面向全寿命周期技术状态管理的航空发动机AMRO支持系统EI北大核心CSCD

为解决面向全寿命周期的航空发动机技术状态数字化管理问题,分析了信息资源流通不畅、完整度低、重用效能不高的原因,将装配与维护、维修、大修结合起来,提出航空发动机装配/维护/维修/大修支持系统整体框架。根据全寿命周期技术状态数据的逻辑结构和业务活动管理的特点,分别建立了统一的技术状态数据模型和工作流Agent驱动的业务过程模型,研究了在线培训与支持、数据集成与同步等关键技术。开发了原型系统,验证了方案的有效性。     

流形模糊C均值方法及其在滚动轴承性能退化评估中的应用

滚动轴承全寿命周期性能退化监测是设备主动维修技术重要的组成部分,对损伤状态进行有效评估可以实现设备接近零停机运行,发挥机器的最大生产力。为有效描绘滚动轴承性能退化趋势,提出一种基于流形学习的模糊C均值(Fuzzy C-means algorithm,FCM)方法。首先提取监测信号的时域、频域特征及小波包时频域特征组成高维特征集,然后按确定的本征维数提取高维特征集的低维流形特征,进而建立基于局部线性嵌入流行学习(Locally linear embedding,LLE)的模糊C均值模型评估轴承当前运行状态。通过IMS滚动轴承全寿命试验,验证了该方法能够有效描绘滚动轴承性能退化阶段,为预知维修提供了重要信息。     

面向装备全寿命周期的测试性技术研究

介绍目前装备的设计模式,分析了面向全寿命周期的装备测试性关键使能技术,提出了构建面向全寿命周期的装备测试性模型的方法。     

发动机寿命周期内大修方案优化研究

制定合理的发动机大修工作范围是航空公司的一项重要任务,其不仅影响发动机性能和运行可靠性,而且还影响航空公司的运营成本。根据发动机维护管理手册中给出的维修建议,考虑以往返厂所做的维修级别,制定了单元体维修等级优化规则,优化了发动机大修方案,并根据制定的维修工作范围建立了发动机寿命周期内的返厂维修成本优化模型。利用粒子群算法对模型进行了优化求解,在保障可靠性的前提下,获得了大修成本较低的发动机寿命周期内返厂规划和大修方案。该方法可为航空公司规划发动机寿命周期内大修和大修工作范围的制定提供参考。     

面向健康保障的制造系统预测性维修决策模型

为实现制造系统稳定完成生产任务并输出高质量产品的目标,提出一种面向健康保障的制造系统预测性维修决策方法。针对制造系统的动态构成,从任务执行状态、设备性能状态以及产品质量状态3方面综合描述了其运行过程;建立了一种综合考虑设备性能多态性与任务要求多变性的时序动态任务可靠性预测模型,并提出了质量偏差指标量化方法以实现产品质量的矢量表达;以任务可靠性为决策变量,引入输出产品质量控制,以任务周期生产总费用最小为目标进行了维修策略优化。以某发动机缸盖制造系统为例开展了方法验证,结果表明,应用该决策方法比传统预测性维修与等周期预防性维修分别节约了18.41%和23.67%的生产费用。     

民用航空发动机维修计划启发式算法

为制定合理的航空发动机维修计划,在分析送修时间和备发选择的影响因素的基础上,建立了航空发动机维修计划多目标组合优化模型.为描述备发对发位的适合程度,提出了备发软约束适合度的概念和计算方法.考虑到模型的复杂性,提出了一种基于逐步构解策略的启发式算法进行模型的求解,并对算法的时间复杂度进行了分析.在此基础上,提出了航空发动机维修计划方案集的构造方法和选择方法.采用某航空公司的实际数据对所提算法进行了验证,并开发了一个原型系统,结果表明了该算法的有效性.     

航空发动机单元体送修等级决策方法研究

为对发动机单元体送修等级提供决策支持,在对状态参数与单元体送修等级间的模糊关系进行特征提取的基础上,从性能衰退角度提出通过状态参数组合变化确定单元体送修等级的决策方法。针对现有的数据规则有限的问题,建立模糊综合评价模型,采用BP神经网络训练各参数对不同送修等级的隶属函数,采用熵权法衡量状态参数在单元体送修等级确定中的权重。最后以高压涡轮单元体送修的仿真结果证明了该决策方法的有效性,能够为更多状态参数组合提供一种便捷高效确定送修等级的方法。     

