數(shù)據(jù)挖掘在民用飛機客艙設(shè)施維護(hù)中的應(yīng)用

■ 錢藝斌 王振志 黃鵬偉 柳偉民 陳垂?fàn)N/廈門航空有限公司

0 引言

民用飛機客艙設(shè)施維修既牢系安全，又與服務(wù)品質(zhì)緊密相關(guān)。除了滿足適航性要求外，客艙設(shè)施的品質(zhì)直接影響旅客乘機體驗。如何在成本投入和旅客滿意度之間取得平衡，是客艙維修工作的難點。民用客機客艙設(shè)施的維修方案與航空公司的市場定位高度相關(guān)，特別是一些大型航空公司，機隊客艙設(shè)施構(gòu)型豐富，機齡跨度大，客艙設(shè)施的狀態(tài)將直接影響服務(wù)品質(zhì)。

隨著經(jīng)營規(guī)模不斷擴(kuò)張，國內(nèi)某航空公司的機隊規(guī)模已經(jīng)突破200 架次，雖然仍保持大部分波音系列飛機，但新飛機必然擁有全新構(gòu)型的客艙設(shè)施。以客艙座椅為例，構(gòu)型已達(dá)13 種，這13種構(gòu)型中，同一構(gòu)型的座椅可能僅裝在同一型號的飛機上，也可能裝在不同型號的飛機上。

隨著飛機數(shù)量及航班數(shù)量的增多，與客艙設(shè)施相關(guān)的維護(hù)記錄數(shù)據(jù)量急劇膨脹，且更加復(fù)雜化，內(nèi)容形式呈多樣化，形成了龐大的客艙設(shè)施維護(hù)數(shù)據(jù)庫資源。

民用飛機制造商提供的維修方案并不涉及客艙設(shè)施，因為這部分內(nèi)容與航空公司的市場定位高度相關(guān)。當(dāng)前，客艙設(shè)施涉及的各級別維護(hù)工作主要依靠經(jīng)驗總結(jié)，缺少較為系統(tǒng)、準(zhǔn)確的客觀數(shù)據(jù)支持，導(dǎo)致實際維護(hù)過程中精準(zhǔn)度不足，存在盲目性。

因此，研究算法模型，對已有的客艙設(shè)施維護(hù)數(shù)據(jù)庫資源進(jìn)行整合挖掘，結(jié)合日常維護(hù)中積累的經(jīng)驗，通過研究客艙設(shè)施品質(zhì)模型，建立一套直觀可量化的狀態(tài)模型。后續(xù)可通過可量化的狀態(tài)數(shù)據(jù)，為客艙設(shè)施維修方案的調(diào)整、重要保障、成本控制等提供客觀依據(jù)，為開展精準(zhǔn)維修、提升客艙設(shè)施品質(zhì)提供數(shù)據(jù)支撐，同時也能提高維修效率，降低維護(hù)成本，合理利用人力。

1 解決方案

1.1 計算影響客艙設(shè)施品質(zhì)各級項目的權(quán)重

以單機為例，結(jié)合日常維護(hù)過程中積累的經(jīng)驗，篩選出對客艙設(shè)施品質(zhì)影響較大的項目，將這些項目設(shè)置成多級指標(biāo)（一級指標(biāo)為最終輸出的整機客艙品質(zhì)分值）。

對比各級指標(biāo)兩兩間對客艙品質(zhì)影響的重要性，通過層次分析法（AHP）計算出各級指標(biāo)對客艙品質(zhì)影響的權(quán)重，計算結(jié)果如圖1 所示。

從圖1 可以看出計算所得各級指標(biāo)的權(quán)重，使項目對客艙品質(zhì)的影響得到了進(jìn)一步的量化。權(quán)重所占比例的大小，代表著其對客艙設(shè)施品質(zhì)影響的多少。所列各級指標(biāo)中的項目相關(guān)維修記錄數(shù)據(jù)因此而變得有意義。

圖1 影響客艙設(shè)施品質(zhì)的各級指標(biāo)及其權(quán)重

最終一級指標(biāo)客艙品質(zhì)分值的高低，能直觀、快速地反映出機隊的客艙設(shè)施狀態(tài)，可以為開展客艙設(shè)施預(yù)防性維護(hù)工作提供數(shù)據(jù)支撐，挖掘出數(shù)據(jù)的部分價值。但要真正將客艙品質(zhì)量化，還需對數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步處理。

1.2 四級指標(biāo)的狀態(tài)量化模型

主要考慮客艙中有一定壽命周期且需定期更換的重要部件，如座椅坐墊、背墊、客艙內(nèi)飾墻紙等，根據(jù)歷史維護(hù)數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)學(xué)建模驗證。

四級指標(biāo)所涉及部件分為舒適性部件和功能性部件。對所述舒適性部件建立衰減函數(shù)模型，對所述功能性部件建立可靠度函數(shù)模型。兩者雖然是通過不同的數(shù)學(xué)原理計算所得，但都能較為客觀地量化部件狀態(tài)。

