳入了价值链的管理范畴【吼1 0 】，也为企业管理的理论与实践 提出了新的研究课题。现代企业管理模式正向”运营过程化，功能集成化，组织扁平化” 的趋势发展。我国民航服务群体也必须积极迎接这样一个严峻的挑战，在竞争激烈的世 界民航市场，以优秀的服务品牌，占有一席之地，实现由民航大国向民航强国的飞跃。 总之，一体化生产计划研究的开展，将使生产计划科学化、精细化，更有助于提 高航空公司机队的调控能力，减少飞机停场，提高飞机利用率，降低飞机维护成本( 含 航材费用) ，提高民航业务链整体收益。 1 2 国内外有关研究的发展与现状 目前，国内外针对维修过程、航材业务发生过程和航班计划过程的分立研究，无 中国民航大学硕士学位论文 论是理论方面还是技术的方面都正方兴未艾，采用的方法主要是相对成熟的工业工程技 术，如美国和加拿大等国家在航空维修管理中应用工业工程的理论与技术，大幅度提高 维修质量和效率。b e l l a g u s t a 航空公司开发了一个特殊的支持计划c a p ( c o m p o n e n t s a s s u r a n c ep l a n ) 1 1j ，该计划涵盖了a b l 3 9 直升机的主要部件的维修与维护，目的是实 现基于飞行小时的以较低的固定比率( 如2 0 0 4 年c a p 的比率是每飞行小时2 8 3 美元) 完成航空器的修理与航材的更换。普惠加拿大的e s p ( e a g l es e r v i c ep l a n ) 1 1 2 】和h o n e y w e l l 的h s p p ( h o n e y w e l lp r o t e c t i o np l a n ) 乃j 也是如此。不同的是h s p p 允许在降低成本的同 时，达到较高的基于可靠性的维护操作。从维护作业计划调度和执行的结果来看， a c c e n t u r e 及其合作伙伴m a n u g i s t i c s 、 m x i 和p t c 合作开发的p r e d i c t i v em r o i j 成就 是最好的，原因是构建了维修企业经营模型。类似的成果在英文期刊o v e r h a u l & m a i n t e n a n c e 上还有许多，但大部分都把维修业务、航材业务与航班计划的制定分割开 来孤立进行研究，益处是降低了问题的复杂性，减少了计算量，易于操作。不足之处是 无法实现全局寻优，只能达到局部最优。 在我国，类似的应用成果也不少，如采用可靠性工程技术与方法进行飞机的保养 和维护【l 引，但更多的是关注相关业务过程的适航性法规的制定与执行以及定性分析，定 量的研究较少，性能指标单一，较少考虑除成本以外的其它度量尺度，如时间，深度与 广度尚显不够。如，国内航空部件维修单位审查常见问题分析【1 6 7 】、以及不同阶段中 的航材成本控制【1 81 9 2 0 1 、航材售后回租的可行性分析【2 1 1 、高价周转件管理的新思路【2 2 】 与科学化信息化航材保障途径的探讨1 2 3 】、航材招标市场的新态势【2 4 】、管控一体化思想 在维修中应用可行性分析【2 5 1 、发动机送修的最佳时机的掌控【2 6 1 、a 检维修方案的优化【2 7 1 等等。由于目前航空客运运力相对过剩，在制定航班计划除考虑有限的几个约束如航空 器的利用率等几乎是在理想的条件下简单的代数运算加上人为地队列调整，不到大修一 般不停飞，也谈不上对维修计划的反馈作用，因此这方面的研究就更显得稚嫩。总之， 这些研究基本上集中在操作的层面上基于语义性的描述与分析，还缺乏更深层次的探 讨，也不具有快速应对市场需求和基于现代企业运作规范的先进的管理理念及监督控制 执行的结构体系。一个比较贴近实际的着眼于进行战略层面的、全局化的、系统化的面 向提高运作效率与效益的新型联盟如民航维修企业与国内外航空公司协同运作管理的 理论、方法和实证研究尚处在起步阶段【2 8 】。