民用飛機(jī)復(fù)雜航電系統(tǒng)故障診斷研究

張鵬

摘要：文章對(duì)民用飛機(jī)復(fù)雜航電系統(tǒng)故障診斷進(jìn)行了研究，通過使用故障樹分析法和基于征兆的推理分析法相結(jié)合的方式合理優(yōu)化了排故方案，極大地減少飛機(jī)停場(chǎng)周期，提高飛機(jī)運(yùn)營(yíng)的經(jīng)濟(jì)效益，為民用飛機(jī)復(fù)雜航電系統(tǒng)故障診斷提供一個(gè)可行的參考方法。

關(guān)鍵詞：民機(jī)；航空電子系統(tǒng)；故障診斷；數(shù)據(jù)分析

就民用飛機(jī)日常地面維護(hù)任務(wù)來說，大部分飛機(jī)航電系統(tǒng)故障通過更換LRU（航線可更換單元）或LRM（航線可更換組件）就能排除，排故思路方法比較簡(jiǎn)單，對(duì)維護(hù)人員技能要求也不高。地面維護(hù)人員只要能夠熟悉系統(tǒng)的原理和構(gòu)造，通過查閱對(duì)應(yīng)故障系統(tǒng)的相關(guān)手冊(cè)，并根據(jù)航電設(shè)備的故障代碼，找到相關(guān)章節(jié)的排故程序?qū)⒐收吓懦?。然而有的故障比較復(fù)雜且不在故障隔離手冊(cè)或飛機(jī)維護(hù)手冊(cè)涵蓋范圍內(nèi)，就不能通過簡(jiǎn)單的串件進(jìn)行排除，依舊需要依靠維修人員的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行綜合判斷，對(duì)飛機(jī)地面維護(hù)人員的維修技能水平以及維修經(jīng)驗(yàn)的積累有很大的依賴。

面對(duì)復(fù)雜的航電系統(tǒng)故障，如何快速有效地進(jìn)行排除，減少飛機(jī)的停場(chǎng)時(shí)間，是目前各家航空公司都亟需解決的重大問題。

1.故障診斷的概念

故障診斷是利用各種檢查和測(cè)試方法，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和異常情況作出判斷，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)和設(shè)備是否存在故障的過程，從而進(jìn)一步確定故障所在大致部位，并根據(jù)診斷作出判斷，為系統(tǒng)故障恢復(fù)提供依據(jù)，是一門綜合性強(qiáng)、涉及多學(xué)科的技術(shù)。

1.1故障診斷基本任務(wù)

故障診斷的主要任務(wù)有：故障檢測(cè)、故障類型判斷、故障定位及故障恢復(fù)等。

（1）故障檢測(cè)：與系統(tǒng)建立連接后，周期性地向下位機(jī)發(fā)送檢測(cè)信號(hào)，通過接收的響應(yīng)數(shù)據(jù)幀，判斷系統(tǒng)是否產(chǎn)生故障。

（2）故障類型判斷：系統(tǒng)在檢測(cè)出故障之后，通過分析原因，判斷出系統(tǒng)故障的類型。

（3）故障定位：根據(jù)故障檢測(cè)和故障類型判斷的基礎(chǔ)上，細(xì)化故障種類，診斷出系統(tǒng)具體故障部位和故障原因，為故障恢復(fù)做準(zhǔn)備。

（4）故障恢復(fù)：根據(jù)故障原因，采取不同的措施，對(duì)系統(tǒng)故障進(jìn)行排除。

1.2故障類型

飛機(jī)航空電子系統(tǒng)的故障類型大致分為軟件故障和硬件故障兩種，具體有以下幾個(gè)方面：

（1）飛機(jī)線路故障。此類故障比較隱蔽，可分導(dǎo)線接地和導(dǎo)線接地不良兩種情況。主要是由于導(dǎo)線絕緣層破損，裸露的金屬導(dǎo)線與屏蔽金屬網(wǎng)接觸所導(dǎo)致的。

（2）系統(tǒng)內(nèi)的部件故障。此類故障常導(dǎo)致單個(gè)設(shè)備不工作或系統(tǒng)某項(xiàng)功能不正常，與線路方面的故障相比，簡(jiǎn)單易查但不好控制。

（3）系統(tǒng)的軟件故障。在飛機(jī)上裝機(jī)的綜合航電系統(tǒng)部件軟件大多代碼容量較大、模塊較多，不乏出現(xiàn)符號(hào)漏寫、軟件算法設(shè)計(jì)不完善、各交聯(lián)系統(tǒng)軟件傳輸信號(hào)不匹配等現(xiàn)象，導(dǎo)致在某種特定的環(huán)境下整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)不暢，部分功能癱瘓。

