（交通信息工程及控制专业论文）航空发动机视情调度优化方法及系统开发.pdf

南京航空航天大学硕士学位论文 i 摘 要 航空发动机是飞机的“心脏” ，与飞机的安全性密切相关，同时又直接影响着航空公司的运 营成本，因而，制定合理的调度计划，可以均衡拆换率，提高备件保障率，降低备用发动机数 量，极大地减少因缺少备用发动机造成的飞机延误，对航空公司节约成本、提升利润、提高公 司竞争力有着重要的意义。本文研究了航空发动机在视情维修策略下的调度方法及系统开发， 为发动机主管工程师提供了一个可视化、人机交互的机群动态调度平台，主要内容如下： （1）介绍了航空发动机视情调度的理论基础，包括视情维修策略、状态监控技术、性能状 态排队、下发指标及下发预测方法，为进一步研究发动机调度奠定了基础。 （2）研究了航空发动机的调度方法。结合实例分析了基于排序规则的经典调度方法，针对 经典调度方法提出了一种改进的方法，并用实例加以分析验证了该方法的有效性，为进一步构 建调度系统提供了必要的理论基础。 （3）研究了航空发动机调度计划的实现方案。分析了调度方案的实现流程，提出应用 b/s 模式实现调度计划。研究了调度计划的显示模块及数据交换模块，为调度计划的显示提供了一 种解决方案。 以上述研究内容为基础，开发了“航空发动机调度系统” ，该系统已在上海航空公司得到成 功应用。 关键字：航空发动机，视情维修，调度算法，ajax，j2ee 航空发动机视情调度优化方法及系统开发 ii abstract aero- engine aircraft is the heart of the aircraft and the safety is closely related to, at the same time, affect the airlines operating costs, hence the reasonable schedule plans can balance spare aero- engine quantity of fleet, improve reliability level of spare part, decrease the quantity of spare aero- engine and reduce the occurrence of flight s delay and cancellation because of the lack of spare aero- engine, thus has an important significance to reducing costs, raising profits, improving the competitiveness of the airline. the schedule system of aero- engine based on conditional maintenance is researched and developed in this paper. it can provide a visual and interactive fleet dynamic schedule platform for engineer in charge of aero- engine. the primary work of the paper includes: (1) the theory frame of condition based maintenance binding schedule has been studied. the strategy of condition based maintenance, technology of performance monitor, performance queue, indicators of aero- engine removing forecast and the method of aero- engine removing forecast has been researched in detail, which laid a strong foundation