究其原因，主要有以下几个方面： ( 1 ) 学界和企业界对中国航空运输市场、航空维修市场( 包括航材市场) 现状与 发展趋势分析不够全面、透彻和系统，缺乏对民航运输服务企业和维修企业基本特征的 准确描述，因而无法抽取合适的控制元素。 市场需求是民航企业存续的先决条件。民用航空企业最明显的内在特征高度安全、 技术密集和资金密集最终是为占有市场。 随机和突发事件，如9 1 1 事件，使民航企业运作的内外部环境较其它行业更显脆 弱性。运输企业和维修企业经营活动将更难以预测和规划，特别是维修企业，它的输入 信号总与故障症候和故障现象连在一起，不确定性更强。如何选取适当的可控目标集， 中国民航大学硕士学位论文 进而做出比较正确的估计是一项非常艰巨的工作。 对民航服务企业经营过程和经营活动呈现的明显的周期性、有序性( 整合性) 、协 调性、动态性和国家控制与市场机制的双重性等内在特征的认识不足。 航空运输企业与维修企业经营过程在时空间的错位运作区间标杆尺度不统一，同 步运行艰难，致使接续服务过程时常中断，系统内的物流、信息流、现金流和价值流不 能够顺畅流动，整个价值链的全局寻优无法实现。如因报关等致使航材货款脱期而屡屡 失去索赔资格甚至加倍受罚的情形时有发生。 针对维修过程、航材计划与航班计划制订过程所涉及到重要的性能指标：如，t ( 时 间尺度) ：包括维修工时、航材采购周期、航材交付时间、无故障拆换时间、飞行小时 数等；q ( 质量尺度) ：包括维修的可靠性，返修率、误拆换率、修后寿命等等；c ( 成 本尺度) ：包括固定工时维修费、航材成本、a o g 订货成本、索赔等等：s ( 客户满意 度尺度) 等等，以及基于上述性能指标的综合考虑常常缺乏充分的依据。从另外的一个 角度来讲，在计划的制订过程中还缺乏必要而又充分的科学的评价体系。 ( 2 ) 专业化的适合中国民航企业实际的辅助决策方法未能发挥其应有的作用，存 在企业业务流程与应用工具两层皮的先天缺陷。 c c a r l 4 5 r 2 要求维修企业必须建立起一个强大的生产控制系统，囊括企业资源配 置、财务管理制度、内部供应链管理和业务流程控制等功能。为此，g a m e c o 请人开 发了p m i 系统，而后南航又相继开发了m e 和t d m s 系统，南航北方公司又购买了s a p 的e r p 整体解决方案。的确，系统的强大的查询功能得到了充分发挥，也大大缩短了 出合同的时间，实现了管理理念与管理模式的创新，但也不可否认未能实现在整个维修 过程的全流程控制，尽管在航材计划的制定、采购合同的生成等环节实现了基于闭环控 制的精细化管理，还是没能够实现维修计划如大c 计划的自动生成。根本原因一是基 础数据的收集、整理和积累不足；二是用户未能明确地规范系统建模过程中所涉及到的 输入参量，造成与维修操作过程数据不符；三是资源包括信息共享还停留在比较原始的 水平。四是传统的刚性的矩阵管理也不适合民航维修企业和航空公司运作过程中大量重 复涌现的随机事件。 总的说来，类似国航与a m e c o 、南航与g a m e c o 这样的民航合作企业群的协同 运作相关的理论研究的成果少得可怜，还缺乏原型、理论、应用和提升的必需的四个过 程完整循环。最根本的原因似乎可以归结为先前的大量的研究工作都没有找到一个比较 合适的切入点从建立在维修计划基础之上的航班计划和航材计划入手，通过一体化 生产计划的研究，包括计划的制定和执行，逐步拓展到基于航空公司与维修企业的联盟 的协同运作研究。而是采取了比较简便易行的分割后孤立各子系统的研究方法。 1 3 本课题研究目的和内容 现代企业战略联盟与协同管理和民航市场化进程的有机结合是一项复杂、完整的 系统工程，需要系统科学的基础理论作指导，以加强和改进民航企业经济运行的综合分 4 中国民航大学硕士学位论文 析、仿真研究和监测调控，使之健康、协调和有序的发展。 本文选取航材送修过程中关键的节点，分别为航材可靠性分析、航材维修商评估、 维修计划调度三个方面对航材送修全生命周期中三个关键的控制节点进行分析与研究。 最后通过n e t 技术构建了航材采购送修评估系统。 