多源数据驱动下的航空装备状...定通用质量特性评估方法研究_李娇.pdf

39航空标准化与质量/2023-01Aeronautic Standardization&Quality Q&T Research and Quality Management 质量工程技术研究和质量管理多源数据驱动下的航空装备状态鉴定通用质量特性评估方法研究李娇 蒋觉义（中国航空综合技术研究所，北京 101400）摘要 在新的试验鉴定体系下，航空装备状态鉴定通用质量特性评估不应只停留在研制阶段的试验室试验验证，还应进一步开展性能鉴定试飞试验。航空装备状态鉴定过程中存在通用质量特性评估目标不明确、数据不完整和方法不完善等三大关键问题，严重限制了航空装备通用质量特性评估有效性。因此工程中迫切需要解决以上问题，重点围绕近实战环境下通用质量特性评估指标体系构建、数据收集内容与模板研究，以及状态鉴定多渠道数据融合的通用质量特性评估方法研究等，以便有效解决状态鉴定中通用质量评估无统一方法可依的现状。关键词 多源数据；航空；通用质量特性；状态鉴定；评估 中图分类号 V219 文献标识码 C 文章编号 1003-6660（2023）01-3944-06DOI 编码 10.13237/ki.asq.2023.01.09前言航空装备状态鉴定通用质量特性评估是型号研制的关键环节，是新研制及改型装备在当前以及未来一段时间内，能否对付各种威胁、满足军事需求的关键所在。国内外实践经验表明，通用质量特性是影响航空装备效能、作战适用性、作战能力、生存性以及寿命周期费用的重要因素，航空装备的通用质量特性水平一定程度上决定了装备战斗力水平的发挥程度，对战斗结果有极其重要影响。在新的试验鉴定体系下，装发机关完善了试验鉴定工作流程，要求各类装备在全寿命周期内，构成性能试验、作战试验和在役考核三个试验鉴定环路，相应完成状态鉴定、列装定型1。Q/XXXXXX X XXXX 军用航空装备研制生产与服务保障程序中明确规定航空装备性能鉴定试验考核装备性能达标程度，包括地面鉴定试验和鉴定试飞。因此不能只停留在研制阶段的试验室试验验证，还应进一步结合鉴定性能、鉴定试飞等近实战环境下的多源数据驱动下进行相关评估，给出状态鉴定相应结论。然而目前状态鉴定时面临评估指标差异性大、数据不充足、数据融合方法不完善等工程现状，且相关研究内容也较少。蔡忠义2给出了新机在作战试验阶段通用质量特性考核评估方法,然而状态鉴定阶段的通用质量特性评估与作战试验的数据来源与考核项目差距较大，参考意义不大；高雅娟3给出了基于模型的系统工程在通用质量特性评估试验中的相关研究，可用于试飞阶段通用质量特性评估验证流程设计和优化，然而并未涉及状态鉴定与地面试验的数据融合方法。1航空装备通用质量特性评估存在的问题从型号工作实际情况出发，调研分析，航空装备状态鉴定过程中关于通用质量特性评估工作，主要问题如下：1）近实战环境下通用质量特性评估目标不精准、不明确通用质量特性的评估目标各型号差异较大。即使相似度较高的机型，通用质量特性的参数也层次不齐，尤其是反映在综合能力的指标4。如体现机动能力的转场保障规模，用来描述飞机转场时需要的保障资源，然而很多机型并没有对该指标做要求。此外，需要充分考虑考核时机，如使用可用度主要针对运输机的平时考核参数，而40航空标准化与质量/2023-01Aeronautic Standardization&Quality质量工程技术研究和质量管理 Q&T Research and Quality Management出动架次率是针对作战飞机的战时考核参数。2）通用质量特性评估中数据收集不完整、不准确各试验组织单位的数据采集方案不同，数据采集模板、故障判据、数据统计原则不相同，部队编制体制和现行装备数据记录惯例也不尽相同5。导致数据的完整性和准确性存在不同程度的不确定。数据采集的完整性和准确性直接影响质量问题的统计结果。数据采集方式、采集时机、采集标准与统计原则也未统一，造成数据采集不完整、不准确等现象，直接影响航空装备通用质量特性评估结果的准确性。