for a deeper research to aero- engine schedule in the future. (2)schedule method of aero- engines has been studied. classic scheduling method based on sort rules has been analyzed by an analysis of examples. an improved method was introduced and proved valid by the analysis of examples, which laid a strong theory foundation for building schedule system in the future. (3)the realization of scheduling scheme of aero- engines has been studied. b/s mode was introduced to realize the s cheduling scheme after analyzing the processes of scheduling scheme, thus the display module and data exchange module ware researched, which provided a solution for the display of scheduling scheme. “ schedule system of aero- engine” was developed using the above technologies and methods, which has been applied successfully in shanghai airline. key words: aero- engine, condition based maintenance (cbm), schedule algorithm, ajax, j2ee 航空发动机视情调度优化方法及系统开发 vi 图表清单 图 2.1 典型的维修策略图.6 图 2.2 p-f 曲线图.7 图 2.3 航空发动机监控图.9 图 2.4 cf6 类型发动机航段比-egt 衰退率关系曲线.13 图 3.1 发动机使用-维修流程.16 图 3.2 发动机送修次数流程.17 图 3.3 第 k 台发动机第 l 次送修返回后的梯次使用示意图 .21 图 3.4 计划期内机队调度计划图.21 图 3.5 单台发动机调度计划甘特图.22 图 3.6 spt 缺发图.28 图 3.7 spt(level-1)缺发图.28 图 3.8 spt(level-2)缺发图.29 图 4.1 调度方案结构图.33 图 4.2 显示模块流程 .37 图 4.3 同步/异步发送消息模式 .39 图 4.4 调整工作节示意图.39 图 5.1 航空发动机调度系统结构图.42 图 5.2 调度发动机调度系统数据库简图.43 图 5.3 j2ee 层次分布图.45 图 5.4 mvc 组件类型关系图 .46 图 5.5 struts 体系结构.47 图 5.6 系统主界面 .50 图 5.7 飞机发动机基本信息.51 图 5.8 发动机寿命预测.51 图 5.9 机队历史调度图.52 图 5.10 机队调度方案的选择.53 图 5.11 机队未来调度计划.53 图 5.12 tat 的修改.54 图 5.13 备发图表 .54 表 2.1 指数 in 与保障率水平对照表 .11 表 3.1 机队基本信息 .25 表 3.2 实验结果 .26 南京航空航天大学硕士学位论文 vii 表 3.3 机队基本信息 .26 表 3.4 实验结果 .26 表 3.5 实验结果 .28 航空发动机视情调度优化方法及系统开发 viii 注释表 phm 故障预测与状态管理 sb 服务通告 rcm 重心到前轴的距离 llp 时寿件 cbm+ 改进的视情维修 egt 发动机排气温度 pm 预测性维修 lpt 最长加工时间 ecm 发动机状态监控 spt 最短加工时间 ad 适航指令 fcfs 先来先服务 承诺书 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明 引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著 作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人 和集体，均已在文中以明确方式标明。 