中国民航大学硕士学位论文 第二章机载设备可靠性预测模型 当前民航机载设备维修正在从周期性维修向视情维修转变。机载设备的视情维修 非常昂贵，而且会造成飞机停场的不利影响，进而影响航空公司的盈利能力。因此，航 空公司将机载设备维修的重点放在预测机载设备故障，以便有充裕的时间安排飞机进场 维护，减少航空公司紧急订货( a i r c r a f to ng r o u n d ) 次数。 机载设备故障数据可以用来确定定检的维修周期，以便避免民航客机的停场。预 测机载设备故障，需要一个正确的架构来明确故障模式与故障历史数据之间关系，用来 指示失效数据与失效发生时间之间的显著关系。 在实践中，人们用来分析机载设备可靠性的故障数据是在一定的时限内由机载设 备相关领域的专家基于经验和实际运作而提供的。在一些参考文献中，通常的可靠性检 测分析方法是采用逗留时间作为有限状态马尔可夫链【2 9 j 或一个基于混合的特定概率分 布随机变量【3 0 3 1 】来分析建模的，但马尔可夫链模型只能从逗留事件的有限集合中给出 一个的固定值。 本节提供了一个基于自组织特征图( s o m ) 的机载设备可靠性分析模型，首先介绍了s o m 神经网络算法结构【3 2 3 3 3 4 3 5 1 ，其次介绍了基于s o m 网络的机载设备可靠性评估模型。 通过结合离散数据分析与s o m 网络来建立模型，并提供一组机载设备故障数据集， 用n e t 平台实现了模型仿真。最后，给出了机载设备可靠性分析评估程序结果和结论。 2 1 自组织特征图( s o m ) 自组织特征图是一种无监督的神经网络结构，它的输入输出机制可以实现n 维输 入向量向二维输出向量的映射。无监督神经网络是数据驱动无目标的，不同于有监督神 经网络事先有明确的期待目标。s o m 结合分析和图形技术可以将数据向一个低维( 通常 是二维) 映射，应用这一特性可以实现数据聚类。s o m 网络与k m e a n s 聚类算法类似， 提供了可扩展拓扑图，并实现网络中相似目标的聚类。在自组织网络学习过程中，针对 特定领域自组织网络的结构和神经元的数目会有改变。s o m 网络有若干参数可以影响 模型的仿真效果和可重复性( 例如权值的初始值，选择邻域等) 。 s o m 网络可以实现，z 维输入空间n - 维空间节点之间的非线性映射。假设一组输 入矢量x r ”和神经元权重或参考矢量m r ”，k = l ，2 ，k ，每个神经元被安排在一个 普通的二维空间格中。引进离散时间索引，x ( t ) ，t = o ，代表自组织网络在 时刻，时的神经元， w k ( t ) 代表白组织网络在时刻，时的权重向量，输入矢量在训练或 学习过程被迭代计算。神经元权重的初始值是可以随机指派或从k 个不同的输入记录 中选取。不同的s o m 执行机制决定于在模型学习过程中神经元权重的更新方法。 w k ( f ) 的初始值是随机选择的或从数据集中选择。每个记录的位置在自组织网络学习过程中逐 中国民航人学硕士学位论文 一标定直到数据集用尽，同时在学习过程分配神经元权重向量。权重记录在学习过程中 从输入向量集中随机抽取，并在同时提交给学习网络。 通过计算s o m 网络输入向量之间的相似度和节点k 的权重向量柬标记一个记 录。每个节点f 会接收到相同的输入矢量，并产生一个相似值。输入记录在自组织网络 上的最佳匹配节点c 的获取取决于执行时最大相似或最小距离。如图2 1 所示。 l n p 山v 抽f 图2 1典型s o m 网络示意图 2 1 1 竞争机制 通过“学习”输入向量集来调整神经元的权重向量使其权重向量接近获胜神经元c ， 神经元权重在计算了每一个输入向量之后采用递归算法进行更新。调整器的算法结构取 决于邻域的规模、邻域功能权重和学习算法。