航空電子設(shè)備故障診斷技術(shù)研究

王燦

（中國海警局直屬第一局，浙江 舟山 316111）

0 引言

國際形勢緊迫，軍事領(lǐng)域關(guān)系著國家的安全與發(fā)展，因此對武器設(shè)備的保障性、可行性與維修性都要求較高。現(xiàn)代化工業(yè)不斷邁向新臺階，科學(xué)技術(shù)更迭日漸迅猛，尤其是計算機(jī)技術(shù)，導(dǎo)致相關(guān)設(shè)備的結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)復(fù)雜化，自動化，智能化等[1]。所以，航空領(lǐng)域，要統(tǒng)籌規(guī)劃，從整體層面加以考慮，保證設(shè)備之間的分工合作，促進(jìn)分設(shè)備的聯(lián)合，以便提升系統(tǒng)的配合度。一旦任何一個設(shè)備中的任何一處發(fā)生故障，都將產(chǎn)生牽一發(fā)而動全身的效果，導(dǎo)致整個系統(tǒng)無法穩(wěn)定運行，甚至造成停機(jī)等不可想象的后果。可見，加強(qiáng)航空電子設(shè)備的檢測與診斷，保證飛行安全和任務(wù)完成，不容懈怠。

1 分析電子設(shè)備故障的幾種方法

電子電路故障診斷主要是按照電子電路的可集結(jié)點以及端口的相關(guān)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行測試。要以電子電路的可集結(jié)點作為切實依據(jù)，綜合考慮端口數(shù)據(jù)信息，準(zhǔn)確斷定當(dāng)前的設(shè)備狀態(tài)，確定故障的發(fā)生部位，預(yù)測可能存在的故障隱患。要科學(xué)評判電子產(chǎn)品的實際運行情況，設(shè)置維修的有效提醒標(biāo)識。

1.1 數(shù)字電路中的隱患類型與診斷模式

數(shù)字電路設(shè)備裝包含元器件、電路和設(shè)備等物理故障，存在各種風(fēng)險因素與不定元素，為了精準(zhǔn)確定電路故障，確定設(shè)備影響，查找故障存在的位置，應(yīng)該對故障進(jìn)行科學(xué)分類，選擇最代表性的故障，如固定型故障、暫態(tài)故障、橋接故障等。開展電路診斷過程中，主要包括窮舉測試法，偽窮舉測試法，測試碼生成法等[2]。

首先窮舉測試法，主要是將需要測試碼輸入電路，觀察電路輸出是否與正確的邏輯功能相符合，以此來判斷被測電路存在故障。其次，偽窮舉測試法，主要采取窮舉測試法，使不同的電路都可以運用窮舉測試法，減少測試數(shù)量，提升檢測的可行性。最后利用測試碼生成法?？梢杂行Ы鉀Q窮舉測試中數(shù)量過多，測試時間長的問題，這一方法主要針對故障與進(jìn)行預(yù)測。對可能出現(xiàn)的故障進(jìn)行定位。

1.2 模擬電路故障采取的診斷方式

與數(shù)字電路故障診斷方式不同，模擬電路故障診斷的理論與方法稍遜一籌。究其原因在于模擬電路存在的連續(xù)性、非線性等相關(guān)特征，導(dǎo)致故障建模分析出現(xiàn)障礙與不確定情況，因此，無法確切模擬電路的實際設(shè)計。

