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航空发动机预测与健康管理关键技术研究中航工业西安航空计算技术研究所中航工业计算所大数据与航空科技汇报人:牛伟2015年4月18日中航工业计算所汇报目录大数据在航空领域中的应用应用实例及数据分析方法结束语中航工业计算所大数据在航空领域中的应用为什么需要大数据?实现智能生产降低工业和资源的配置成本,使得生产过程更加高效;实现规模定制提升产品的针对性,极大地减少库存,优化供应链。中航工业计算所大数据是什么?大数据是基于产品全属性的、全生命周期的数据资源集合。大数据为全价值链提供服务。大数据在航空领域中的应用中航工业计算所★航空工业中的大数据GE通过在其产品中增加更多的传感器来获取海量数据,帮助公司提高其飞机引擎、电力等设备的能源效率;GE打造“工业互联网”=传感器+大数据。电能消耗的可视化发送电能消耗数据的GE动力涡轮机大数据在航空领域中的应用中航工业计算所★航空生产中的大数据针对维护、停机管理、燃料消耗等情况的数据分析,提高资产运营效率和生产效率。大数据在航空领域中的应用中航工业计算所★航空装备维护中的大数据通过对维修信息和状态监测信息的高效分析与处理,提供装备的故障定位、诊断及预测,实现自主保障维修。感知节点感知节点感知节点感知节点大数据处理感知节点感知节点感知节点感知节点大数据在航空领域中的应用中航工业计算所★民用航空领域中的大数据航空公司大数据商业化的核心在于旅客的细分,针对不同的旅客群体,制定不同的营销和服务的策略,实现收入提升和成本控制的目标。大数据在航空领域中的应用吸烟室的旅客数量儿童游乐区的儿童数量乘坐摆渡电瓶车的旅客数量航班之间的停机位航程忍耐度航班延误保险单。。。。。。乘务员服务的难度就会增加中航工业计算所实时变化规模巨大形态多样★航空装备中的大数据航空装备涉及大量传感器、指挥与控制系统数据,随态势实时变化,形成实时数据库;信息化作战的大数据直接影响航空装备作战效能的发挥。大数据在航空领域中的应用中航工业计算所汇报目录大数据在航空领域中的应用应用实例及数据分析方法结束语中航工业计算所应用案例及数据分析方法——背景11《新科学家》:MH370的发动机制造商罗尔斯罗伊斯公司表示,他们位于英国德比的全球发动机健康监测中心曾收到失联的波音777飞机上的遄达(Trent)800发动机发送的两份数据报告。一份报告是MH370航班在吉隆坡国际机场起飞时发出的,另一份是在飞机爬升过程中发出的。中航工业计算所应用案例及数据分析方法——背景罗尔斯.罗伊斯全球发动机健康监测中心为了监控上千台Trent发动机工作状态,建设了EngineHealthManagement系统(EHM),这套系统可以让工程师知道发动机工作状况以便合理安排发动机使用和维修时间,同时为设计更合理的发动机储存参数。罗尔斯·罗伊斯全球发动机健康监测中心飞机引擎实时监控——“大数据引擎”中航工业计算所应用案例及数据分析方法——项目★航空发动机状态监测与维修服务支持系统实时状态监测技术综合诊断与专家系统技术维修决策支持技术中航工业计算所应用案例及数据分析方法维修保障中心数据数据数据数据数据处理监控分析结果发布ACARS数据管理中心维修数据QAR网关故障数据通过航空发动机健康管理专用传感器、EEC以及维修中心收集大量信息;从海量数据中挖掘可用信息;建立航空发动机状态监测与维修服务支持系统。中航工业计算所应用案例及数据分析方法——体系结构航空发动机状态监测与维修服务支持系统操作系统、网络环境、硬件设备XML映射维修决策输出层业务逻辑层数据层基础层基本数据管理使用数据管理接系口统管集理成状态监测故障诊断及趋势预测故障数据状态参数(转速、温度、压力等)维修数据……状态监测使用数据管理基本数据管理中航工业计算所应用案例及数据分析方法数据预处理消除冲突数据、滤除噪声、平滑处理等。数据探索确定数据关系、关键参数、影响因素等。模型构建确定故障模式,建立模型。诊断结论确定系统健康状态。中航工业计算所多时空尺度下发动机全量全模数据中核数据的提取与计算健康精细管理数据源研究目标研究内容故障精准诊断各种状态的运行周期发动机状态迁移规律多维度数据内在规律的特征刻画与度量发动机状态分类冷发起飞低速巡航正常起飞状态图谱特征度量状态区分度计算与聚类发动机状态特征点挖掘航空发动机监测数据发动机状态描述要素核数据时间序列图谱分析高速巡航高压导叶值加力状态相对物理转速喷口喉道面积反馈值进气口温度压力压气机进口温度状态信息集效率流量温度压力转子转速转子加速度叶尖间隙压气机出口压力增压比反馈值故障状态面向健康知识发现的发动机故障协同诊断方法辅助特征参数序列主特征参数序列多源信息协同诊断模型故障原因与故障征兆应用案例及数据分析方法——研究框架中航工业计算所应用案例及数据分析方法状态监控其他自适应预测模型预测数据数据预处理知识发现结论历史数据指标性参数,关联关系去噪、冲突诊断模型数据使用数据处理贝叶斯模型中航工业计算所应用案例及数据分析方法科学问题:数据的表达如何充分体现数据的内在规律主要挑战:发动机健康管理监测数据的复杂性数据的分布问题数据复杂关联,样本分布不代表数据分布;数据的结构问题数据的结构聚集导致时空不均匀问题;数据的尺度问题数据多尺度并存带来表达尺度选择问题。