3）状态鉴定通用质量特性评估方法不完善、不统一型号中大部分的指标可依据 GJB 1909A 2009 的参数定义和数学模型，进行数据统计分析。然而，航空装备通用质量特性评估过程中，对样本量没有明确的规定，存在很多样本量不足的情况6。样本量不足会直接导致评估结果的波动性太大，影响评估结果的准确性与客观性。其次，针对高强度出动等综合能力指标的评估，数学模型评估方法并不适用。此外，在新的试验鉴定体系下，如何考虑多源数据融合开展综合评估没有统一的方法。2 状态鉴定通用质量特性参数体系优化状态鉴定通用质量特性评估的参数依据立项论证报告、研制总要求，以及试验鉴定总案中等文件规定的指标进行评估。然而依据第 1 章中分析的目前参数体系存在的问题，需要进行参数体系优化分析，可为立项论证报告、研制总要求，以及试验鉴定总案提供输入7，航空装备通用质量特性参数体系实现可论证、可设计、可考核。装发机关下发“关于印发装备通用质量特性要求模板（试行）”（以下简称 模板），是关于装备通用质量特性要求模板，然而部分指标缺乏航空装备特点，需要结合航空装备型号经验，补充模板中不能充分反映航空装备通用质量特性专用参数，如体现机动能力的转场保障规模，用来描述飞机转场时需要的保障资源8。其次，需要充分考虑考核时机，如使用可用度主要针对运输机的平时考核参数，而出动架次率是针对作战飞机的战时考核参数，需要从满足使用部队执行不同任务的使用保障需求出发，开展航空装备通用质量特性参数选择与考核时机研究。此外，也应充分考虑航空装备的工程习惯（如常用参数、行业公认的参数），注意区分合同参数和设计参数，通用质量特性参数务必可设计和可验证，进而构建近实战环境下航空装备通用质量特性的参数体系。3 通用质量特性数据收集与管理3.1 通用质量特性评估数据样本量要求根据 GJB 2072-1994 表 A1 试验方法汇总中，推荐平均修复时间、平均预防性维修时间及平均维修性时间的样本量均为不小于 30。性能鉴定试飞试验通常会存在样本量少、外场数据波动大等问题，处理时必须按不同情况和处理要求进行分类。经常会因样本量不足不能完成通用质量特性评估9，因此，在试验任务想定时应明确试验次数和试验的样本量，以保障外场评估的准确性和合理性。3.2 数据收集格式与模板的制定针对各类通用度量特性度量模型制定数据收集内容与模板要求，保证数据、模板全面性、协同性及兼容性。主要包括：各可靠性参数度量模型数据收集的内容、各可靠性度量模型中相关参数故障判据制定以及数据收集格式与模板的制定。针对各故障判据以及数据收集需求，制定数据收集格式与模板。3.3 故障判据、各特性数据统计原则根据航空装备型号中的经验，各特性统一的故障判据制定中，只有责任故障才能作为判定被试品合格与否的依据。型号中依据 GJB 899A-2009 对责任故障应进行进一步细化，形成较为通用的责任故障判据。经调研多个型号中对无人机、战斗机等航空装备的责任故障判据进行了初步梳理，形成的结果如下。故障判据：飞机或飞机上的系统、设备不能工作或部分功能丧失；飞机或飞机上的系统、设备性能降级（超41航空标准化与质量/2023-01Aeronautic Standardization&Quality Q&T Research and Quality Management 质量工程技术研究和质量管理出有关的技术条件或规范极限）；飞机或飞机上的系统、设备的机械、结构部件或元器件发生松动、破裂、断裂或损坏。故障分类：试验期间出现的所有故障应按 GJB 451A 2005 分为关联故障和非关联故障。关联故障应进一步分为责任故障和非责任故障，只有责任故障才是用于试验统计的故障。下列情况可判为非责任故障：误操作引起的故障；可证实是由于检查或维修人员引入的故障；超出系统、设备工作极限的环境条件和工作条件引起的系统、设备故障；修复过程中引入的故障；将有寿器件超期使用，使得该器件产生故障及其引发的从属故障。