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基于飞机状态的备件动态规划技术

康子旭 周栋 李会欣 郭子玥 陈承璋 宋子骋

康子旭,周栋,李会欣,等. 基于飞机状态的备件动态规划技术[J]. 北京航空航天大学学报,2024,50(1):276-285 doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0177
引用本文: 康子旭,周栋,李会欣,等. 基于飞机状态的备件动态规划技术[J]. 北京航空航天大学学报,2024,50(1):276-285 doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0177
KANG Z X,ZHOU D,LI H X,et al. Dynamic planning technology of civil spare parts based on aircraft state[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics,2024,50(1):276-285 (in Chinese) doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0177
Citation: KANG Z X,ZHOU D,LI H X,et al. Dynamic planning technology of civil spare parts based on aircraft state[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics,2024,50(1):276-285 (in Chinese) doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0177

基于飞机状态的备件动态规划技术

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0177
详细信息
    通讯作者:

    E-mail:zy2114112@buaa.edu.cn

  • 中图分类号: V37;V352

Dynamic planning technology of civil spare parts based on aircraft state

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  • 摘要:

    伴随民航业的竞争日趋激烈,航空公司迫切需要控制成本以提升效益。民机备件既是直接影响飞行安全的关键因素,备件成本又在航空公司可控成本中占比最高。因此,在保证飞行安全的前提下做好备件规划,对航空公司有至关重要的意义。根据民机备件的安全级别、故障修复时限等对备件分级设置保障率水平,采用符合备件故障特性的马尔可夫生灭过程,建立满足给定保障率水平的备件量计算模型,并在此基础上建立以保障成本最低为目标函数,满足保障率水平为约束函数的备件量动态规划模型。基于飞机状态分析历史故障数据、季节性、日利用率、机队规模对备件保障的影响,在所建模型中将故障率季节性差异、日利用率和飞机停场损失淡旺季差异进行评估以减小计算结果与实际需求的偏差。以H航空公司ERJ-190机型显示组件为例,对所建模型进行应用验证,计算结果与H航空公司运营实际相吻合,证明所建模型可为航空公司备件规划提供技术方法支持。

     

  • 图 1  备件故障月份分布

    Figure 1.  Month distribution of spare parts failure

    图 2  备件故障季节分布

    Figure 2.  Seasonal distribution of spare parts failures

    图 3  马尔可夫生灭过程系统状态转移图

    Figure 3.  State transfer diagram of Markovian birth-death process system

    图 4  基于马尔可夫生灭过程备件量计算流程

    Figure 4.  Flow for calculating the amount of spare parts based on Markovian birth and death process

    图 5  备件总保障成本计算流程

    Figure 5.  Flow for calculating the total guaranteed cost of spare parts

    表  1  季节性故障高发备件列表

    Table  1.   Spare parts list with high incidence of seasonal failures

    B-737NG
    春夏季
    ERJ-190
    春夏季
    B-737NG
    秋冬季
    ERJ-190
    秋冬季
    空气循环机 空气循环机 前缘缝翼作动筒 结冰探测器
    压力调节关断活门 热交换器 发动机热防冰活门 等待提示的反馈
    热交换器 总温探头 燃油泵 低限活门
    温度控制活门 高压级活门 安定面配平马达 扭矩马达
    雨刷马达 风扇活门 冲压门作动器 燃油管理组件
    风挡组件 压力调节
    关断活门
    燃油增压泵 结冰探测器
    总温探头 显示组件 起动活门 辅助动力装置
    发电机
    气象雷达收发机 自动刹车电门 液压机械组件 发动机防冰活门
    惯性导航仪 数据管理系统 风挡加温
    控制面板
    发动机驱动泵
    空中防撞系统
    计算机
    前电子舱风扇 发动机驱动泵 应急停留刹车活门
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    表  2  备件保障率设置

    Table  2.   Spare parts guarantee rate setting

    备件类型$\alpha $
    NO GO件0.97
    GO IF件,修复时限A0.95
    GO IF件,修复时限B0.93
    GO IF件,修复时限C0.92
    GO IF件,修复时限D0.90
    GO件,与客舱服务相关0.88
    GO件,与客舱服务无关0.85
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    表  3  显示组件历史故障数据

    Table  3.   Display of component history failure data

    故障日期 ${t_{{\text{TSR}}}}$/${h_{{{\mathrm{FH}}} }}$ ${T_{{\text{RTAT}}}}$/d 修理后入库日期
    2018/9/11 273.58 47 2018/10/28
    2018/7/2 14126.06 43 2018/8/14
    2018/5/26 7462.16 53 2018/7/18
    2018/5/2 10515.37 41 2018/6/12
    2018/4/2 3392.15 39 2018/5/11
    2018/3/22 3424.39 54 2018/5/15
    2017/9/18 16227.26 41 2017/10/29
    2017/5/19 13358.58 88 2017/8/15
    2016/12/20 3668.06 41 2017/1/30
    2016/12/5 14256.33 40 2017/1/14
    2016/9/17 10188.50 39 2016/10/26
    2016/9/9 351.26 50 2016/10/29
    2016/8/27 46.20 23 2016/9/19
    2016/8/21 3104.11 33 2016/9/23
    2016/7/25 7537.74 44 2016/9/7
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    表  4  显示组件不同备件量对应保障率

    Table  4.   Guarantee rates for different spare parts quantities for display components

    $k$ $\alpha $
    0 0.1815
    1 0.4855
    2 0.7473
    3 0.9000
    4 0.9672
    5 0.9908
    6 0.9978
    7 0.9995
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    表  5  显示组件不同备件量对应总保障成本

    Table  5.   Total cost of guarantee for different spare parts for display components

    $k$ CT/$ \$
    0 138 330
    1 194 070
    2 307 000
    3 442 100
    4 585 000
    5 730 200
    6 876 000
    7 1 022 000
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    表  6  未考虑旺季对日利用率影响的不同备件量保障率

    Table  6.   Different spare parts volume guarantee rates without considering impact of peak season on daily utilization rates

    k α
    0 0.2104
    1 0.5331
    2 0.7872
    3 0.9224
    4 0.9766
    5 0.9940
    6 0.9987
    7 0.9997
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    表  7  未考虑季节性差异的不同备件量对应保障率

    Table  7.   Guarantee rates corresponding to different spare parts volumes without taking into account seasonal differences

    k α
    0 0.1922
    1 0.5037
    2 0.7630
    3 0.9091
    4 0.9711
    5 0.9922
    6 0.9982
    7 0.9996
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-03-22
  • 录用日期:  2022-05-06
  • 网络出版日期:  2022-05-27
  • 整期出版日期:  2024-01-31

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