對飛機(jī)航電系統(tǒng)故障分析方法與故障診斷技術(shù)的探討

佟永剛

（西部機(jī)場集團(tuán)西安地勤有限公司，陜西 西安 710000）

引言：據(jù)中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)發(fā)布的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，2018年我國民航起降架次增速為10.5%，同比時刻表計(jì)劃航班數(shù)增加近3個百分點(diǎn)的敞口，時刻執(zhí)行率得到顯著提升。然而民航產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展使其航電系統(tǒng)故障問題的影響輻射面日益擴(kuò)大，如何有效運(yùn)用故障分析與故障診斷技術(shù)成為當(dāng)前行業(yè)領(lǐng)域亟待解決的問題。

一、飛機(jī)航電系統(tǒng)故障分析方法

（一）故障類型

以Cessnal172飛機(jī)為例，飛機(jī)航電系統(tǒng)故障主要表現(xiàn)為以下三種類型：其一是導(dǎo)航/通信系統(tǒng)故障，在飛機(jī)導(dǎo)航/通信系統(tǒng)內(nèi)含有大量組件，其中GIA63內(nèi)便集成了甚高頻導(dǎo)航儀、GPS接收機(jī)等，常見故障為COM信號收發(fā)質(zhì)量差、GPS無法接收到衛(wèi)星信號、NAV收發(fā)故障等；其二是飛行儀表顯示系統(tǒng)故障，常見故障表現(xiàn)為發(fā)動機(jī)振動引發(fā)GRS777斷線、模塊間數(shù)據(jù)通道失效、電子產(chǎn)品信號干擾等；其三是發(fā)動機(jī)系統(tǒng)故障導(dǎo)致參數(shù)顯示失效，常見故障表現(xiàn)為內(nèi)部組件間數(shù)據(jù)通道失效等[1]。

（二）故障分析方法

1.故障樹診斷法

該方法依照由上至下的順序構(gòu)建零件、部件、子系統(tǒng)等故障對于整體系統(tǒng)的影響模型，涵蓋人為因素與環(huán)境因素兩種條件。采用故障樹分析法可實(shí)現(xiàn)對航電系統(tǒng)故障的定性與定量分析，既可以分析某一構(gòu)件引發(fā)的系統(tǒng)故障，同時還可以分析多個構(gòu)件在不同模式下引發(fā)的系統(tǒng)故障問題。

2.基于案例推理的分析方法

該方法主要以一個或幾個已知前提作為判斷依據(jù)，借助邏輯證明、數(shù)學(xué)運(yùn)算等方式從中推導(dǎo)出一般性概念、原則或未知結(jié)論。

3.總線數(shù)據(jù)流捕獲分析法

該方法借助總線檢測設(shè)備從某個端口處接收到總線數(shù)據(jù)，并將捕獲到的數(shù)據(jù)存儲至設(shè)備中的數(shù)據(jù)記錄模塊內(nèi)，借助人為操作進(jìn)行進(jìn)口控制文件比對，進(jìn)而完成故障解析。

4.專家系統(tǒng)故障診斷分析方法

該方法主要將診斷知識與程序算法相結(jié)合，經(jīng)由人機(jī)界面發(fā)起人機(jī)會話，依據(jù)系統(tǒng)提問由診斷者給出回答，并依據(jù)答案推理得出診斷結(jié)論。其中基于規(guī)則的專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由知識庫、推理機(jī)、工作存儲器三要素組成，系統(tǒng)借助IF-THEN語句表達(dá)問題，推理機(jī)與知識庫執(zhí)行分離控制，易于向知識庫內(nèi)添加規(guī)則及使用變量，使系統(tǒng)整體功能與效率得到優(yōu)化。