2 對航空電子設(shè)備故障診斷方法進(jìn)行合理分類

2.1 采取信號處理方法進(jìn)行故障診斷

信號處理法主要是借助于信號模型，例如自回歸、滑動平均、函數(shù)、小波變換等技術(shù)。對可測信號進(jìn)行分析，并獲取幅值方差頻率的相關(guān)特征值對航空電子設(shè)備進(jìn)行故障檢測。在這之中，主要方法有小波變換方法，這是一種分析模式，本身具有多分頻分析的特征，適用于相對穩(wěn)定信號的奇異性分析，再對故障檢測過程中需要對獲取到的信號進(jìn)行小波變化。當(dāng)變化之后的信號中，不再考慮變化奇異點，確定奇異點的位置。由于小波變換方式能夠?qū)Ξa(chǎn)生的噪聲和突變進(jìn)行科學(xué)區(qū)分，因此對故障檢測的準(zhǔn)確度、靈敏性較高，能夠有效克服噪聲，但是若應(yīng)用于大尺度下將會出現(xiàn)延誤進(jìn)度，影響診斷結(jié)果的現(xiàn)象發(fā)生。這幾年，小波變換法理論研究不斷深入，受到廣泛的使用。其二，主元分析法，這是一種能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行壓縮，以提取主要信息的模式，可以在線實時診斷。通常用應(yīng)用于對一些規(guī)模較大、變化趨勢較快的工業(yè)過程進(jìn)行監(jiān)控。主元分析主要是利用屬歷史數(shù)據(jù)，構(gòu)建主元模型。如果實測信號與主元模型之間產(chǎn)生矛盾，便可確認(rèn)發(fā)生了故障，同時通過數(shù)據(jù)的采集與分析確定，消除故障。主元分析法中，可以有效檢測大量繁雜的信息故障，同時可以為信號與處理法進(jìn)行補(bǔ)充特征量。

2.2 利用解析模型進(jìn)行故障檢測

解析模型診斷法，主要是在確定需要診斷的對象數(shù)據(jù)模型上采取數(shù)學(xué)模式，對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行測試診斷。主要劃分為狀態(tài)估計法與參數(shù)估計法兩種。在運用這種方法進(jìn)行故障診斷時，首先應(yīng)該形成殘差，也就是輸出真實系統(tǒng)與狀態(tài)觀測器中產(chǎn)生的差值。然后從殘差中獲取故障特征，便于診斷故障類型與定位。現(xiàn)階段雖然解析模型法研究相對深入，但是由于數(shù)學(xué)模型對象不夠精確，因此削弱了解析模型法的使用效果[3]。

2.3 知識化故障檢測法

當(dāng)前社會中，人工智能與云計算成為新時代運行的砝碼。就航空電子設(shè)備故障檢測來說，人工智能與計算機(jī)為故障檢測工作創(chuàng)建了理論條件，設(shè)計出以知識為基礎(chǔ)的診斷方式，這一方法不再要求確定數(shù)據(jù)精確的模型，并且具有智能化特征，可以靈活應(yīng)用?；谥R故障診斷方式，可以劃分為專家系統(tǒng)故障診斷，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷、故障樹故障診斷法等，以下對這些方法進(jìn)行粗略說明：

第一，專家系統(tǒng)故障診斷法。當(dāng)利用計算機(jī)對診斷對象的相關(guān)數(shù)據(jù)信息獲取以后，需要充分考慮到不同的規(guī)則進(jìn)行推理。同時應(yīng)用不同的程序，索取用戶的相關(guān)信息，確定最終障礙和可能出現(xiàn)的障礙。然后由用戶進(jìn)行核實信息，專家故障診斷方法主要有數(shù)據(jù)庫、推理機(jī)、人機(jī)接口等組成。第二，模糊故障診斷法。主要是確定故障與征召之間的關(guān)系，來判斷設(shè)備的運行狀態(tài)?？紤]到現(xiàn)實條件的繁瑣性，直接明確故障與征兆之間的聯(lián)系很難，無法運用精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)模型進(jìn)行表示，同時由于故障狀態(tài)出現(xiàn)不確定性，因此無法明確最終的診斷結(jié)果以及故障出現(xiàn)的具體位置，由此便產(chǎn)生了模糊故障診斷法?？梢哉f，模糊故障診斷法主要是運用模糊集合論中的隸屬函數(shù)與模糊關(guān)系矩陣，確定故障與征兆之間存在的各種聯(lián)系，并對即將出現(xiàn)的故障進(jìn)行診斷。這種方法相對簡單，應(yīng)用便捷，可以直接獲取結(jié)論。