基于Gamma退化过程的剩余寿命预测及维修决策优化模型研究北大核心

通过研究产品故障发生的机理,建立了基于Gamma退化过程的状态空间模型,运用EM-PF参数估计方法对模型中的参数进行求解,确定模型的具体形式,进而得出产品剩余寿命的分布函数和概率密度函数。该剩余寿命预测方法将退化状态与故障阈值联系起来,从而降低了剩余寿命预测的误差,以轴承磨损量特征进行建模,完善了状态信息与剩余寿命之间的相互关系。利用剩余寿命的概率密度函数建立了以费用最小为目标的维修决策模型,确定最优的维修更换时间并实现维修决策的优化。最后用轴承寿命试验所得到的数据对模型进行了验证,实例结果证明该模型是可行有效的。     

基于视情维修的联合优化策略研究

对于退化型失效的数控机床关键功能部件,其可靠性数据具有小样本的特点。融合相似型号数控设备中部件的故障数据,构建同类部件的寿命分布函数;针对某一具体部件进行定期的状态监测,并进行剩余有效寿命预测。联合视情维修与计划性维修,构建基于维修费用最小的维修优化模型。最后,基于蒙特卡洛方法进行维修费用与维修周期的优化求解。实验采用某电主轴/刀柄结合面进行了验证,实验表明此方法能为维修费用预算及确定维修周期提供技术支持。     

面向场景的航空发动机基于模型的系统工程设计

在分析当前主流基于模型系统工程(MBSE)设计方法的基础上,针对商用航空发动机研制的复杂性及其系统设计中需求分析与物理模型交互难的问题,提出一种面向航空发动机全生命周期运行场景的MBSE设计方法.结合商用航空发动机设计研发特点,构建了一套面向全生命周期运行场景的MBSE设计流程,基于发动机全生命周期运营阶段、内外部环境、状态模式3个维度组合的场景全面捕获系统需求;基于可扩展标记语言的数据交换格式,对SysML模型和Modelica模型转换技术进行研究,实现了从需求模型到物理性能模型的转换,从而支撑基于同一架构开展系统功能和性能设计,进而建立面向商用航空发动机运行场景的一体化多学科仿真环境,实现对商用航空发动机研制需求的闭环验证.以某型号大涵道比涡扇航空发动机的地面起动场景为例,验证了所提方法和技术的可行性与有效性.     

全寿命周期发动机大修成本优化研究

当前情况下,伴随着我国经济社会的不断发展,许多发动机在实际维修以及后续检修过程中,经常会出现许多技术操作问题以及设备故障问题,为了进一步提升发动机全寿命周期检测工作,以及后续设备维护工作的实际效率,必须要认真研究全寿命周期发动机大修的具体成本数额,以及相关的成本构成。因此,笔者将在文章以下内容中,结合发动机大修的具体成本构成,认真分析发动机全寿命周期维修与维护的具体方法。     

基于可靠性等劣化理论的设备寿命周期预估

为了建立以可靠性为中心维修思想下的机械设备维修体制,在已有可靠性性能劣化模型的基础上,分析了大修周期与可靠性的关系,结合产品使用性能要求,提出一种新的可靠性阶段划分的方法,以科学确定机器的大修周期和报废指标,预估设备功能故障状态出现时间,进行机械设备寿命预测。并在此基础上改进RCM分析技术,用来评价故障结果,应用逻辑决断图选择预防性维修工作类型,最后形成更为有效的预防性维修大纲。与传统的寿命预测方法相比,这种方法对实验数据的依赖性低于传统方法。     

面向航空发动机全寿命周期管理的航线数据处理系统

为采集、管理、处理并预测在翼航空发动机的性能参数,进而为航空发动机性能仿真和维修策略的制定提供支持,开发了航线数据处理系统,它是航空发动机全寿命周期管理系统的重要组成部分。该系统由航线信息管理、机队性能预测、自动报警和评估报告生成等4个功能模块构成。提出了基于多阶次多项式回归理论的机队性能趋势预示算法和基于改进层次分析法的发动机综合评估报警模型。中航集团国际航空公司的实际应用结果表明了上述模型和系统的正确性。     

寿命型设备的预防维修策略研究

为解决寿命型设备在基于可靠度的预防维修下的经济维修策略问题,提出一种基于可靠度和经济性求解维修周期和维修时间策略的方法.基于可靠性理论,用维修度(维修时间的函数)近似描述维修降低的不可靠度比例,以可靠度和维修度服从指数分布为例,引入失效率递增因子和维修率递减因子,建立了设备可靠度与维修周期、维修时间的函数方程.基于该方程,以设备使用寿命内总收益为决策目标.建立了寿命型设备的预防维修周期和维修时间的策略模型.经优化计算得到不同参数下的预防维修策略.结果表明,寿命型设备的预防维修周期和维修时间呈先增长后缩短的趋势,且维修成本越高,维修次数和时间均越少.     