二、飛機(jī)航電系統(tǒng)的具體故障診斷技術(shù)探討

（一）故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

采用CLIPS、AndroidSDK、JAVA軟件進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)，選用SQLite數(shù)據(jù)庫進(jìn)行航電系統(tǒng)的故障數(shù)據(jù)存儲。該故障診斷系統(tǒng)主要由知識庫、推理機(jī)、工作記憶、解釋機(jī)、知識獲取機(jī)、用戶界面幾部分組成，其中知識庫、推理機(jī)與人機(jī)界面是構(gòu)成故障診斷系統(tǒng)的主要元素。在進(jìn)行知識庫設(shè)計(jì)時，首先采用規(guī)則或框架進(jìn)行知識表示，隨后完成知識庫創(chuàng)建，通過建立故障樹、將故障樹轉(zhuǎn)化為BDD、求出最小割集、基于規(guī)則進(jìn)行知識表示、CIIPS編程等方式完成知識庫建立。在進(jìn)行推理機(jī)設(shè)計(jì)時，主要采用基于RETE算法的推理機(jī)制，將匹配狀態(tài)分別存儲至Alpha、Beta兩個節(jié)點(diǎn)中，節(jié)省重復(fù)計(jì)算時長，針對含有相同匹配條件的規(guī)則執(zhí)行共享一個節(jié)點(diǎn)的方式，為導(dǎo)入的每一個fact建立WME，并從RETE根節(jié)點(diǎn)處進(jìn)行匹配。在人機(jī)界面設(shè)計(jì)方面，主要借助CLIPSJNI將知識庫與JAVA相連，借助相應(yīng)Android控件顯示系統(tǒng)輸入信息，實(shí)現(xiàn)故障診斷。

（二）分布式系統(tǒng)性能監(jiān)測技術(shù)

采用綜合航電系統(tǒng)PHM技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)測，主要通過在航電系統(tǒng)、子系統(tǒng)等不同層級上針對其特征參數(shù)開展分布式性能監(jiān)測，獲取到被測設(shè)備的工作電流、工作溫度、溫度應(yīng)力等監(jiān)測參數(shù)，進(jìn)而分析工作電流出現(xiàn)顯著變化的設(shè)備或電子元件，有效定位故障點(diǎn)。

（三）剩余能力評估技術(shù)

針對設(shè)備剩余能力進(jìn)行評估，主要包含HMM計(jì)算法與貝葉斯網(wǎng)絡(luò)計(jì)算法兩種技術(shù)。依照故障診斷、故障隔離、系統(tǒng)重構(gòu)的順序針對被測設(shè)備的現(xiàn)有工作模式、工作狀態(tài)進(jìn)行評估與預(yù)測，衡量設(shè)備的正常工作能力。具體來說，設(shè)備剩余能力可以利用以下兩種方式進(jìn)行評估：其一是設(shè)備功能性參數(shù)的變化，例如當(dāng)雷達(dá)設(shè)備發(fā)生故障后，評估其對于待測目標(biāo)探測距離的縮短量；其二是設(shè)備完成功能的概率，以此評定不同設(shè)備的健康度等級。總體看來，剩余能力評估技術(shù)主要以設(shè)備在正常工作狀態(tài)下的能力為基準(zhǔn)，通過收集設(shè)備性能狀態(tài)參數(shù)的實(shí)時變化情況，借助評估算法模型計(jì)算出設(shè)備相較于正常工作狀態(tài)下的偏離程度，進(jìn)而得出設(shè)備剩余能力，用以評判設(shè)備故障的嚴(yán)重程度。

（四）故障預(yù)測技術(shù)

通常航電系統(tǒng)內(nèi)包含大量元器件，不同元器件的故障模式、失效時長存在明顯差異，一定程度上增加了故障診斷難度。對此可采用以下三種方法進(jìn)行故障診斷：其一是累積損傷預(yù)測技術(shù)，基于元器件失效的物理/數(shù)學(xué)模型及失效機(jī)理進(jìn)行產(chǎn)品性能、工作載荷、運(yùn)行環(huán)境等因素的分析；其二是故障征兆檢測技術(shù)，主要用于檢測故障元器件或設(shè)備工作電流、溫度、匹配阻抗等參數(shù)或特征物理量存在的變化；其三是故障預(yù)警監(jiān)測技術(shù)，通過將預(yù)警芯片裝入待測設(shè)備內(nèi)進(jìn)行故障預(yù)測，預(yù)警芯片工作電路的故障模式與被監(jiān)測設(shè)備相同，失效率要高于被監(jiān)測設(shè)備[2]。

結(jié)論：總而言之，飛機(jī)航電系統(tǒng)的故障分析與診斷涉及到設(shè)計(jì)方、使用方與維修單位等多個主體間的密切配合，依托故障數(shù)據(jù)庫的建設(shè)實(shí)現(xiàn)故障排查定位的有效落實(shí)，敦促檢修人員不斷提高自身故障診斷水平與工作經(jīng)驗(yàn)，在實(shí)踐總結(jié)中提升故障診斷效率，為航空事業(yè)發(fā)展提供有力支持。