基于OPUS的民机初始备件方案优化
王乃超，肖波平 （北京航空航天大学工程系统工程系，100083）
OPTIMAL OF INITIAL SPARES IN CIVIAL AVIATION WANG Nai-chao, XIAO Bo-ping
(Dept. of System Engineering, Beijing University of Aeronautics and Astronautics, Beijing 100083, China)
摘要：如何在最少的费用支出下合理配置备件方案以提高飞机的出勤率，获取更大的经济效益是航空公司需要迫切解决的难题。本文针对这个问题，使用商业化的备件优化软件对某民机的初始备件方案进行了优化，分析比较了原有方案和优化方案的异同，并从优化思想上指出了原有方案的不足。
关键词：优化 效能 可用度 备件 保障方案
Abstract: It’s a difficult problem for Airline Company on how to increase the airplane’s utilization by use of mini-mum spare cost. To solve this problem, commercial software is recommended and it is used to optimize an airliner‘s initial spares support project. Comparison is made between the old project and the new one and shortages of optimal principle using by the old ones is also been illustrated.
Key words: optimal effectiveness availability spares support concept
在保证飞行安全的前提下，利润最大化是各个航空公司的最终目标，飞机备件对航空公司实现该目标起着重要的作用。一方面，备件满足率高低影响飞机的出勤率；另一方面，备件购置费用又相当的昂贵，这两方面都影响航空公司的经济效益。所以，每个航空公司对备件都很重视，有专门的机构和经费用于备件的采购和管理。
初始备件[1]指的是当使用单位首次购进飞机时，由制造公司负责，并在用户的协助下确定的保证期内飞机使用和维修所需备件。目前，初始备件清单的制定大致有以下两种方式：一种是经验法，根据以往相似机型备件消耗的情况和经验，以及飞机的使用要求进行制定；一种是模型法，根据备件的寿命分布采用相应的计算模型计算备件的需求量。对于初始备件，经验法由于缺乏足够的使用数据和科学依据，制定出的清单与实际的需求出入较大；而模型法在确定寿命分布和对应的参数数值时比较困难。而且，这两种方法都是针对每一种备件单独进行计算的，缺乏整体上的协调和优化。为了解决这一问题，本文先引入一个基于模型法制定的初始备件方案，然后用OPUS10软件对该方案进行优化，并对初始方案和优化方案进行对比分析和评价。
1、初始备件方案
在利用模型法计算备件数量时，泊松分布计算模型在工程实践中得到了广泛的应用，一般来说，指数型寿命分布适用于电子产品、复杂系统及经老练试验并进行定期维修的产品，而寿命分布为指数分布的产品在计算备件数量时使用的模型为泊松分布。对于飞机来说，其大部分备件寿命分布服从指数分布，这是因为：飞机的机载产品大部分为电子产品；而且，飞机在使用前各个系统做了完善的可靠性试验，在发生耗损故障前都会进行定时维修。所以，可以认为飞机备件的寿命分布近似服从指数分布，可以用泊松分布模型进行备件数量计算。下面先介绍一下泊松分布备件计算模型。
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2、OPUS10备件优化原则
OPUS10是瑞典SYSTECON公司开发的一款成熟的商品化备件优化软件，该软件优化的原则是费效比。OPUS10假定产品的寿命分布服从指数分布，并考虑系统的利用率、维修设备费用，但忽略维修设备对产品维修延误造成的影响及运输费用对保障费用的影响。
OPUS10费用评价参数包括保障费用及其分解费用，综合权衡系统或分系统内各部件的故障率、价格等特性以及部件的利用率、使用环境等影响因素对整个系统或分系统可用度的影响大小来确定最优的备件购买量及其储备地点。在以往的工程实践中，费用要求和可用度指标是很难同时达到的。一方面，费用和可用度没有直接的联系，确定指标时很难将两者结合起来；另一方面，人为因素具有不确定性，确定最优的备件方案时容易受到个人经验和外来因素影响，特别是对多个备选方案进行权衡时，凭借经验很难做出正确的选择。OPUS10很好地解决了这两方面的问题，使得备件优化方案合理、有效。特别是可以在确定费用要求的条件下优化备件方案，使得等费用条件下系统可用度最大，这点对于评价和优化民机备件方案非常有用。
下文对OPUS10计算系统使用可用度、寿命保障费用及其优化原理进行简要介绍。
3、优化结果及分析
按表1把民机的可靠性、维修性数据以及备件价格等参数输入OPUS10，得到原备件方案的系统使用可用度A0＝0.5494，LSC＝4229950元。
为了保持可比性，保持原有参数条件不变，用OPUS10重新规划初始备件方案。
4．结论
从优化方案和原有方案对比可以发现，原有库存方案只是根据备件的计划保障概率计算各备件的需求量，没有综合考虑备件数量对系统可用度的贡献和影响，割裂了单个备件费用和总费用支出的关系，使得：初始备件方案和优化方案相比，在相同的费用条件下飞机的使用可用度比优化方案低；而在相同的使用可用度条件下飞机的备件费用又比优化方案高。这两种结果对于航空公司来说是很难接受的。因此，优化方案对于航空公司节约投资、提高飞机出勤率都有很大帮助。
由于目前还没有足够的民机使用数据来验证优化方案的有效性，现在还不能对优化方案的实效做出判断，一旦有了足够多的数据，可以从以下几个方面衡量优化方案的有效性：寿命保障费用、出勤率、备件短缺风险、备件延期交货量，这些都是航空公司最为关注的关键性指标，对于验证优化方案的有效性和合理性非常具有说服力。