1）舒適性部件

隨著使用時間的增加，舒適性部件的各項屬性均會出現(xiàn)不同程度的下滑，從而影響部件的舒適性，因此，選擇建立衰減模型，根據(jù)壽命周期規(guī)律闡述舒適性的變化情況。

舒適性部件的衰減模型采用Z 型函數(shù)，有：

式中，k、a、b為需要求解的參數(shù)值；c為舒適性部件衰減到最后的最低分值，即給定的結(jié)束值；t為飛行小時。

對部分衰減模型進(jìn)行示例，經(jīng)濟(jì)艙座墊的具體衰減模型如圖2 所示，其中，k=0.8；a=0.000438533；b=-7.345；c=0.2。

圖2 經(jīng)濟(jì)艙坐墊衰減模型（無單位）

2）功能性部件

在規(guī)定時間（設(shè)計壽命）內(nèi)，規(guī)定條件（如溫度、負(fù)載、電壓等）下，產(chǎn)品正常運轉(zhuǎn)或服務(wù)正常的概率稱為功能性部件的可靠度?？煽慷仁怯脕砗饬抗δ苄圆考谝?guī)定壽命完成規(guī)定功能的能力，可采用正態(tài)分布、兩參威布爾分布、三參威布爾分布、伽馬分布及廣義伽馬分布函數(shù)模型分別計算，取值最大的函數(shù)模型，計算獲得該部件的初始自然衰退分值。

以經(jīng)濟(jì)艙作動筒為例，采用正態(tài)分布衰減模型：

圖3 經(jīng)濟(jì)艙作動筒衰減模型

1.3 例行維護(hù)工作對四級指標(biāo)的影響

飛機進(jìn)行C 檢、A 檢、航線日常例行維護(hù)工作后，飛機的客艙設(shè)施品質(zhì)必然得到提升。因此，考慮將這部分提升轉(zhuǎn)變成可量化的分值，融入到客艙設(shè)施品質(zhì)評分體系中。

對所有涉及客艙設(shè)施品質(zhì)的工卡數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、統(tǒng)計、分類，根據(jù)工卡執(zhí)行的程度，結(jié)合維護(hù)經(jīng)驗，分析各類維護(hù)工卡對四級指標(biāo)品質(zhì)的影響，計算執(zhí)行例行工卡對各待評價部件分值的影響，獲得各待評價部件的自然衰退分值。

判斷提升后的分值是否超過1，如果超過1，則第k份例行工卡執(zhí)行后分值提升的自然衰減函數(shù)為：

初識老胡，是在一次圖書采訪研討會期間。會上，他沉默寡語，一如他平日做派，敏事慎言，以“行”代“言”，稍微點頭便是算對發(fā)言者的首肯了。會下，他同我交流地方志采訪事宜，我便聊起上海圖書館方志收藏數(shù)量、特點及開發(fā)現(xiàn)狀。未及說完，他悠悠一句：何日有暇，請來敝館看看我們收藏的戲劇方志，那可是上圖不及的?。‰m令我語塞，但爾后幾番打聽，得知老胡任職的上海戲劇學(xué)院圖書館在其獨到眼力和勤勉采集之下，專題類方志文獻(xiàn)量大質(zhì)高，特色獨具，并且關(guān)于戲劇類專業(yè)資料獨霸滬上，傲視群雄，便不由得對老胡有格外起敬之意。

式中，t為部件的使用時間。

如果沒有超過1，則第k份例行工卡執(zhí)行后分值提升的自然衰減函數(shù)為：

循環(huán)上述兩步，最終迭代得到第n份例行工卡執(zhí)行后分值提升的自然衰退函數(shù)fn（t）。需要注意的是，f0=f。

進(jìn)行歸一化處理，設(shè)部件分值滿分為100 分，則自出廠T時刻起該部件的分值為：

1.4 非計劃維修對客艙設(shè)施各級部件的影響

非計劃維修是指對多發(fā)型/重復(fù)性故障的維修，對這部分?jǐn)?shù)據(jù)采取觸發(fā)機制。在一定周期內(nèi)，同一部件單機故障率或機隊故障率達(dá)到預(yù)設(shè)值時，該故障為多發(fā)故障。預(yù)設(shè)值可根據(jù)航空公司的定位進(jìn)行設(shè)置。

式中，P為部件分值的平均值；F為對應(yīng)時刻的分值。多發(fā)性故障對某類部件分值的影響：假設(shè)多發(fā)性故障的確認(rèn)時間為T1、排除時間為T2，則該類部件的綜合分值為 。其中，a為根據(jù)多發(fā)性的嚴(yán)重程度人為設(shè)定的給定值，范圍為[0，1]。當(dāng)故障率超過預(yù)設(shè)值時，在客艙設(shè)施品質(zhì)評分上進(jìn)行一定扣減。故障率越高，相應(yīng)的扣減分值越大。