本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印 件，允许论文被查阅和借阅,可以将学位论文的全部或部分内容 编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手 段保存论文。 (保密的学位论文在解密后适用本承诺书) 作者签名： 日 期： 南京航空航天大学硕士学位论文 1 第一章 绪论 1.1 引言 近年来，伴随着经济的迅猛发展,我国航空业的规模得到了空前的壮大。为了满足航空运行 安全、快捷的要求，航空公司和制造商都越来越重视民航发动机的可靠性和安全性。发动机作 为飞机的心脏,其任何功能故障都可能导致飞机发生较大事故，甚至诱发灾难性后果1。 现阶段，一般来说航空公司发动机的总使用寿命及阶段使用寿命，往往分别低于飞机的总 使用寿命和阶段使用寿命。因此，除了按飞机装机配套要求装配相应数量的航空发动机外，地 面还必须配备一定数量的备份航空发动机用于周转、更换和替修。备份量不能过多，因为发动 机的价格很高，每增加一台备份发动机就需要几千万美元， 还要支付保管维修费，甚至在飞机 型号淘汰时还会造成航空发动机剩余寿命浪费2；但是，备发量过少，则不能保证正常周转、更 换和替修的需要，影响飞机的签派率。所以，合理的备份航空发动机数量，或者说确定备份数 量和装机数量的合理比例，提高发动机的周转率和利用率，是本文主要讨论的问题，也是航空 发动机管理的主要目的。 随着技术的不断发展，航空发动机等贵重、复杂设备或系统的可靠性和可用度得以极大的 提高，在保证规定的可靠性前提下，对发动机寿命进行科学的监控管理，可大幅减少维修成本, 从而获得较好效益。目前航空公司普遍采用视情维修管理方式3，发动机视情维修就是根据发动 机的性能状况，判断发动机的状态情况，选择合适的维修项目和时间，达到性能和维修费用的 最佳组合。 目前，航空发动机备发量的确定方法主要是发动机厂商或维修厂商根据统计的方法给航空 公司的推荐量，对于中小规模的机队，需要的备发量约占发动机机队的 10- 15；而对于大规 模的机队(25- 30 架以上的飞机量)，备发量约占 84,5。这通常都会大于航空公司购买数量，如 果航空公司需要较高的保障率，就需要为之付出异常昂贵的资金。另外，发动机单次在翼剩余 寿命受环境温度、环境污染、航程等使用情况影响变化很大，这会造成各种情况下拆换率的不 同，导致备发需求差异较大。目前，受高温因素的影响出现夏季下发高峰，下发率约为年平均 下发率的 2 倍，造成航空公司夏季劳动力超负荷工作和发动机缺发，冬季劳动力闲置和发动机 库存积压。各个航空公司都会出现拆换率不均衡情况，使得发动机的管理更加复杂，采用传统 的统计公式确定备发量就不能满足航空公司个性化的要求，因此，制定合理的发动机调度计划 和备发计划也就变得愈发重要6。我们将基于航空公司的维修使用确定发动机调度计划，来预测 以较长一段时间内合理的发动机的数量，这将是一个航空公司行之有效的微观管理方法。 目前,国内航空公司发动机的管理主要是由发动机主管工程师综合考虑各种情况，手动制定 航空发动机视情调度优化方法及系统开发 2 维修计划，其质量根据个人经验的不同存在很大差别，然而,随着航空公司机队规模的不断扩大， 当遇到大机队的情况往往束手无策，缺乏对维修成本的考虑，不能够保障成本的优化。为了降 低航空公司机队发动机运营成本，保持飞机性能和结构的可靠性和安全性，因此,有必要制定出 合理科学的适合具体航空公司的调度计划，减轻发动机工程师的手动排班强度，而建立关于发 动机机队调度计划的数学模型与规则算法则是整个计划的核心和关键。 