1)高维度尺度下,发动机状态规律的特征刻画与统一描述方法中航工业计算所应用案例及数据分析方法科学问题:航空发动机全量全模态大数据计算理论与方法主要挑战:传统方法利用多项式时间近似或优化算法不再适用研究思路(简约计算N-K):通过核数据、采样等手段实现模型的精简和算法的快速收敛,达到简约计算。NK全量全模数据核数据发现全量全模态(N)数据中的核数据进行有效近似通过采样实现多重小样本对于全量数据的有效近似X1,……XnX1*(1),……Xn*(1)X1*(2),……Xn*(2)X1*(m),……Xn*(m)…*(1)n*(2)n*()mn…*(1)*()(......)mnn2)多时空尺度下,发动机全量全模数据的特征分析方法中航工业计算所应用案例及数据分析方法发动机监测数据图谱及空间图谱分析状态识别监控监测数据序列1n3…2…状态时间轴部件图谱n图谱2图谱1某参数在不同状态、部位的特征序列图谱特征分析运行状态度量分析通过建立多模态的高维数据张量模型,实现发动机监测状态数据的完整表示。针对发动机的状态运行周期和迁移规律对全量全模数据进行张量分解,提取能够有效近似的核数据,并通过信息熵等方法实现发动机运行状态的区分度计算与聚类分析。中航工业计算所附件清单车间修理进程车间故障可靠性数据性能数据滑油消耗量数据航线偏差数据飞行小时循环拆发期限预计的备发情况更换的发动机计划拆发日零件报废率修理成本数据年度预算数据零件报价清单使用过程数据状态监控数据维修计划数据成本预算数据应用案例及数据分析方法数据集合……中航工业计算所Pm油位金属屑VSVVBVWfPfT25P25N1A1A3N2PS3T3T495T5控制系统EECA4V5PS12PS13P5T2Tm1Tm2滑油滤堵塞燃油温度TT大气压力P0大气温度T0进气总温T1进口总压P1飞行高度HM数表速Vc飞行数据应用案例及数据分析方法中航工业计算所应用案例及数据分析方法性能参数压缩机效率(CE)压缩机流量(CF)涡轮效率(TE)涡轮流量(TF)管道压力下降(DPD)燃烧室压力下降(BPD)观测参数燃油流量(FF)气流流量(AF)压缩机排气压力(CDP)压缩机排气温度(CDT)排气温度(EGT)指标性参数中航工业计算所应用案例及数据分析方法数据采集器随机误差XYE+ˆY参数数值比例CE0.98CF0.98中航工业计算所应用案例及数据分析方法CECFBPDTFTEFFDPDAFCDPCDTEGT传统全模型结构拖尾问题计算关系复杂中航工业计算所双峰分布应用案例及数据分析方法中航工业计算所应用案例及数据分析方法压缩机效率和涡轮效率线性相关!参数压缩机效率(CE)和涡轮效率(TE)中航工业计算所航空大数据应用100.10.20.30.40.50.60.7概率辅助变量的概率表示中航工业计算所应用案例及数据分析方法00.10.20.30.40.50.60.7概率10.8TECETECE与的分布中航工业计算所应用案例及数据分析方法CFBPDTEFFAFCDPCDTEGTCFBPDTEFFAFCDPCDTEGTCECFDPDFFAFCDPCDTEGTCECFDPDBPDFFAFCDPCDTEGTCECFTEBPDFFAFCDPCDTEGTCECFDPDTEFFAFCDPCDTEGTCECFBPDFFAFCDPCDTEGTCECFBPDDPDTEFFAFCDPCDTEGTCECFFFAFCDPCDTEGT70%DPD:7.0%BPD:8.3%60%TE:13%CE:31.5%CF:29.5%TF:10.7%中航工业计算所应用案例及数据分析方法CF的分布对比CE的分布对比HBFD模型与全模型之间的比较中航工业计算所汇报目录大数据在航空领域中的应用应用案例及其数据分析方法结束语中航工业计算所结束语新思维中航工业计算所结束语新方法中航工业计算所思考大数据并不是对传统数据分析方法的代替,而只是一种补充,对非结构化数据的分析还要依赖于传统的方法;小数据为主,大数据为辅;业务驱动数据应用;正确理解和使用大数据:数据的真实性,分析方法的正确性,分析结果的适用性。结束语中航工业计算所结束语大数据,大影响!——用数据驱动航空产业变革和经营创新!中航工业计算所
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