1.5 單機客艙設(shè)施品質(zhì)可量化分值方案

根據(jù)上述對各級指標(biāo)的分類定義，采用數(shù)學(xué)模型，結(jié)合維護(hù)經(jīng)驗統(tǒng)計，分析出各級指標(biāo)對客艙設(shè)施品質(zhì)的可量化計算方式，最終擬合成單機客艙設(shè)施品質(zhì)分值。

根據(jù)加權(quán)平均的方法，求出對應(yīng)上層第k-1 級的分值：

式中，k為層級；n為各層級項數(shù)；為各項分值； 為對應(yīng)各項權(quán)重。

2 實際應(yīng)用

2.1 客艙設(shè)施品質(zhì)狀態(tài)模型

通過上述解決方案，建立飛機單機客艙設(shè)施品質(zhì)評價模型，結(jié)合歷史維護(hù)數(shù)據(jù)，以某航3 架波音737NG 飛機的客艙設(shè)施狀態(tài)進(jìn)行品質(zhì)模型創(chuàng)建，如圖4 ～圖6 所示，圖中的縱坐標(biāo)為客艙設(shè)施品質(zhì)分值；橫坐標(biāo)為飛機飛行小時；與縱坐標(biāo)平行的豎線為各級別C 檢的飛行小時；曲線為客艙設(shè)施品質(zhì)衰減模型。

圖4 某航B-5151飛機客艙設(shè)施品質(zhì)模型

圖5 某航B-5535飛機客艙設(shè)施品質(zhì)模型

圖6 某航B-5601飛機客艙設(shè)施品質(zhì)模型

從圖4 ～圖6 中可以看出：

1）3 架飛機在同一時間點的客艙設(shè)施品質(zhì)分值存在差異，分值的高低直接體現(xiàn)當(dāng)前飛機客艙設(shè)施品質(zhì)的狀態(tài)。可以為航空公司重要航班選擇提供客觀數(shù)據(jù)支撐。

2）B-5535 在執(zhí)飛13373FH 后執(zhí)行C2 檢，該C2 檢對于該機客艙品質(zhì)的提升比另外兩架飛機大。經(jīng)過核查，發(fā)現(xiàn)B-5535 的C2 檢維護(hù)深度更深，更換部件較多，因此整體分值略高于另兩架飛機。

3）B-5601 在 執(zhí) 飛21824FH 后 執(zhí)行C3 檢，C3 檢后該機的客艙設(shè)施品質(zhì)分值提升較大。核查維修數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在C3 檢期間，除了維護(hù)加強外，還翻新了部分行李架墻紙，使該機客艙設(shè)施品質(zhì)分值提升明顯。

4）B-5535 執(zhí)行C4 檢后，整機客艙設(shè)施品質(zhì)分值提升幅度較小。核查數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，根據(jù)該航客艙MP（維修計劃），該飛機經(jīng)濟(jì)艙扶手膠皮本應(yīng)在C4 檢進(jìn)行整機翻新，但實際上并未執(zhí)行。該工作推遲到33859FH 才完成。

2.2 實行精益化維修

根據(jù)行業(yè)形勢及公司發(fā)展需要，實時優(yōu)化維修方案，控制維修成本。如座椅墊翻新間隔優(yōu)化，通過模型算法提供的客觀數(shù)據(jù)，根據(jù)公司發(fā)展定位等信息，對所有座椅墊進(jìn)行優(yōu)化：在其服役期間整體翻新一次。預(yù)計，僅座椅墊翻新成本就可節(jié)約10 萬元/架。

2.3 合理進(jìn)行國產(chǎn)替代件開發(fā)

根據(jù)客艙設(shè)施品質(zhì)模型曲線，篩選出部分更換頻率高、單價高的進(jìn)口航材，通過論證其國產(chǎn)替代件的開發(fā)價值，評估開發(fā)國產(chǎn)替代件的可行性。采用國產(chǎn)替代件取代進(jìn)口配件，降低維護(hù)成本。

2.4 改進(jìn)維護(hù)技能，提升維護(hù)效果

根據(jù)客艙設(shè)施品質(zhì)模型曲線，可找出各級別維護(hù)出廠后飛機客艙設(shè)施品質(zhì)曲線中的突變點（曲線異常上升或下降），及時掌握造成曲線突變的原因，后續(xù)及時改進(jìn)維護(hù)方式，提升出廠質(zhì)量。

3 總結(jié)

隨著民用航空業(yè)的快速發(fā)展，人們生活品質(zhì)不斷提升，對客艙設(shè)施品質(zhì)提出了更高的要求。無論是客艙設(shè)施整體環(huán)境的提升，還是設(shè)備故障率的降低，維修大數(shù)據(jù)在其中都起到了至關(guān)重要的作用。以往憑借經(jīng)驗和直覺的工作方式將慢慢轉(zhuǎn)化為以數(shù)據(jù)模型分析為主的工作方式。只有不斷對客觀數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘，及時準(zhǔn)確地掌握算法模型，才能迅速建立響應(yīng)機制，形成具有針對性的維修方案，提升維護(hù)質(zhì)量，降低維修成本。