基于统计的民用飞机签派可靠度计算方法研究

褚双磊，任 强，魏志强，刘 菲

(1. 中国民航大学空中交通管理学院，天津300300；2.天津市空管运行规划与安全技术重点实验室，天津300300)



基于统计的民用飞机签派可靠度计算方法研究

褚双磊1，2，任 强1，2，魏志强1，2，刘 菲1，2

(1. 中国民航大学空中交通管理学院，天津300300；2.天津市空管运行规划与安全技术重点实验室，天津300300)

签派可靠度是表征民用客机整机可靠性的关键参数，也是影响飞机原始设计的重要技术参数。本文采集了航空公司实际统计的机型延误率数据，根据延误率和签派可靠度的映射关系，从民用飞机设计角度入手，首先提出飞机初期设计阶段的7个设计参数，对延误率与设计参数进行相关分析，得出相关度最大的前3个设计参数，建立了签派可靠度与3个飞机原始设计参数之间的多元回归模型，对民用飞机的签派可靠度进行预测，并用A320现役飞机和C919国产大飞机进行实证，预测模型合理，预测精度较高，可以为我国民用飞机整机签派可靠度的预测奠定理论基础和数据支撑，同时签派可靠度的预测模型可以为民用飞机的结构设计提供数据参考。

签派可靠度；可靠性；民用客机；设计参数

0 引言

签派可靠度是表征民用飞机签派可靠性的唯一重要参数，也是表征民用飞机产品整机可靠性的一个重要参数，签派可靠度的高低直接影响着飞机本身的固有可靠性和航线运营可靠性[1]。飞机的签派可靠度越高，飞机非计划停场时间越少，飞机的日利用率越高[2]，航班计划的可靠性越高，同时航班的正点率也会越高。因此，在飞机的原始设计研制阶段，须对签派可靠度进行深入的分析研究和准确可靠的预测，并进行充分的机型验证。

签派可靠度是一个评价民用飞机整机特性的综合性参数，同时由于民用航空运输是一个汇集了航空公司、机场、空管三方共同协作运行的整体，所以，签派可靠度的分析和验证需考虑的因素非常复杂，包含飞机自身的技术因素、管制运行环境、机场保障因素、航空公司运行管理因素等。一方面，签派可靠度在很大程度上受飞机自身结构设计的影响[3]；另一方面，签派可靠度还需结合飞机许多实际运营环境的非技术性因素[4]。

目前我国在民用飞机签派可靠度研究方面，仅仅停留在航空公司的可靠性统计报告或者定期的运营数据统计值中[5]，在民用飞机设计阶段，没有形成对签派可靠度的统计和评估方法，更没有将签派可靠度与飞机的设计结合起来。因此，在民用飞机设计阶段，需要通过结构设计因素来预测民用飞机在运营阶段的签派可靠度水平，并根据预计过程和结果确定影响飞行签派的飞机设计因素，并对设计进行调整和改进以提高飞机的签派可靠度水平，保证民用飞机的经济性和商业价值[6]。

1 数据采集

1.1 签派可靠度的定义

签派可靠度：没有因为飞机的机械故障原因(技术性原因)造成航班延误或取消而营运离站的百分数，有时也称为出勤可靠度。在数值上，签派可靠度=1-延误取消率。

延误取消率是在规定的运行小时内(或规定的累计营运起落次数内)，因技术原因导致延误及取消航班总次数除以营运起落次数。技术性延误取消率特指由于飞机本身的机械故障造成的，也称为地面中断率(地面不正常率，飞机故障技术性原因)。延误取消率的公式为：