目前，航空公司对发动机的维修采取视情维修策略下的调度方法，明显不同于事后维修和 定时维修策略下的调度方法，具有显著的动态柔性特征，并且可以充分使用发动机的寿命，不 会造成明显的浪费。视情维修策略下航空发动机调度系统的开发研究，在一定的计划期内，可 以达到机队的缺发时间最少、缺发损失成本最低、备件保障率最高7，备用发动机数量合理的目 的。 1.2 研究现状以及存在的问题 目前，正在使用的航空发动机绝大多数采用视情维修的方式。这种方式不规定发动机翻修 寿命，依靠视情检查和监控来确定发动机的运行状况，决定是否需要换发及相应的修理要求， 保障航空器的安全8，也由此产生了故障预测和状态管理（prognostics and health management， phm）的概念9,10。现在，在国外尤其是美国，各种phm系统已经逐步得到了应用，结合以可靠 性为中心的维修(reliability centered maintenance, rcm)还提出了cbm+（condition- based maintenance plus）的概念11，国内方面，张亮、曾声奎等人的文章中对phm技术做了深入的介 绍12,13，徐皑冬、于海斌等人的文章中对cbm做了详细的论述14，这为我们提出结合调度的视 情维修理论框架作了铺垫。 在调度方法方面，生产调度是针对一项可分解的生产任务，探讨在尽可能满足约束条件(如 交货期、工艺路线和资源情况等)的前提下，通过下达生产指令,安排其组成部分(操作) 使用哪些 资源、其加工时间及加工顺序,以获得生产任务执行时间或成本的最优化。在生产过程出现了很 多针对性的方法：如启发式方法、数学规划方法、规则调度方法、基于人工智能的方法等。启 发式方法大多基于启发式推理，根据决策时刻的装置、任务所处的状况进行调度，保证局部最 优。唐立新、祁慧等提出了一系列基于启发式的不同分解方法，包括基于时间的分解、基于需 求生产方法的分解和基于资源的分解，通过启发式方法获得的下界和基于拉格朗日松弛（lr） 和拉格朗日分解（ld）获得的上界，对大规模生产调度问题进行有效的调度15。从数学规划的 角度，生产调度计划可以归结为在等式约束或者不等式约束，对一个或者多个目标函数的优化， 可以表示为milp或者minlp优化模型。pinto.j.m和grossman.i.e提出了一种新的基于连续时间 多批次任务的混合线性规划方法，能够显著地减少变量总数，从而有效地减少计算时间16。规 则调度是指系统运行时，根据一定的规则和策略来决定下一步操作的调度方法。f.blomer和 h.o.gunther利用启发式规则求解了multi- product型生产调度问题17。人工智能的方法是采用人 工智能研究领域提供的方法解决各类生产调度问题方法的总称。朱夏、李小平、王茜提出了一 南京航空航天大学硕士学位论文 3 种改进的遗传算法来得到流水调度的生产顺序和路径，取得了不错的效果18。类似的应用还很 多很多，但是由于航空发动机的使用送修库存的周转特性，通用方法很难直接套用。 航空发动机的调度的主要方法有：usair 利用 adept 系统根据每台发动机的 egt 采取措 施平滑拆换率19，降低备发量，节约成本；中国民航大学的王帅，许春生等利用发动机的状态 参数对航空发动机进行排序20，以便及时了解机队的整体状态，有助于制定拆发送修计划，降 低了发动机的使用成本。在航空发动的下发的时机选择上，南京航空航天大学左洪福、张海军、 戎翔等人在利用发动机状态参数建立比例风险模型来预测发动机剩余寿命方面做了作了一定的 研究21，但是只考虑到单台发动机的下发时间，并没有考虑整个机队的情况，只有从整个机队 成本优化的角度上考虑发动机的更换时间才是合理的。南京航空航天大学的白芳利用现代排序 理论的建模思想，通过引入工作节的概念，建立了基于视情维修策略的航空发动机调度模型， 将 lpt 算法应用的航空发动机的调度模型中22，并设计了相应的算法流程，为航空公司发动机 调度计划的制定和管理提供了一个可行的优化方法。 近几年，国外也开发了一些著名发动机计划辅助软件，如英国 total engine support 公司开发的一套发动机机队计划和成本预测软件 efpac 和爱尔兰的 jeteplan 软件，其共同点是 以成本为目标函数优化维修决策，但具体计划制定还是要靠手工选择完成。