通过欧氏距离来计算输入向量和每个神经 元权重的相似度： d k ( f ) = 愀f ) 一w ( f ) 1 1 2 ( 2 一1 ) 接下来，获胜或最佳匹配节点c 决定于： 吃( f ) = r a i n 以( f ) ( 2 2 ) 2 1 2 协同机制 使用高斯邻域函数 k ( ，) = e x p ( 一ir k - 乞l l a 2 ( ，) ) ( 2 3 ) 和乞分别代表神经元七和c 的调整量，幅度量万( ，) 代表一个神经元细胞在训练 中从一个用于比较的神经元初始值到最终有效值邻域函数的衰减量。在这个过程中所产 生的自组织s o m 网络的自适应能力，表达了每个输入矢量通过调整获胜神经元和邻域 神经元的权重向量来实现向输入向量分布函数的逼近。这个过程一直重复，直到平均误 差低于事先指定的值或达到预先指定的迭代次数，输出向量收敛到一个稳定的状态。 7 中国民航大学硕士学位论文 2 1 3 突触自适应机制 神经元权重向量采用公式( 2 4 ) 来更新 ( f + 1 ) = w k ( t ) + a f t ) h , , 0 ) x 0 ) 一( f ) 】 ( 2 - 4 ) a ( t ) 代表学 - j 率因子，k ( ，) 是邻域函数。学习速率因子控制更新权重向量的总 体规模和学习阶段的单调衰减。邻域函数是一种典型的二维网格节点c 和k 之间的距离 衰减函数用来调整w k ( t ) 与w a t ) 之间的相似度。 2 2 失效事件预测 正如在前言中提到，考虑沿时间轴的一组故障事件序列k 反复发生。假设事件k 发生n 次，用lf ，t 。l 作为两个相邻失效事件墨和蟛+ ， f = j ，2 ，刀的故障 间隔时间( t i m ei n t e r v a lb e t w e e nf a i l u r e s ) 。在这种情况下，整组失效数据有n = 玎次时 间间隔。假设所有的时间间隔是相互独立，即当前发生的故障事件k 是不会受到任何 一次事件发生的影响。 基于以上假设，现在已经获得了失效事件k 的“无故障时间”的数据。用“无故 障时间”来量化机载设备的可靠性。如上所述，所有的t j0 = ， 2 ，彬事件序 列被假定为相互独立。可靠性函数尺俐用公式2 5 确定。 r ( t ) = p ( t ，) = l p ( t r ) = l 一辱( f ) ( 2 - 5 ) 通过多参数失效模式3 6 ，3 7 3 8 】来描述的机载设备行为退化，如泊松分布、指数分布、 威布尔分布和对数正态分布。其中威布尔分布模型是最受欢迎的一个，因为它可以使用 数种行为模式。威布尔分布的概率密度函数定义如公式2 6 ： 万( f ) = ( ( 卜c ) 口) 胪1e x p 卜( 卜) pi ( 2 6 ) 其中：是形状或斜坡参数，p 是尺度参数，c 是常量。基本模式定义之后，可以 轻易地得到可靠性函数如公式( 2 1 3 ) ，而它的数学期望印= 7 也就是所谓的“平均故障间 隔时间”( m e a nt i m eb e t w e e nf a i l u r e s ) 也就确定了，厂f 砂是众所周知的伽玛函数，r 仞 的形式如公式( 2 8 ) 所示： 辱( f ) = 卜e x p 一( 卜) 卢】 ( 2 7 ) r ( t ) = e x p 一( 卜) 卢】 ( 2 8 ) d 办( ，) = 等( 卜) 肛1 ( 2 9 ) ( 丁) = m t b f = c + 盯( 1 + 形) ( 2 1 0 ) 中国民航大学硕士学位论文 v a r t 】= 0 2 li ( 1 + 形) 一( r ( 1 + 彤) ) 2i ( 2 1 1 ) r ( 石) = f t , - i e - , d t ，x 1 ( 2 1 2 ) ，、 h l l n 【烁( f ) jj 2 f l l n ( f c ) 一i n ( o )( 2 - 1 3 ) 旦得到尺何的估计模型，可以由公式( 2 1 3 ) 来完成模型的验证。线性衰减斜率由 决定，y 轴的截取值为0 。c 值通常是零，当l n ( 1 n ( i r 俐，有一定的曲率不是一条直线 时可以取不同的值。在这种情况下，为了拟和出一条合适的直线c 必须选择一个合适的 阈值。