最终，签派可靠度(dispatch reliability，DR)的公式可以写成：

1.2 数据收集

由于延误取消率和签派可靠度在数值上存在着对应的映射关系，所以本文首先对国内航空公司的维修工程部和运行控制部进行技术调研，根据主要航空公司的运行生产实践和维修可靠性管理方案，确定4种主流短程机型作为采集对象，分别为B737-800、A320、E190、MA60。本文收集了国内4个不同航空公司的4种不同短程机型的两年维修可靠性数据，飞机机龄相对年轻。航空公司的年度可靠性分析报告中包含有分系统涉及ATA章节统计的延误率数据，延误取消率数据属于航空公司的可靠性统计数据，是实际的运行数据，由航空公司的维修工程部负责统计汇总，用于监控机队的可靠性和实时的机队可靠性数据趋势分析。

2 数据处理和分析

2.1 原始设计参数

为了便于对延误取消率数据进行统计分析，同时建立实际运行数据(延误取消率)与飞机本身设计参数之间的数学关系，根据民用飞机概念设计的需要，将对飞机的原始设计参数进行分类，分为5个主要参数和2个辅助参数[7]，具体参数见表1。

表1 飞机原始设计参数

5个主要设计参数主要涵盖民用飞机的基础技术参数，包括最大起飞质量、飞机推力、飞行时间、巡航速度、旅客座位数；2个辅助设计参数是涉及比率的参数，包含最大起飞质量/飞行时间、旅客座位数/飞行时间。为了便于延误率数据的计算，分别对7个主要设计参数进行编号：最大起飞质量(TOW)为X1；旅客座位数(NP)为X2；飞机推力(THR)为X3；飞行时间(FT)为X4；巡航速度(CS)为X5；最大起飞质量/飞行时间(TOW/FT)为X6；旅客座位数/飞行时间(NP/FT)为X7。

然后分别对收集的4种机型的设计参数进行定义，分别得出4种机型7个设计参数的具体数值，该7个设计参数为统计机型的固定值，下面以A320机型的设计参数为例，见表2。

表2 A320设计参数

2.2 相关分析

将各个ATA章节的实际延误率统计数据与7个设计参数进行相关分析，得出每个ATA章节与哪些设计参数的相关度较高[8-9]，对相关系数排在前3位的因素进行排列，然后将每个ATA章节延误率与3个相关因素进行拟合，得出每个ATA章节延误率与3个相关因素的预测模型公式。每个ATA章节的相关分析见表3。

表3 ATA章节的相关分析

自变量的个数取值为3个，因为取值过多对因变量的计算也没有多大意义。通过相关分析，可以得出每个ATA章节与哪些相关因素的相关程度最大，相关系数r越大，相关程度越大[10]，表明作为因变量的延误率与某个作为自变量的设计参数数学映射关系紧密，这样建立的数学表达式更加可靠和准确。

大部分系统的相关系数都在0.5以上，说明大多数子系统的实际延误率数值与某个设计参数的相关性明显，相关程度较高。

2.3 预测模型

通过多元线性拟合的方法，建立每个ATA章节的延误率数据与3个相关因素的函数关系，经过数值检验，拟合度较高，表明函数表达式合理。每个ATA子系统的延误率预测公式见表4。

表4 ATA章节的延误率预测公式

基于Y=AX1+BX2+CX3+D的函数形式，通过对延误率数据进行多元回归分析，得出的延误率预测公式比一元回归分析精确度高，表4所列出的拟合公式可以预测每个ATA子系统的延误率与相关因素的关系，从而得出预测延误率的数值，为下一步的机型验证进行数据铺垫。

3 实例验证

为了验证预测率模型的合理性和准确性，根据现役主流机型A320-200飞机的7个设计参数进行延误率预测，比较延误率预测值与延误率实际值的统一性，从而得出该机型的整机签派可靠度。

表5 A320 机型预测延误率和实际延误率对比

通过A320机型延误率数据的实际值和预测值对比发现，各个子系统的延误率预测数据基本接近实际延误率，由于签派可靠度=1-延误率，可以得出签派可靠度的预测值与实际值的相对误差很小，说明通过子系统ATA章节的延误率与设计参数的关系来预测整机签派可靠度的方法是可行的，签派可靠度预测数值准确。