除可判定为非责任的故障外，其它所有故障均判定为责任故障，如：由于设计缺陷或制造工艺不良而造成的故障；由于元器件潜在缺陷致使元器件失效而造成的故障；软件引起的故障；间歇故障；如果在评估期间观察到的性能输出正在降低，但仍然在规定的范围内，允许进行技术规范正常维护范围内的原位调整，如果调整超出技术规范正常维护范围或需离位进行，则判断为责任故障；超出技术规范正常范围的调整；所有非从属性故障原因引起的出现故障征兆（未超出性能极限）而引起的更换；机内测试设备（BITE）故障，机内检测装置的任何故障（包括虚警）均计作责任故障；飞机中发现的而地勤人员无法证实的异常情况，均计作责任故障。故障统计原则：可证实是由于同一原因引起的间歇故障只计为一次故障；当可证实多种故障模式由同一原因引起时，整个事件计为一次故障；在一次工作中出现的同一部件或设备的间歇故障或多次虚警只认为一次故障；有多个元器件同时失效时，当不能证明是一个元器件失效引起了另一些失效时，每个元器件的失效计为一次独立的故障；若可证明是一个元器件的失效引起的另一些失效时，则所有元器件的失效合计为一次故障；已经报告过的由同一原因引起的故障，由于未能真正排除而再次出现时，应和原来报告过的故障合计为一次故障；多次发生在相同部位、相同性质、相同原因的故障，若经分析确认采取纠正措施经验证有效后将不再发生，则多次故障合计为一次 故障；在故障检测和修理期间，若发现飞机中还存在其它故障而不能确定为是由原有故障引起的，则应将其视为单独的责任故障进行统计；飞机或其部件计划的拆卸事件不计入故障次数；零部件的轻微缺陷，若不丧失规定功能，并且能够按照维修规程通过飞行前检查和飞行后检查或机械日检查予以原位修复（不引起拆卸）的事件，如松动、漂移、噪声、渗漏等，不计入故障次数。4多渠道数据融合通用质量特性评估方法4.1 通用质量特性评估总体思路调研分析国内外通用质量特性指标评估方法，初步归纳整理形成指标分类，初步分为两大类（见图 1）：第一类，基于 GJB 1909A-2009的参数定义和数学模型，进行数据统计分析，并明确样本量不满足要求的处理方法；第二类，针对高强度出动等综合参数，数学模型评估方法并不适用的，需采用仿真分析验证。4.2 通用质量特性数据预处理方法研究通用质量特性数据预处理流程初步要求如下：1）数据整理。数据记录人按时上交采集数据，并每日收集、整理参试单位考核评估数据。2）数据建档。收集到的视频、图片、文档等数据，按照指标体系分类，并录入数据库，建42航空标准化与质量/2023-01Aeronautic Standardization&Quality质量工程技术研究和质量管理 Q&T Research and Quality Management立数据类型、来源、时间、责任人等基本档案信息。3）数据校验。认真查验数据信息，确保数据来源真实、可用。并依据如下原则对获取的数据进行有效性校验，剔除无效数据，补充或修正缺失的重要数据。4）缺失值处理10：数据缺失是数据采集中最常见的数据问题，应根据缺失数据对评估计算的重要性以及缺失数据的数据量来选择适当的处理措施。5）逻辑错误处理：使用简单逻辑推理就可以直接发现问题的数据，对其进行修正或剔除，防止分析结果发生偏离。6）数据保管。评估数据要按照规定保管，防止遗失、损毁，严禁篡改，严格控制数据知悉范围。7）数据上报。按照要求,以规定的数据传递方式，定期每月将本阶段采集的数据发送给评估单位。4.3 基于统计分析的通用特性评估方法基于统计分析的通用质量特性评估主要包括两种方法：方法 1：基于分布假设检验方法进行评估，方法 2：基于 GJB 1909A-2009 的参数定义和数学模型，进行数据统计分析，详见图 2。（1）方法 1:基于定义及数学模型评估方法基于 GJB 1909A-2009 以及工程经验构建的通用质量特性参数体系中的参数定义和数学模型，以及采集的数据，进行数据统计分析，相当于分布假设检验方法的点估计，该方法不能用于区间估计，对于