民用飛機生產現場電源系統故障診斷方法

吳英

摘 要：在民用飛機的生產過程中（主要是地面機上功能試驗），電源系統故障是否能快速、準確、規范的診斷和關閉，將直接影響飛機的生產進度，甚至延誤交付。本文介紹在生產現場電源系統故障的排故要求和方法，對工程管理人員和聯絡工程師均有一定的指導作用。

關鍵詞：民用飛機 生產現場 電源系統 故障診斷

中圖分類號：FP368 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）07（c）-0010-02

Abstract：During the process of producing civil aircraft（On the Aircraft Test Procedure）， Whether the electric power system fault can be quickly， accurately and properly diagnosed and closed will directly affect the production schedule and even delay delivery of the aircraft. This paper introduces the diagnosis requirements and methods of power system failure in production field， and has certain guiding function for engineering management staff and liaison engineers.

Key Words：Civil aircraft； Production field； Electric power system； Fault diagnosis

20世紀70年代，以解析冗余為主導的故障診斷技術首先在美國發展起來。麻省理工學院Beard的工作標志著故障診斷技術的誕生。他在其博士論文里提出了用解析冗余替代硬件冗余，并使用系統自組織，使系統達到閉環穩定，然后通過比較觀測器的輸出得出系統故障信息。80年代初期，故障診斷技術的研究在國內逐漸展開。近年來，系統的故障檢測和診斷越來越受到控制界的高度重視[1]。

從國內外的研究成果和資料來看，關于故障診斷技術的研究已經發展到比較深入和成熟的階段，理論成果不勝枚舉。但是，與理論研究的遍地開花相比，在工程中、尤其是民用飛機生產現場的應用亟待加強。

1 電源系統的組成及功用

民用飛機電源系統是被比作飛機的“血液”，是飛機上主要系統之一，是現代航空安全的必要保證。飛機電源系統是將航空發動機所產生的機械能轉化成各種形式的電能，供機上所有機電系統和電子設備使用。飛機電源系統一般包括主電源系統、輔助電源系統、備份電源系統、應急電源系統和二次電源系統等。另外，在采用電傳操縱系統的飛機上，為滿足飛行控制系統供電的高可靠性要求，還設置了專用電源系統。從歷史上看，飛機上先后采用過的電源系統有低壓直流（LVDC）電源系統，高壓直流電源系統（HVDC），變頻交流電源系統，恒速恒頻（CSCF）電源系統以及變速恒（VSVF）電源系統[2]。隨著科學技術不斷地發展進步，飛機的性能日益提高，人們對飛機電源系統的認識也在逐步發生變化。20世紀40年代之前，飛機大多采用直流電源系統，額定電壓也由6V、12V，逐漸變為28.5V。隨著飛機上用電設備量的增加，20世紀40年代后期，主電源的位置逐漸由直流電源變為交流電源。現在的大中型民用飛機上普遍采用恒速恒頻的交流電源系統。這類系統經過50多年的發展，制造技術也相對比較成熟[3]。

2 電源系統故障診斷的基本要求

生產過程中電源系統的故障，一般是在全機線束導通或者地面機上功能試驗的過程中發現的。發現故障的功能試驗，可能是電源系統，也可能是和電源交聯的通信、導航、飛控等系統。所有故障診斷方法的提出都是為了提高故障的判斷準確率、降低誤報和漏報，并推理出故障發生的順序和位置，并預估故障的影響大小。所以故障的排除要求主要有：故障復現、定位準確、機理清楚、措施有效、考慮交聯[4]。在生產試驗過程中，出現故障特征時，工程技術人員不能盲目的抓住某一個特征點去分析，然后簡單粗放的依據經驗或者片面的分析去制定故障排除措施，而是應該按照要求逐步開展故障排除。科學有效的排故方式，就是在豐富的專業知識儲備和實戰經驗的基礎上，依然嚴格按照規定程序執行，才能杜絕排故過程的不規范，為快速、準確、規范的排除故障打下堅實的基礎。

依據筆者多年在現場的工作經驗，在生產現場，電源系統的排故主要遵循（但不限于）以下幾點要求：

（1）故障重現。當生產現場向工程技術人員報告故障時，要確保故障能重現。故障重現時，工程技術人員要在場確認試驗的每一個環節是否按照程序執行。避免因為試驗前提條件不滿足而產生“假故障”導致勞心勞力且影響生產進度。

（2）定位故障源。由于電源系統比較復雜且交聯系統較多，當指示記錄系統顯示電源系統故障或者操作人員報告電源系統故障后，工程技術人員要在故障能夠重現的基礎上進行分析，定位故障位置或者范圍，減小后續排故的工作量。

（3）機理清楚。依據故障特征和功能實現的邏輯，梳理出故障產生的機理，以便畫出因果圖或者故障樹，有利于排故方案的制定。

（4）措施有效。在上述分析的基礎上，制定切實可行且有效的故障排除措施，而不是“緩兵之計”，從根本上解決問題，并盡量杜絕此類問題的發生。

（5）考慮交聯。因為電源系統向全機用電設備供電，所以從故障重現開始，就要考慮交聯系統。把交聯系統對故障可能的影響以及排故措施對交聯系統是否有影響都考慮進去。

3 電源系統故障排除方法

電源系統的故障診斷方法多種多樣，但是在民機生產現場電源故障的排除時常用到的主要有：相似對比試驗、因果圖、邏輯圖、故障樹等。但是在生產現場會根據實際情況綜合分析從而選取最合適高效的排除方法。下面詳細介紹一下常用的方法：endprint