随着航空公司运营 规模的扩大，完全依靠人工管理发动机拆换计划的难度越来越大。 目前，航空公司在调度计划方面普遍存在以下问题： （1）虽然目前国内已经广泛使用发动机监控技术，但主要用来提前预警，对通过调度计划 来平滑拆换率和节约成本的重要性还不够重视。 （2）没有明确和可操作的调度计划的方法。 （3）没有具体合理的调度计划评估的手段。 （4）没有基于机群的视情维修理论体系。 （5）没有自主知识产权的发动机调度软件。 1.3 本文的主要研究内容和结构安排 本文研究了以下三个方面的问题：航空发动机视情维修策略；发动机机队调度方法的研究； 构建适合航空公司应用的发动机机队调度系统软件。文中首先介绍了视情维修策略，介绍了在 视情维修策略下预测发动机在翼寿命的方法，在调度工作中通过结合视情维修策略，可以将排 序规则算法应用在发动机调度过程中，针对经典的调度方法提出了一种优化的策略并用实例加 以分析，验证了该方法的有效性，最后，根据优化的算法和上海航空公司某个机队的现状实现 了航空发动机调度系统，并对系统的架构和功能进行了简要的介绍。 文章内容如下： 第一章 绪论，介绍本论文的相关背景知识。 第二章 航空发动机视情调度的理论基础，介绍了航空发动机在视情维修策略下调度的理论 航空发动机视情调度优化方法及系统开发 4 基础，并着重分析了航空发动机备发量的确定和下发预测。 第三章 基于排序规则的航空发动机调度方法研究，首先介绍了航空发动机调度问题的排序 模型，并应用不同的评估体系对调度方案进行分析，然后提出了一种优化的策略并用实例验证 了其有效性。 第四章 调度计划的实现方案及相关技术研究，首先，在分析传统的调度软件的基础上介绍 了调度计划的实现模式，然后分析了调度计划的显示方案和数据交互形式。 第五章 调度系统的开发，结合上海航空股份有限公司的具体要求，分析了系统的需求并设 计了系统的主要模块和相关数据库，介绍了系统开发的平台的同时简要阐述了系统的基本功能。 第六章 结论与展望。 1.4 论文的课题背景 本文是由南京航空航天大学民航学院发动机故障诊断研究所与上海航空股份有限公司共同 合作进行的研究项目的一部分，研究内容为在视情维修策略下，应用排序理论，将启发性算法 用于调度优化方法，实现对发动机的排序调度，以整个机队的运营成本为目标函数，建立一套 全机队发动机视情调度规划方法和系统。这将带来十分巨大的潜在效益，极大的提高了工作效 率，使航空公司发动机调度管理发生根本性的转变。 南京航空航天大学硕士学位论文 5 第二章 航空发动机视情调度的理论基础 安全可靠和经济运行是军、民用发动机设计制造及使用维修的永恒主题。从飞行安全角度 和事故发生率的统计来看，对发动机实施科学的管理和维修是保障运行安全的重点。根据视情 维修的原理，对发动机的状态进行实时监控，进而科学的预测其在翼寿命，同时，为了满足周 转、更换和替修等需求，必须合理地确定发动机的备发数，这对于保持航空公司机队的正常运 营和飞机飞行状态的完好性具有重要意义。本章在介绍视情维修策略及其技术的基础上，主要 分析了航空发动机备发数的确定及下发预测。 2.1 视情维修策略简介 2.1.1 维修策略的发展 设备在使用过程中不可避免地会经历三种状态，即正常、异常和故障。故障状态的设备必 须进行维修，以期继续服役。在现代社会中，设备维修制度经历了一个从无到有再到倍受重视 的过程，具体来说已经历了以下四代23： 第一代（1950 年以前） ：事后维修制 (run to breakdown maintenance)，就是在设备发生故障 之后才进行检查，这种制度仅适于造价较低、事故停机造成的直接损失不大的机器设备，这一 时代经历了兼修时代（操作工又是维修工）和专修时代（有专业维修工） 。它的特点是设备坏了 才修，不坏不修。 第二代（19501960 年） ：预防维修制 (preventive maintenance)，其修理间隔的确定主要根 据经验和统计资料，以保证机群的完好率处于一定水平，但是它很难预防由于随机因素引起的 偶然发生事故，同时也会废弃许多尚可使用的零件，而且增加了不必要的拆装次数，造成浪费。 