1、航空發(fā)動機預(yù)測與健康管理關(guān)鍵技術(shù)研究中航工業(yè)西安航空計算技術(shù)研究所 中航工業(yè)計算所匯報人：牛 偉2015年 4月18日中航工業(yè)計算所中航工業(yè)計算所為什么需要大數(shù)據(jù)？ 實現(xiàn)智能生產(chǎn) 降低工業(yè)和資源的配置成本，使得生產(chǎn)過程更加高效；實現(xiàn)規(guī)模定制 提升產(chǎn)品的針對性，極大地減少庫存，優(yōu)化供應(yīng)鏈。中航工業(yè)計算所大數(shù)據(jù)是什么？全屬性全生命周期全價值鏈 大數(shù)據(jù)是基于產(chǎn)品全屬性的、全生命周期的數(shù)據(jù)資源集合。 大數(shù)據(jù)為全價值鏈提供服務(wù)。中航工業(yè)計算所 航空工業(yè)中的大數(shù)據(jù)GE通過在其產(chǎn)品中增加更多的傳感器來獲取海量數(shù)據(jù)，幫助公司提高其飛機引擎、電力等設(shè)備的能源效率；GE打造“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”= 傳感器+大數(shù)據(jù)。電能消

2、耗的可視化發(fā)送電能消耗數(shù)據(jù)的GE動力渦輪機中航工業(yè)計算所 航空生產(chǎn)中的大數(shù)據(jù) 針對維護、停機管理、燃料消耗等情況的數(shù)據(jù)分析，提高資產(chǎn)運營效率和生產(chǎn)效率。中航工業(yè)計算所 航空裝備維護中的大數(shù)據(jù) 通過對維修信息和狀態(tài)監(jiān)測信息的高效分析與處理，提供裝備的故障定位、診斷及預(yù)測，實現(xiàn)自主保障維修。中航工業(yè)計算所 民用航空領(lǐng)域中的大數(shù)據(jù) 航空公司大數(shù)據(jù)商業(yè)化的核心在于旅客的細分，針對不同的旅客群體, 制定不同的營銷和服務(wù)的策略，實現(xiàn)收入提升和成本控制的目標(biāo)。吸煙室的旅客數(shù)量兒童游樂區(qū)的兒童數(shù)量乘坐擺渡電瓶車的旅客數(shù)量航班之間的停機位航程忍耐度航班延誤保險單。乘務(wù)員服務(wù)的難度就會增加中航工業(yè)計算所實時變化規(guī)

3、模巨大形態(tài)多樣 航空裝備中的大數(shù)據(jù) 航空裝備涉及大量傳感器、指揮與控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)，隨態(tài)勢實時變化，形成實時數(shù)據(jù)庫； 信息化作戰(zhàn)的大數(shù)據(jù)直接影響航空裝備作戰(zhàn)效能的發(fā)揮。中航工業(yè)計算所中航工業(yè)計算所11 新科學(xué)家：MH370的發(fā)動機制造商羅爾斯羅伊斯公司表示，他們位于英國德比的全球發(fā)動機健康監(jiān)測中心曾收到失聯(lián)的波音777飛機上的遄達（Trent）800發(fā)動機發(fā)送的兩份數(shù)據(jù)報告。一份報告是MH370航班在吉隆坡國際機場起飛時發(fā)出的，另一份是在飛機爬升過程中發(fā)出的。中航工業(yè)計算所 羅爾斯.羅伊斯全球發(fā)動機健康監(jiān)測中心為了監(jiān)控上千臺Trent發(fā)動機工作狀態(tài)，建設(shè)了Engine Health Managem

4、ent系統(tǒng)(EHM)，這套系統(tǒng)可以讓工程師知道發(fā)動機工作狀況以便合理安排發(fā)動機使用和維修時間，同時為設(shè)計更合理的發(fā)動機儲存參數(shù)。羅爾斯羅伊斯全球發(fā)動機健康監(jiān)測中心飛機引擎實時監(jiān)控 “大數(shù)據(jù)引擎”中航工業(yè)計算所實時狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)綜合診斷與專家系統(tǒng)技術(shù)維修決策支持技術(shù)中航工業(yè)計算所通過航空發(fā)動機健康管理專用傳感器、EEC以及維修中心收集大量信息；從海量數(shù)據(jù)中挖掘可用信息；建立航空發(fā)動機狀態(tài)監(jiān)測與維修服務(wù)支持系統(tǒng)。中航工業(yè)計算所航空發(fā)動機狀態(tài)監(jiān)測與維修服務(wù)支持系統(tǒng)操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、硬件設(shè)備維修決策輸出層業(yè)務(wù)邏輯層數(shù)據(jù)層基礎(chǔ)層故障數(shù)據(jù)狀態(tài)參數(shù)（轉(zhuǎn)速、溫度、壓力等）維修數(shù)據(jù)中航工業(yè)計算所數(shù)據(jù)預(yù)處理消除沖