（1）相似對比試驗。生產過程中的故障不同于航線運營飛機的故障排除，生產中的有些故障可能只是因為試驗的前提條件沒有滿足、工裝本身沒有調到對應模式以及接觸件接觸不良等，所以，在電源系統故障時，一般會對比一下相似通道或者設備的試驗結果。相似對比試驗是指兩套結構和功能相同的系統或者子系統，其中一個出現故障時用另一個的試驗結果來做對比，或者是對調部件，看故障是否會轉移，比較容易查出故障源。比如，一側通道供電出問題時，會對比試驗一下另外一側通道的供電情況。相似對比試驗在生產現場電源系統的故障排除中使用非常普遍。

（2）因果圖法。因果圖法即因果分析圖，又叫特性要因圖、石川圖或魚翅圖，它是由日本東京大學教授石川馨提出的一種通過帶箭頭的線，將質量問題與原因之間的關系表示出來，是分析影響產品質量的諸因素之間關系的一種工具。因果圖法一般用來描述多個輸入條件組合的測試方法，最早用于軟件測試。使用時根據輸入條件的組合、約束關系和輸出條件的因果關系，分析輸入條件的各種組合情況，從而設計測試用例的方法，它適合于檢查程序輸入條件涉及的各種組合情況。因果圖法一般和判定表結合使用，通過映射同時發生相互影響的多個輸入來確定判定條件。因果圖法最終生成的就是判定表，它適合于檢查程序輸入條件的各種組合情況。采用因果圖法能幫助我們按照一定的步驟選擇一組高效的測試用例，同時，還能指出程序規范中存在什么問題，鑒別和制作因果圖。

因果圖法用于電源系統故障診斷，比較適合用于分析故障重現時的初始條件是否滿足、故障定位和交聯系統的分析。

（3）故障樹分析（FTA）方法。故障樹分析（Fault Tree Analysis，簡稱FTA）又稱事故樹分析，它采用邏輯的方法，形象地進行危險的分析工作，特點是直觀、明了，思路清晰，邏輯性強，可以做定性分析，也可以做定量分析。體現了以系統工程方法研究安全問題的系統性、準確性和預測性，是安全系統工程中最重要的分析方法。事故樹分析從一個可能的事故開始，自上而下、一層層的尋找頂事件的直接原因和間接原因事件，直到基本原因事件，并用邏輯圖把這些事件之間的邏輯關系表達出來。適合用于故障原因分析和措施制定。

（4）矩陣圖法。矩陣圖法，是利用數學上矩陣的形式表示因素間的相互關系，從中探索問題所在并得出解決問題的設想。它是進行多元思考，分析問題的方法。矩陣圖法就是從多維問題的事件中，找出成對的因素，排列成矩陣圖，然后根據矩陣圖來分析問題，確定關鍵點的方法，它是一種通過多因素綜合思考，探索問題的好方法。在復雜的質量問題中，往往存在許多成對的質量因素，將這些成對因素找出來，分別排列成行和列，其交點就是其相互關聯的程度，在此基礎上再找出存在的問題及問題的形態，從而找到解決問題的思路[5]。

（5）專家系統。專家系統是指能以人類專家級水平進行故障診斷的智能計算機程序，一般由五部分組成：知識庫、推理機、數據庫、解釋程序和知識獲取程序。因其診斷水平高、診斷效率高，因而應用范圍廣。民用飛機生產現場電源系統的故障具有復雜性，但也具有重復性，有些類似故障也會重復出現，有一定的經驗積累，有使用專家診斷系統的基礎。今后的診斷專家系統也是一個重要的發展方向。

4 結語

本文主要介紹了在民用飛機的生產現場電源系統故障排除的要求和常用方法，并提出了自己的觀點，對民用飛機生產現場的管理人員和聯絡工程師的工作有一定的指導作用。

與數量眾多的故障排除方法相比，故障診斷技術在工程中的實際應用成果非常不足。工業和只能化都迅速發展的今天，故障診斷系統在工業裝置上實際運行的還不多。作為工程技術人員，我們還需繼續做出努力，將故障診斷技術轉化推廣到實際的生產應用中去。

參考文獻

[1] 黃茜汀.飛機電源系統的建模與仿真研究[D].西北工業大學，2007.

[2] 吳丹.基于VR的飛機電源系統故障仿真技術研究[D].南京航空航天大學，2004.

[3] 陳顯調.民機試飛過程系統故障的排故要求和方法[J].民用飛機設計與研究，2015，4（119）：88-90.

[4] 戴衛力，王慧貞，嚴仰光，等.航空發動機/發電系統的發展趨勢與研究現狀[J].航空科學技術，2010（5）：28-32.

[5] 周天祥.通俗易懂的QCC方法-矩陣圖法[J].中國質量，2003（12）：59.endprint