第三代(1960 年1970 年)：生产维修制（productive maintenance） ，以美国为代表的西方国 家多采用此维修管理体制，生产维修由事后维修、预防维修、改善维修、维修预防等四部分内 容组成。这一维修体制突出了维修策略的灵活性，吸收了后勤工程学的内容，提出了维修预防、 提高设备可靠性设计水平以及少维修和无维修设计思想。 第四代 (1970 年至今):视情维修就是根据对项目定期或连续的状态监测结果所实施的预防 维修，也叫做“以状态为基础的预防维修” 。这种制度着眼于每台设备的具体技术状况。一反定 期维修的常规而采取定期检测，对设备运转情况的发展密切追踪监测，仅在必要时才进行修理。 以状态为基础的预防维修方式进行预防维修作业的间隔时间是不固定的，它是根据机器设备的 实际状况来确定的。设备状态监控技术的一项主要作用是提供有关机器设备现状的信息，以及 状态变化率的信息。这些信息对于以状态为基础的预防维修的实施来说是极其重要的。采用了 航空发动机视情调度优化方法及系统开发 6 以状态为基础的预防维修制度，故障预测中的统计因素可以清除，延长机器设备的寿命。由此 可见，状态监控为视情维修的实施提供了基本的保障，是视情维修的基础。图 2.1 列出了各阶段 典型策略的大致的优缺点。 图 2.1 典型的维修策略图 2.1.2 视情维修策略 从上一节已经了解了视情维修策略所处的地位，以及与其他维修策略的关系。严格地说， 视情维修策略是国人的翻译的名称，英文名是 ocmon condition maintenance，来自于“以 可靠性为中心的维修” （rcm）中的三种维修方式，因为该策略是根据设备的实际运行状态来安 排维修，所以也称为基于状态的维修 cbmcondition based maintenance。另外，也把预测性 维修 pmpredictive maintenance 看作是视情维修的进一步发展。关于视情维修的定义，有很 多种解释。这里，我们采用莫布雷在以可靠性为中心的维修24一书中对视情维修的描述， 即用状态评估来检查潜在故障(potential failures） ，以此采取措施预防功能性故障（functional failures） ，或者是避免功能性故障的后果。视情维修基于这样一个事实，即大量的故障的发生都 有一个发展的过程，不会瞬间发生，也就是说大部分故障在它们快要发生时都有一些预告信号， 这些预告信号称为潜在故障。如果采用新技术来检测这些信号（潜在故障） ，就可以发现故障过 程正在继续的现象，便可以采取措施，预防故障的发生或者避免故障后果。这就是视情维修， 南京航空航天大学硕士学位论文 7 基于的就是著名的 p- f 曲线。 图 2.2 p- f 曲线图 视情维修是通过状态把机器性能和维修决策活动联系了起来，这里的状态就是视情维修里 的“情” ，也就是 ocm 和 cbm 里的 condition。视情维修策略可以通过确定部件内在性能状态 （正常、故障等）与外部显示特征之间的关系，由外部特征量来安排所需要的维修活动。然而， 由于外部特征量不能完全反应部件的真实内在性能状态，加上性能状态变化本身的随机性、模 糊性，造成了决策依据信息的不完备性（imperfect） 、不确定性（uncertainty） ，这正是现在视情 维修策略的研究热点。 实施视情维修策略有如下的技术可行条件：能够确定一个明显的潜在故障；p- f 间隔比较稳 定；以小于 p- f 间隔的时间间隔来监测是切实可行的；最小 p- f 间隔必须足够长，以预防或者避 免功能故障后果。 视情维修策略的适用范围：有明显的延迟时间；高维修成本（即视情维修的经济性好） ；重 要部件或系统（即环境安全要求、功能性能要求） 。 目前应用视情维修策略的几个层面25： （1）故障诊断技术层面。就是从传统的状态监控和故障诊断的角度出发，先数据处理、特 征提取等等，然后进行状态评估，达到诊断的目的，并且在诊断的基础上增加了维修策略的优 化功能。这方面的研究已经相对比较成熟。 （2）技术架构系统层面。