（4）外界因素導(dǎo)致的故障。外界因素導(dǎo)致的故障是一種較為特殊類型的故障，因?yàn)椴皇怯上到y(tǒng)內(nèi)部原因造成的，有時(shí)甚至是一些讓人無法想到的偶然因素所造成的。

2.航電系統(tǒng)常用故障診斷方法介紹

隨著航空電子系統(tǒng)故障診斷技術(shù)的不斷進(jìn)步，依據(jù)各個(gè)子系統(tǒng)的特性及不同故障模式和故障情況發(fā)展出多種有針對(duì)性的故障診斷方法，例如模糊推理法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)、故障樹法、專家系統(tǒng)法、征兆推理法、因果網(wǎng)絡(luò)法、案例推理法等，每種故障診斷分析方法都有不同的特點(diǎn)和使用的條件。這些故障診斷方法最終可歸納為三大類：基于解析模型的故障診斷方法、基于信號(hào)處理的故障診斷方法、基于知識(shí)的故障方法。

2.1基于解析模型的故障診斷方法

該方法是通過對(duì)診斷對(duì)象的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行數(shù)學(xué)分析而獲得故障信息的一類故障檢測(cè)技術(shù)。優(yōu)點(diǎn)：可實(shí)現(xiàn)故障的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)診斷。局限性：由于實(shí)際工程應(yīng)用中難以取得精確的系統(tǒng)模型，使其應(yīng)用的范圍和效果受到限制。

2.2基于信號(hào)處理的故障診斷方法

該方法是通過使用小波變換、分形等技術(shù)對(duì)信號(hào)模型的數(shù)學(xué)函數(shù)和信號(hào)特性等加以分析，進(jìn)而獲得信號(hào)特征值的一類故障檢測(cè)技術(shù)。優(yōu)點(diǎn)：無需故障模型，簡(jiǎn)單易行。局限性：由于對(duì)故障信息無法充分的利用，并且故障現(xiàn)象和故障源之間的關(guān)聯(lián)存在著不確定的因素，從而導(dǎo)致對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)故障分析時(shí)引起遺漏和誤判。

2.3基于知識(shí)的故障診斷方法

這種方法是通過模擬人腦的邏輯思維，并利用專家知識(shí)進(jìn)行推理而獲得故障信息的一類故障診斷技術(shù)。優(yōu)點(diǎn)：無需定量數(shù)學(xué)模型，可充分利用故障信息。局限性：算法復(fù)雜度較高，受人的經(jīng)驗(yàn)影響較大。

由上述故障診斷方法介紹可知，任何故障診斷方法都有一定的局限性，實(shí)際工程應(yīng)用中應(yīng)針對(duì)故障特點(diǎn)采用相適應(yīng)的故障診斷方法。除此之外，還可以通過多種故障診斷方法的融合，提高故障診斷的效率和容錯(cuò)能力。

3.航電系統(tǒng)維修保障方式介紹

按照目前航電系統(tǒng)維修保障的工作模式，其方式可分為4類，即離位檢查、原位檢測(cè)、移動(dòng)式綜合檢測(cè)設(shè)備（MITE）檢測(cè)和機(jī)上自檢測(cè)系統(tǒng)（BIT）檢測(cè)。

3.1離位檢查

當(dāng)航電系統(tǒng)中的子系統(tǒng)或系統(tǒng)組件達(dá)到定檢周期或發(fā)生故障時(shí)，將該子系統(tǒng)或系統(tǒng)部件從飛機(jī)上拆下由維修專業(yè)人員進(jìn)行檢查或排故。優(yōu)點(diǎn)：直接、針對(duì)性強(qiáng)。局限性：維修保障周期長(zhǎng)，恢復(fù)時(shí)與原裝機(jī)的狀態(tài)存在差異的可能性，且在拆卸和安裝過程中容易引起其他關(guān)聯(lián)系統(tǒng)部件的損壞。

3.2原位檢測(cè)

當(dāng)航電系統(tǒng)中的子系統(tǒng)或系統(tǒng)組成單元達(dá)到定檢周期或發(fā)生故障時(shí)，用該子系統(tǒng)或系統(tǒng)組成單元專用的檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行在線檢測(cè)，查找和隔離出故障，并找到外場(chǎng)可更換的最小單元（LRU），予以排故。優(yōu)點(diǎn)：原位檢測(cè)克服了離位檢查的缺點(diǎn)，有在線、仿真的優(yōu)點(diǎn)。局限性：所需要的專用檢測(cè)設(shè)備多，不方便攜帶，維修費(fèi)用較高。