第三，故障樹模型。主要以被診斷對象的功能特征與實際結(jié)構(gòu)作為理論依據(jù)，是一種具有特定性的因果模型。借助于邏輯門來表示，系統(tǒng)最不希望發(fā)生事件與有可能出現(xiàn)事件之間的關(guān)系，由此形成一種倒樹狀結(jié)構(gòu)，充分反應(yīng)特征向量與故障向量之間的邏輯關(guān)系。當(dāng)運用故障數(shù)對故障進(jìn)行搜索診斷時，由于搜索方式不同，可以劃分為邏輯推理診斷法與最小割集診斷法。二者都可以具備規(guī)則診斷與定量診斷的優(yōu)勢。

第四，借助神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷法。事實上，對航空電子設(shè)備進(jìn)行故障診斷主要利用故障模式識別的方式。但是人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由于自身存在一定的局限性，例如自學(xué)性、自組織性、聯(lián)想記憶功能等，導(dǎo)致傳統(tǒng)模式識別無法合理解決故障的診斷?，F(xiàn)階段，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷作為一種新型技術(shù)寵兒，深受各界精英的熱愛與好評。

3 航空電子設(shè)備故障診斷的發(fā)展展望

航空電子設(shè)備故障診斷技術(shù)，已經(jīng)經(jīng)歷過幾十年的發(fā)展，并總結(jié)了各種診斷模式，取得了豐碩的成績，例如遠(yuǎn)程智能診斷技術(shù)，能夠在空間飛行器等大型復(fù)雜化的設(shè)備中進(jìn)行診斷檢測，保證故障預(yù)報，避免出現(xiàn)各種安全事故。電子設(shè)備專家系統(tǒng)診斷法可以應(yīng)用于國內(nèi)外大型企業(yè)設(shè)備管理當(dāng)中，保證了設(shè)備運行的安全性，可靠性。設(shè)計人員要秉承著可測試性設(shè)計思想，開展故障檢測的研究與推廣，并建立健全系統(tǒng)性城市化的測試可操作標(biāo)準(zhǔn)，是當(dāng)前航空電子電路測試中的重要任務(wù)。這幾年人工智能模擬技術(shù)，計算機(jī)技術(shù)的更迭，促進(jìn)了推動了故障診斷系統(tǒng)進(jìn)入的升級。尤其是電子設(shè)備故障診斷，人工智能技術(shù)受到廣泛應(yīng)用與關(guān)注。以下針對只是為基礎(chǔ)的電子設(shè)備故障診斷發(fā)展方向進(jìn)行討論。

第一點，創(chuàng)新研究故障診斷方法。要合理應(yīng)用新理論，保證電子設(shè)備故障診斷技術(shù)的現(xiàn)代化，像例如小波變換法，信息融合法等，要加強(qiáng)理論研究，保證故障檢測的準(zhǔn)確性。第二點，對故障信息獲取方法的研究。獲取準(zhǔn)確的故障信息是保證診斷故障結(jié)果準(zhǔn)確性的重要依據(jù)。例如多感器信息融合無法在故障診斷中應(yīng)用，主要是難以從不同角度進(jìn)行獲取故障信息，使得故障無法得到有效檢修。所以，現(xiàn)階段應(yīng)該深入研究遠(yuǎn)程故障專家系統(tǒng)，及時獲取遠(yuǎn)離戰(zhàn)場專家的幫助與輔助指導(dǎo)，增強(qiáng)故障的維修效率[4]。

4 結(jié)語

故障檢測技術(shù)，本身具有一定的廣泛性，雖然在現(xiàn)階段的理論研究中取得一定的成績，但仍然缺少實踐應(yīng)用案例，尤其在航空電子設(shè)備檢測系統(tǒng)中，實踐應(yīng)用較少。所以，相關(guān)部門應(yīng)該研究先進(jìn)的理論基礎(chǔ)，并且加強(qiáng)實踐案例的有效探索，對復(fù)雜的航空電子設(shè)備故障加強(qiáng)分析與診斷，打造現(xiàn)代化、智能化、科技化的故障診斷平臺，促進(jìn)航空電子設(shè)備的維修與升級，為國家軍事領(lǐng)域的安全保駕護(hù)航。