mimosa（machinery information management open system alliance）组织已经制订了一些关于 cbm 技术的标准，即 osa- cbm （open system architecture for condition based maintenance） ，搭建了一个视情维修策略应用的技术体系，这为视情维修的工业 化应用奠定了基础。 （3）视情维修决策理论层面。就是首先建立描述系统状态的模型，在状态模型的基础上建 立优化模型，并求解指定目标下的优化维修策略。这方面有很多研究，例如随机过程里的点过 程、马尔可夫模型等等。 视情维修技术的分类26： 航空发动机视情调度优化方法及系统开发 8 （1）监测设备的技术状态（称为状态监测技术） 。 （2）监测设备生产产品质量的变化，因为产品的缺陷常与设备本身的故障有直接的关系。 （3）监测设备主要的输出参数（如功率、压力、电流等） 。 （4）基于人的感观检查技术。人是多能的，通过看、听、摸、闻可以探测到种类繁多的故 障状态，而且经济效益高。其缺点是主观性较大，很难制订精确的探测标准，灵敏度也较低， 到可能探查出故障时，故障的劣化过程可能已经相当长了。 2.2 航空发动机状态监控技术 航空发动机状态监控（engine condition monitoring, ecm）是借助于成熟的监测技术对与发 动机工作状态紧密相关的各种监控参数实施监测并实时评估系统的健康状况，同时对各部件工 作状态的变化趋势做出有价值的判断（诊断已发生的故障或预报即将发生的故障） ，及时制订准 确合理的换发维修决策计划，以期达到保证飞行安全、降低维修成本的目的。通过 ecm 既可预 测潜在的故障，又可及时采取预防性维修措施来避免飞行事故的发生；另外，通过确定或预测 发动机性能衰退趋势而动态地调整发动机的维修决策，可以使得发动机不仅在成本控制范围内 保持最优的运行状态，而且能够及时修正早期检测到的异常状态变化，从而保证了发动机处于 较高的可靠性水平，增强了系统安全性、经济性和运行准时性。 发动机在实际运行过程中，因受工作载荷的反复作用或外来物的高强度冲击而最容易引起 热端核心部件（高压压气机、高压涡轮、燃烧室等）出现故障，从而导致整机性能的衰退，最 终通过表征发动机整机性能的可测状态参数的趋势变化反映出来。民航发动机视情维修策略正 是基于此机理提出来的。现代民用航空发动机的状态监控技术，一般包括以下几个方面27： （1） 飞行数据分析； （2）滑油分析； （3）无损探伤； （4）寿命件时间跟踪。详细的分类如图 2.3 所 示。 南京航空航天大学硕士学位论文 9 航空发动机监控 无损探伤 滑油分析 飞行数据分析 寿命件时间跟踪 气路可测参数分析 滑油系统参数分析 振动参数分析 滑油消耗率分析 磁堵分析 滑油磨粒分析 孔探检查 超声波检查 图 2.3 航空发动机监控图 航空状态监控技术能够帮助工程师进行日常的发动机的管理和监控，可以使工程师可以减 少一定量的工作量。在发动机工作过程中，对发动机的一些参数及系统助工作情况进行监控， 是保证发动机正常工作的重要手段之一。同时，它也为发动机的视情维护提供了必要的依据， 从而提高发动机的可维修性。使维护人员能及时根据监控情况，做出分析、判断，从而采取相 应的维护措施排除故障或潜在故障，保证发动机安全工作，延长发动机的整机寿命。 2.3 航空发动机备发量的确定 航空发动机的备发量直接决定着航空公司用于机队保障的费用，也直接影响着备件保障率， 在保证备件保障率的前提下，我们应该尽量减少备发量。确定合理的备发量，对于航空公司节 约成本有着重要的意义。 2.3.1 备发数量确定的重要性和影响因素 航空发动机是一种精密的、昂贵的有寿器件，为了满足周转、更换、维修等需要，必须对 其进行科学而有效的管理，制定合理的备发量，这对于保持机队良好的运营状态和飞行准备的 完好性具有重要的意义。发动机周转数量的预测和控制是备件采购和装机调整使用的重要依据。 航空发动机价格昂贵，如果采购的数量过多，会造成一些发动机的积压，既占用了大量购置费， 又需要支付额外的保管维护费28；而如果备发量过少，又会影响飞机的完好率和签派率，导致 飞机停场，从而造成航空公司实有运力下降、营业收入减少，甚至带来不良的社会影响。