为了进一步证明预测模型的合理性，选取国产大飞机C919机型为验证对象。C919机型公布的设计参数如表6。

表6 C919设计参数

根据国产大型民航客机C919飞机的7个设计参数进行延误率预测，比较签派可靠度预测值与设计值的统一性，从而得出该机型的整机签派可靠度。

表7 C919机型预测延误率分析

通过对C919机型延误率数据的预测发现，各个子系统的延误率预测数据基本接近单通道窄体竞争机型，可以得出预测整机签派可靠度数据96.439%与设计签派可靠度数据基本一致，相对误差很小，再次证明通过子系统ATA章节的延误率与设计参数的关系来预测整机签派可靠度的方法是可行的，签派可靠度预测数值准确。

4 结论

本文针对民用飞机签派可靠度的几种主要设计影响因素，采用实际统计样本数据，运用线性回归方法对签派可靠度进行了预测及检验，将航空公司实际运营数据与飞机设计参数进行了有效地结合，找出其中的相关性和函数关系，将设计参数作为解释变量，延误率作为被解释变量，建立了延误率数据与飞机本身设计参数的定量关系，因为延误率和签派可靠度存在一定的关系[11]，签派可靠度与设计参数也存在着同样的线性关系，通过构建延误率的线性回归预测模型，预测延误率从而可以得到该机型的签派可靠度，为下一步进行签派可靠度的分配奠定理论基础。最后在结合A320主流机型和C919机型实例验证的基础上，经过统计学相关检验表明，所获得的预测模型正确，具有一定的科学性和有效性，该研究成果为签派可靠度的预测提供了一种贴近实际的科学合理方法。在飞机设计阶段，可以调整飞机本身的设计参数来提高整机签派可靠度，减少飞机延误率。

[1] 郭伟.民用客机研制阶段签派可靠度分配和预计[J]. 民用飞机设计与研究，2012(2)：40-43.

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[4] 汪震宇，李艳军，许振腾，等. 基于签派可靠度的民机经济性评估方法[J].航空计算技术，2014，44(4)：51-54.

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(责任编辑 黄 勇)

Study on Calculation Method of Dispatch Reliability of Civil Aircraft Based on Statistics

CHU Shuanglei1，2，REN Qiang1，2，WEI Zhiqiang1，2，LIU Fei1，2

(1.College of Air Traffic Management， Civil Aviation University of China， Tianjin 300300，China; 2.Tianjin Key Laboratory of Operation Programming and Safety Technology of Air Traffic Management， Tianjin 300300，China)

Dispatch reliability is the key parameters reflecting the overall reliability of a civil aircraft， and the important technical parameters affecting the original design of a civil aircraft. According to the actual delay rate data of airlines， combined with the mathematical relationship between delay rate and dispatch reliability， from the perspective of civil aircraft design, seven design parameters at the aircraft early design phase are put forward in this paper， the correlation analysis between the delay rate and design parameters is made， the first three design parameters which have the maximum correlation are obtained. Also this paper, a multiple regression model between dispatch reliability and aircraft original design parameters is established. Based on this model, the dispatch reliability of civil aircraft can be predicted. An empirical study with A320 and C919 shows that the prediction model is reasonable and has higher precision accuracy， which may lay the theoretical basis and data support for dispatch reliability prediction of the civil aircraft in China， meanwhile the prediction model of dispatch reliability can provide reference data for the structure design of civil aircraft.

dispatch reliability; reliability; civil aircraft; design parameter

10.16088/j.issn.1001-6600.2016.03.007

2016-01-04

国家自然科学基金资助项目(21407174)；航空科学基金资助项目(20140267002)；中央高校基本科研业务费资助项目(3122014C021、3122014B005)；工业和信息化部民用飞机专项科研项目(MJ-J-2012-4，MJ-2014-Y-65)

褚双磊(1982—)，男，天津人，中国民航大学讲师，博士。E-mail: chushuanglei@163.com

V221

A

1001-6600(2016)03-0046-07