3.3移動(dòng)式綜合檢測(cè)設(shè)備檢測(cè)

這種檢測(cè)是以計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試為核心的測(cè)試系統(tǒng)，主要由數(shù)據(jù)采集、處理、分析、判斷、估值、輸入、輸出、容錯(cuò)、自檢、報(bào)警等子程序組成，主要用于對(duì)總線數(shù)據(jù)傳輸類設(shè)備的故障檢測(cè)和排查。優(yōu)點(diǎn)：測(cè)試準(zhǔn)確性和可靠性較高，方便攜帶，且相對(duì)原位和離位檢查所需投入人力、物力、費(fèi)用大為減少。局限性：設(shè)備研制復(fù)雜，費(fèi)用昂貴。

3.4自檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)

自檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)是指系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)置的提供檢測(cè)和故障隔離的自動(dòng)測(cè)試功能。優(yōu)點(diǎn)：提高故障診斷能力，簡(jiǎn)化設(shè)備維修，降低總體維修費(fèi)用。局限性：自檢測(cè)系統(tǒng)的尺寸、重量、布置等因素會(huì)受到飛機(jī)結(jié)構(gòu)、重量等種種因素的限制有。

4.復(fù)雜航電系統(tǒng)故障診斷方法研究

根據(jù)民用飛機(jī)復(fù)雜航電系統(tǒng)的故障特性，需要對(duì)故障所涉及的系統(tǒng)理清其工作原理，梳理各系統(tǒng)之間的信號(hào)傳遞關(guān)系，并依據(jù)外場(chǎng)的故障現(xiàn)象逐一排除干擾的故障源，最后依據(jù)系統(tǒng)的接口控制文件（ICD）的定義分析找出告警產(chǎn)生的故障源。為此，按照故障診斷分析法的特點(diǎn)，需要使用故障樹分析法、基于征兆的推理法和數(shù)據(jù)流捕獲分析法。具體特點(diǎn)如下：

4.1故障樹分析法

這是一種從上層系統(tǒng)到部件，再到部件功能，按從上至下分析的方法。可以用來分析零件、部件或子系統(tǒng)故障對(duì)系統(tǒng)故障的影響，其中包括人為因素和環(huán)境條件。對(duì)系統(tǒng)故障不但可以作定性的分析也可以作定量的分析；不僅可以分析由單一構(gòu)件所引起的系統(tǒng)故障，而且也可以分析多個(gè)構(gòu)件不同模式故障而產(chǎn)生的系統(tǒng)故障情況。

4.2基于征兆的推理法

征兆推理分析法由一個(gè)或幾個(gè)己知的判斷（前提），推導(dǎo)出一個(gè)未知的結(jié)論的過程，其作用是從己知的現(xiàn)象和知識(shí)運(yùn)用邏輯證明或數(shù)學(xué)運(yùn)算，得出一般性概念、原則或結(jié)論。

4.3數(shù)據(jù)流捕獲分析法

隨著國(guó)內(nèi)外航空工業(yè)的快速發(fā)展，航空電子技術(shù)在數(shù)字化和綜合化的方向有長(zhǎng)足的進(jìn)步，總線技術(shù)因其優(yōu)秀的性能在航空電子系統(tǒng)中發(fā)揮巨大的作用，在航空機(jī)載系統(tǒng)的設(shè)備中廣泛的應(yīng)用。總線數(shù)據(jù)流捕獲分析就是通過總線檢測(cè)設(shè)備接收總線上某個(gè)端口的數(shù)據(jù)，將捕獲的總線數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到設(shè)備的數(shù)據(jù)記錄模塊中，然后通過人為進(jìn)行進(jìn)口控制文件的比對(duì)，進(jìn)行故障的解析的過程。

5.結(jié)語(yǔ)

隨著民機(jī)航電系統(tǒng)的快速發(fā)展，航空機(jī)載電子設(shè)備正向綜合處理、綜合顯示、集中控制方向發(fā)展。民機(jī)航電系統(tǒng)作為一個(gè)復(fù)雜大型系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)錯(cuò)綜復(fù)雜，可觀測(cè)變量多，故障診斷難度大。通過引入故障樹分析法、基于征兆的推理分析法和數(shù)據(jù)流捕獲分析法的測(cè)試診斷技術(shù)，探索了復(fù)雜航電系統(tǒng)故障診斷的體系構(gòu)架方案，并為類似系統(tǒng)架構(gòu)的故障提供了一種排查的參考方法。