正确 掌握发动机的消耗规律，寻求最佳的备发平衡点，是航空公司机务工程部门的重要工作任务， 航空发动机视情调度优化方法及系统开发 10 也是制定机队调度计划的首要工作。 航空发动机的备发量一般由以下两个方面决定29： （1）航空发动机的可靠性、维修性和设计性能。主要包括平均故障间隔时间、平均故障间 隔飞行时间、提前换发率、返厂修理次数和修理周期，以及可更换单元的更换率、翻修次数、 规定寿命等。 （2）航空发动机的具体使用情况。具体包括飞机数量、航空发动机的装机次数、发动机年 平均飞行小时、发动机的调整使用梯次和意外损坏等情况。 航空发动机的备发量主要根据各飞机管理单位年度机上发动机使用剩余寿命及提前换发的 数量初步确定，飞机管理单位根据发动机的库存数量进行调整使用。由于缺少发动机周转的宏 观预测方法，发动机周转量在飞机使用期间变化很大，需要较大数量备份；而在换发高峰点， 又不能满足需要，出现发动机使用紧张和频繁调整使用的状况，影响飞机中、高强度飞行的连 续出动需要。这种经验化的决策手段经常引起的发动机短缺问题，需要用一套行之有效的科学 测算理论和控制方法来解决，用来指导与航空业务相关的订货调配工作。 2.3.2 航空发动机备发量确定方法 目前，航空发动机备发量确定方法有：基于计划，基于统计技术，发动机厂商提供三种方 法30,31。基于计划的方法只是针对定时维修而言，实际调度计划会受到很多客观因数的影响。所 以根据计划调度所得出的备发量往往不是最合理的。基于统计技术得出的备发量是根据历史数 据统计计算得到的，本文所做的调度计划是未来的，未来是不可知的，所以根据统计技术得到 的备发量的偏差也是不可预测的。目前，航空公司使用最为广泛的是 ge提供的备发量确定方法， 该方法是国外备发数确定工作的科学历史的总结，考虑了各种因数，是目前确定备发量用的比 较多的方法。限于篇幅，本文将只介绍 ge 的备发量确定方法，基于计划和统计技术的方法读者 可自行查阅相关资料。 基于 ge的备发量确定方法基于以下前提： （1）对有故障单元体的发动机维修后，可正常使用，主要包括： 使用正常单元体组装发动机，此时发动机正常； 维修故障单元体使之恢复正常； 维修故障零件使之恢复正常。 （2）工作期间，必须有足够的购买备件的资金。 （3）发动机故障发生符合泊松分布。 备发量预测的基本公式如下： .pianipias+= （2.1） ttcvspia.= （2.2） 其中：s 备件数； 南京航空航天大学硕士学位论文 11 a.i.p. 送修备件平均数； s.v. 年送修次数； c.t. 循环时间，从故障到非故障状态（送修时间） ，单位为日； t 年工作日数； i.n. 指数, 显示保障（护）水平。 指数 i.n.（index number）是综合考虑保障水平，用来指出当前（预测）需求量适于当前运 营和生产能力的一个指标，是没有变化的固定值。如：90% 保障水平表示 90% 的时间里满足运 营需求，10%的时间不满足需求。如表 2.1所示。 表 2.1 指数 in 与保障率水平对照表 index numberprotection level 0.8480% 1.1385% 1.2890% 1.7595% 2.1297% 3.50100% 对发动机来讲，通常可接受的保障水平是 95%- 97%，其中，不包括被分散区域里的备发， 当发动机接近发动机拆换点时，如果飞机还没有大修，就要求保障水平超过 95%- 97%；对单元 体和旋转件来讲，通常可接受的保障水平是 80% - 85%。 在不增加备用发动机的情况下，提高保障水平有如下方法：增加工作（维修）时间；使用 新的或修好的零件；使用新的或修好的单元体；提高送修工作效率；合理规划送修调度。 这些都减少循环时间（送修时间） ，而送修时间的减少又可导致 a.i.p 减少；在相同数量条 件下，a.i.p 减少会提高保障水平。 2.4 基于 egt 衰退率的航空发动机下发预测 航空发动机的拆换原因较为复杂，主要包括性能参数、滑油、振动、叶片裂纹、适航指令 (airworthiness dictate, ad)、服务通告(service bulletin, sb)、时寿件(life limited parts, llp)、外来 物损伤、租赁到期（只适用于租发）等，其中，振动、滑油、叶片裂