获得，0 和c 之后，办，m t b f 和v a r t u - f i l 通过计算公式( 2 。7 ) ( 2 11 ) 获 得。这些值为我们进行机载设备维护提供有效的数据指引。 如前所述，本节研究的目的是在一组机载设备失效事件序列中建立一个机载设备 可靠性统计预测模型。现在，如果有一组的机载设备故障事件序列，可以通过故障数据 与机载设备故障事件预见故障事件k 的发生。在实践中，如果想要建立机载设备可靠 性预测模型有两个困难： 1 在许多情况下，机载设备故障数据，即故障事件序列数据，可能含有许多类型 事件。在机载设备故障日志文件中会有数百种不同类型的失效数据，因此要获取它相当 困难。因此，就需要建立以所有的事件类型为变量的回归模型。对我们来说，很难获取 统计意义上的失效事件变量与失效数据记录中失效事件类型变量之f h j 的相互作用。为 此，有必要选取一组可能触发故障事件发生的事件。 2 从物理的角度来看，统计学变量之间的相互作用，可能是微不足道，甚至毫无 意义。正如在前言中，失效信息在服务和维修中具有非常重要的作用。因此，人们用失 效信息来预测机载设备失效事件是合理的。也就是，无论从统计和物理的观点来看第一 步需要确定失效的信息。下一步，基于失效数据建立机载设备可靠性预测模型。如果模 型是由不正确的失效事件序列来建立的，结果就会失去意义，甚至是误导。 2 3 机载设备可靠性预测模型的建立 机载设备可靠性预测模型的建立步骤如下： 首先，从机载设备故障数据中建立机载设备故障事件预测数据集，进行故障事件 序列数据的实地收集，然后进行预处理。 其次，应用s o m 模型通过机载设备故障事件序列数据进行机载设备可靠性衰减 模式鉴定。经过这一步，机载设备可靠性衰减模式确定后，就完成预测模型的变量筛选。 最后，基于机载设备失效事件序列，建立机载设备可靠性预测模型。 2 3 1 机载设备可靠性衰减模式辨识 本文通过s o m 模型运用记载设备失效事件数据来辨识机载设备可靠性衰减模式。 具体步骤如下： 9 中国民航人学硕士学位论文 ( 1 ) 从机载设备维修档案中提取机载设备故障事件序列数据。 ( 2 ) 计算机载设备故障事件类型，用于第3 步中产生候选人的失效事件信息。 ( 3 ) 从大量的失效事件中将机载设备故障事件序列分成若干类。 ( 4 ) 运用s o m 神经网络通过机载设备失效序列事件数据完成机载设备失效模型辨 识。 ( 5 ) 如果机载设备失效模型辨识成功，输出尺仂。 2 3 2 机载设备可靠性预测 表2 1某机型a p u 故障的历史数据及离散点可靠性预测值 图2 1s o m 模型机载设备可靠性预测图形显示 表2 1 是某航空公司某机型a p u 故障的历史数据，首先运用s o m 网络辨识影响 机载设备可靠性的有效变量，进行了模型拟合。二是运用拟和的模型进行机载设备可靠 性估算。图2 一l 显示运用s o m 网络的对威布尔分布的可靠性估计并在表2 1 中给出 一些离散点的可靠性预测值。 1 0 中国民航大学硕士学位论文 2 4 小结 本节介绍基于s o m 网络的机载设备可靠性预测建模。结合传统的建模方法和s o m 神经网络来预测机载设备的可靠性。s o m 神经网络的机载设备故障预测模型已经付诸 实施，用于融合机载设备失效数据和预测机载设备的可靠性。 中国民航大学硕士学位论文 第三章基于a h p 方法的维修企业评估模型 在供应链管理的框架中，对维修商进行评价选择无疑是很重要的，同时也是贯穿 始终的一环。通过综合评价，不仅能使企业了解维修商的优缺点，科学合理地选择最优 维修商，而且还可以为所选的维修商提供改进建议，为供应链战略联盟企业之间建立长 期的合作伙伴关系服务【”“0 1 。因此，建立合理的评价选择体系对企业供应链的管理有 着至关重要的作用。在这方面，许多国内外学者都曾经进行过研究，他们从不同的研究 角度建立了不同的企业评价选择框架模型，例如s i n ka n dt u t t l e 模型、绩效改进度量方 法模型、评价指标家族模型、均衡记分卡模型掣4 。