结合小波包奇异谱熵和SVDD的滚动轴承性能退化评估

针对设备的视情维修,提出一种将小波包奇异谱熵和支持向量数据描述(SVDD)相结合的滚动轴承性能退化评估方法。先提取轴承全寿命周期内振动信号的小波包奇异谱熵作为轴承状态的特征矢量,然后以轴承正常状态下的特征矢量训练SVDD,得到正常状态下的基准超球体,再计算轴承全寿命周期内的特征矢量与基准超球体之间的相对距离,作为性能退化过程的定量评估指标,并对失效阈值和早期故障阈值进行设定。结果表明,与基于小波包和SVDD的性能退化评估方法相比,该方法的早期故障检测能力更强,对轴承性能退化各个阶段的描述更加准确。最后,利用基于EMD的Hilbert包络解调方法对评估结果的正确性进行了验证。     

基于可靠性的设备全寿命周期维修时刻决策建模研究

基于可靠性理论,研究了设备维修决策量化分析方法。阐述了预知性维修时刻对其设备安全性和经济性的影响,然后运用可靠性理论建立了以设备全寿命周期内单位时间维修费用支出最小为原则的最佳维修时刻优化模型。通过实例验证了该模型的正确性和实用性,可有效适用于设备最佳维修时刻的确定。     

基于性能退化预测的数控机床预防维修方法

为解决数控机床传统维修方法存在的"欠维护"或"过维护"弊端,提出了一种基于系统性能退化预测的预防维修方法,利用统计过程控制技术分析产品质量数据,实现机床工作状态的预测。建立了关键零部件的Wiener退化模型来预测寿命分布,从而可结合剩余寿命和收益确定最优预防维修策略。以某汽车活塞生产线上的数控机床异常数据为例,验证了所提方法的有效性。     

基于竞争失效的航空发动机剩余寿命预测

航空发动机作为典型的复杂机电系统,具有失效模式多样性的特点。多失效模式相互作用,实质上是竞争失效的关系,导致航空发动机剩余寿命预测的复杂性。针对航空发动机失效模式及失效规律特点,提出基于竞争失效的航空发动机剩余寿命预测方法,解决航空发动机健康管理的核心和关键问题。分析航空发动机两类失效模式——性能退化失效和突发失效的作用机制及相关性,构建基于竞争失效的航空发动机剩余寿命预测体系。结合航空发动机不同失效模式及数据特点,分别针对性能退化失效和突发失效建立剩余寿命预测模型。利用贝叶斯线性模型融合状态监测信息,建立航空发动机性能退化轨迹模型,实现针对不同性能退化情况下的航空发动机剩余寿命预测。以分析性能退化规律为基础,利用航空发动机故障信息,建立混合Weibull可靠性模型,量化性能退化失效对突发失效的影响,实现航空发动机突发失效剩余寿命预测。通过算例,验证提出方法的有效性。结果表明,考虑竞争失效的多模型剩余寿命预测技术能客观、准确描述航空发动机寿命变化规律。     

面向轨道交通车辆维修过程管理的MRO支撑系统

面向上海轨道交通网络化的规模运营,以保障车辆运行安全、降低车辆装备故障率、提高维修效率和降低维修成本为目标,在深入研究车辆维修管理各项关键技术的基础上,提出了基于维修BOM演化的车辆全寿命状态跟踪机制;针对维修管理精度和维修能力的持续动态调整,建立了面向多车型的柔性可配置的维修工艺规程管理机制;以保障维修质量为目标,研发了维修作业过程管控系统,实现了车辆维修过程"人、机、料、法、环"的闭环控制。研发形成的轨道交通车辆维修过程管理MRO支撑系统,在上海申通地铁五号线进行了示范应用,取得了较好的效果。     

基于成本的民用航空发动机维修方案优化研究

利用航空发动机部件的故障数据,对部件可能服从的6种寿命分布的参数进行估计,并采用分布检验确定部件的实际寿命分布。再根据部件的特性、重要程度等确定应采用的维修策略,在此基础上,建立以维修成本率最小化为目标的优化模型,确定部件的最优维修间隔,从而达到对航空发动机维修方案的优化目的。最后通过算例分析,表明了本方法的合理性和经济性,具有较大的应用价值。