5、突數(shù)據(jù)、濾除噪聲、平滑處理等。數(shù)據(jù)探索確定數(shù)據(jù)關(guān)系、關(guān)鍵參數(shù)、影響因素等。模型構(gòu)建確定故障模式，建立模型。診斷結(jié)論確定系統(tǒng)健康狀態(tài)。中航工業(yè)計算所中航工業(yè)計算所狀態(tài)監(jiān)控其他自適應(yīng)預(yù)測模型預(yù)測數(shù)據(jù)知識發(fā)現(xiàn)結(jié)論歷史數(shù)據(jù)指標(biāo)性參數(shù)，關(guān)聯(lián)關(guān)系去噪、沖突診斷模型數(shù)據(jù)使用數(shù)據(jù)處理貝葉斯模型中航工業(yè)計算所科學(xué)問題：數(shù)據(jù)的表達如何充分體現(xiàn)數(shù)據(jù)的內(nèi)在規(guī)律主要挑戰(zhàn)：發(fā)動機健康管理監(jiān)測數(shù)據(jù)的復(fù)雜性p 數(shù)據(jù)的分布問題數(shù)據(jù)復(fù)雜關(guān)聯(lián)，樣本分布不代表數(shù)據(jù)分布；p 數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)問題數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)聚集導(dǎo)致時空不均勻問題；p 數(shù)據(jù)的尺度問題數(shù)據(jù)多尺度并存帶來表達尺度選擇問題。1）高維度尺度下，發(fā)動機狀態(tài)規(guī)律的特征刻畫與統(tǒng)一描述方法中航

6、工業(yè)計算所科學(xué)問題：航空發(fā)動機全量全模態(tài)大數(shù)據(jù)計算理論與方法主要挑戰(zhàn)：傳統(tǒng)方法利用多項式時間近似或優(yōu)化算法不再適用研究思路（簡約計算 N - K）：通過核數(shù)據(jù)、采樣等手段實現(xiàn)模型的精簡和算法的快速收斂，達到簡約計算。NK全量全模數(shù)據(jù)核數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)全量全模態(tài)(N)數(shù)據(jù)中的核數(shù)據(jù)進行有效近似通過采樣實現(xiàn)多重小樣本對于全量數(shù)據(jù)的有效近似X1, Xn X1* (1), Xn* (1) X1* (2), Xn* (2) X1* (m), Xn* (m) *(1)n*(2)n*()mn*(1)*()(.)mnn 2）多時空尺度下，發(fā)動機全量全模數(shù)據(jù)的特征分析方法中航工業(yè)計算所發(fā)動機監(jiān)測數(shù)據(jù)圖譜及空間圖譜分析

7、通過建立多模態(tài)的高維數(shù)據(jù)張量模型，實現(xiàn)發(fā)動機監(jiān)測狀態(tài)數(shù)據(jù)的完整表示。 針對發(fā)動機的狀態(tài)運行周期和遷移規(guī)律對全量全模數(shù)據(jù)進行張量分解，提取能夠有效近似的核數(shù)據(jù)，并通過信息熵等方法實現(xiàn)發(fā)動機運行狀態(tài)的區(qū)分度計算與聚類分析。中航工業(yè)計算所性能數(shù)據(jù)滑油消耗量數(shù)據(jù)航線偏差數(shù)據(jù)飛行小時循環(huán)拆發(fā)期限預(yù)計的備發(fā)情況更換的發(fā)動機計劃拆發(fā)日零件報廢率修理成本數(shù)據(jù)年度預(yù)算數(shù)據(jù)零件報價清單使用過程數(shù)據(jù)狀態(tài)監(jiān)控數(shù)據(jù) 維修計劃數(shù)據(jù) 成本預(yù)算數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)集合中航工業(yè)計算所承修廠數(shù)據(jù)倉庫數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)知識。知識研發(fā)成本服務(wù)知識被自動地推送中航工業(yè)計算所中航工業(yè)計算所性能參數(shù)壓縮機效率(CE)壓縮機流量(CF)渦輪效率(TE)渦輪

8、流量(TF)管道壓力下降(DPD)燃燒室壓力下降(BPD)觀測參數(shù)燃油流量(FF)氣流流量(AF)壓縮機排氣壓力(CDP)壓縮機排氣溫度(CDT)排氣溫度(EGT)中航工業(yè)計算所 XYE+Y參數(shù)數(shù)值比例CE0.98CF0.98中航工業(yè)計算所CECFBPDTFTEFFDPDAFCDPCDTEGTl拖尾問題l計算關(guān)系復(fù)雜中航工業(yè)計算所雙峰分布中航工業(yè)計算所壓縮機效率和渦輪效率線性相關(guān)！參數(shù)壓縮機效率(CE)和渦輪效率(TE)中航工業(yè)計算所100.10.20.30.40.50.60.7概率輔助變量 的概率表示中航工業(yè)計算所00.10.20.30.40.50.60.7概率10.8TECETECE與 的

9、分布中航工業(yè)計算所CFBPDTEFFAFCDP CDT EGTCFBPDTEFFAFCDP CDT EGTCECFDPDFFAFCDP CDT EGTCECFDPDBPDFFAFCDP CDT EGTCECFTEBPDFFAFCDP CDT EGTCECFDPDTEFFAFCDP CDT EGTCECFBPDFFAFCDP CDT EGTCECFBPDDPDTEFFAFCDP CDT EGTCECFFFAFCDP CDT EGT70%DPD:7.0%BPD:8.3%60%TE:13%CE: 31.5%CF: 29.5%TF:10.7%中航工業(yè)計算所CF的分布對比CE的分布對比HBFD模型與全模型之間的比較中航工業(yè)計算所中航工業(yè)計算所新思維中航工業(yè)計算所新方法中航工業(yè)計算所 大數(shù)據(jù)并不