然而，这些模型往往侧重维修商当 前的情况，无法对维修商的发展前景进行持续的评价，同时也无法对维修商进行动态的 管理，无法为维修商战略联盟建立长期的合作伙伴关系提供技术支持。 航空公司或民航维修企业为了保证航班的安全正点运行需要储备一定的具有持续 适航性的航材，因此必须对航材维修商进行定期或不定期的评价与选择，特别是要对其 质量体系和生产系统进行评价，以确保其能稳定地提供具有持续适航性的航材。因此需 要对航材维修商的业务运作、生产能力、质量系统、企业环境等进行综合评估，然后做 出合理的决策1 4 2 。目前航空公司或维修企业在确定评价指标时大多采用定性指标进行综 合评价，缺乏切实可行的评价指标体系。因此，建立科学可行的航材维修商评价指标体 系，可以进行定性定量的评价是本文研究的重点内容。 系统工程中的层次分析法( a h p ) 1 4 3 】是分析多目标，多准则的复杂大系统的工具。 将a 耶引人航材维修商评估，是对航材维修商评估决策科学化的一个进步，它解决了 航材维修商评估中难以完全用定量方法进行分析的问题，减少了人为因素。通过建立科 学的航材维修商评价体系及相对重要度计算，可以使航材维修商评估比较符合实际。 本节首先建立了航材维修商评价指标体系，并在指标体系的基础上利用a h p 方法 建立了维修商评估模型，然后介绍了航材维修商综合评价选择模型的修j 下及改进，设计 实现之后用实例进行了验证，结果表明了该方法的有效性。 3 1 层次结构模型的建立 经过分析归纳，将决策过程中所涉及的因素划分为三个层次： 最高层一目标层g ：在候选维修企业中选择维修能力最佳维修企业。 中间层一准则层c ：对维修企业的评价准则。 我们参考了已有的研究成果并结合维修企业实际，对影响维修企业维修能力的因 素进行分析归纳，引入全面质量管理i ( t q m ) 中的“时间”，“质量”、“成本”、“服务 ( t q c s ) ，忽略了一些次要的以及不易考评的因素，采用多目标决策中的层次分析法 ( a h p ) ，建立模型。建立评估准则如表3 1 所示。 中国民航人学硕上学位论文 表3 1 评价指标体系 目标层准则层指标层指标评价标准及方法 时间交货期限 交货期限要短，依据送修统计资料 维修方案选择要求符合维修样序，依据维修人纲 质量 质量复原度专家评估 维修技术保障专家评估 维 维修价格同类产品比较依据统计资料 修 成本折扣依据送修统计资料 企 付款方式要求付款方式和期限灵活，依据财务统计资料 业 交货方式包括交货地点、运输方式、物流费用，依据统计资料 综 交货准确率 准确交货次数总交货次数，依据统计资料 合 服务 供货柔性要灵活响应送修需求，专家评估 竞 技术支持情况产品相关的技术支持要完善，专家评估 争 维修前服务要求服务及时周到且能够解决问题，专家评估 力 维修中服务要求服务及时周到且能够解决问题，专家评估 维修后服务要求服务及时周到且能够解决问题，专家评估 维修企业信誉信誉要好，专家评估 维修企业资质包括资质认证，依据相关认证资料 其它 维修企业技术实力包括设备人员的技术构成，依据实地考察 维修企业生产能力 产品的生产能力和生产手段，依据实地考察 维修企业地理位置维修商的距离应尽量近且交通方便，专家评估 环境因素经济、地理、社会、法律环境，专家评估 最低层一方案层p ，即本次所涉及的维修企业集合。 3 2 构造判断矩阵 a h p 方法判断矩阵的构造规则：对上一层次的某元素，将本层次与之相关的各元 素的相对重要性进行比较、量化，构造出判断矩阵，设本层次元素g 与下一层鼻，b ， 只有关，则判断矩阵形式如表3 2 所示。 表3 - 2 判断矩阵 g弓最只 b6 1 l6 1 26 l 。 b 6 2 l6 2 ：b 2 。 只“以：k 中国民航大学硕士学位论文 表示对评价准则q 而言，只相对弓重要性的量化，采用1 - 9 标度的方法来确定。 根据相对重要性的不同，可以采用1 ，2 ，3 ，9 及它们的倒数。若指标异与尸j 相比 的判断，则弓与鼻比较的判断2 。 一致性指标记作c ，计算方法如下： 一砉毕j = l ( 3 1 )