大數(shù)據(jù)方法在航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能監(jiān)控中的應(yīng)用

薛慶增

摘 要： 將大數(shù)據(jù)方法應(yīng)用到航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能監(jiān)控領(lǐng)域， 克服了傳統(tǒng)閥值監(jiān)控的弊端， 提高了監(jiān)控的精度和效率。建立發(fā)動(dòng)機(jī)性能參數(shù)與故障模式的知識(shí)庫(kù)， 以及性能參數(shù)與發(fā)動(dòng)機(jī)剩余使用壽命的知識(shí)庫(kù)。利用大數(shù)據(jù)理論模型， 預(yù)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)性能參數(shù)的變化趨勢(shì)，判斷其性能狀況。

關(guān)鍵詞： 大數(shù)據(jù)； 擴(kuò)展功能； 性能監(jiān)控； 知識(shí)庫(kù)

中圖分類號(hào)：V263.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）01（a）-0000-00

1 大數(shù)據(jù)概念和作用

大數(shù)據(jù)是當(dāng)今提及的比較多的詞語(yǔ)，Google/baidu的搜索服務(wù)就是一個(gè)典型的大數(shù)據(jù)搜索應(yīng)用。其主導(dǎo)思想： 根據(jù)客戶的需求， Google/Baidu實(shí)時(shí)從全球海量的數(shù)字資產(chǎn)（或數(shù)字垃圾）中快速找出最可能最接近的答案，呈現(xiàn)給客戶，這就是一個(gè)最典型的大數(shù)據(jù)服務(wù)的例子。只不過(guò)這只是一個(gè)簡(jiǎn)單的商業(yè)應(yīng)用模式，當(dāng)時(shí)并沒(méi)有形成和上升到概念的層面[1，2]。

發(fā)動(dòng)機(jī)性能監(jiān)控是維修保障的關(guān)鍵環(huán)節(jié)， 將大數(shù)據(jù)方法與發(fā)動(dòng)機(jī)性能監(jiān)控結(jié)合在一起， 監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)的異常變化。并且利用大數(shù)據(jù)方法預(yù)測(cè)性能參數(shù)的變化趨勢(shì)， 進(jìn)一步判斷其性能狀況。

2應(yīng)用大數(shù)據(jù)方法監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)性能

發(fā)動(dòng)機(jī)使用時(shí)間跨度大，使用次數(shù)多，狀態(tài)變換頻繁。對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行有效的使用和管理是維修保障工作的重中之重。發(fā)動(dòng)機(jī)在準(zhǔn)備以及大修后， 都要對(duì)其進(jìn)行試車， 在沒(méi)有飛參回傳系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)時(shí)， 以保障人員的感官和經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合儀表的有限讀數(shù)判斷發(fā)動(dòng)機(jī)的性能狀況；飛機(jī)在飛行時(shí)， 更多是依據(jù)經(jīng)驗(yàn)以及飛行員反映的問(wèn)題判斷發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。

這種方法雖然更多的發(fā)揮了機(jī)械師等人的主觀能動(dòng)性，有模擬儀表提供少量數(shù)據(jù)， 但主要是靠經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行維護(hù)，帶有很強(qiáng)的主觀性。主要表現(xiàn)為以下兩點(diǎn)：

第一， 經(jīng)驗(yàn)性維修思想仍占有一定地位。維修過(guò)程、內(nèi)容、方式、時(shí)機(jī)的確定還不夠科學(xué)、規(guī)范， 有的偏離了維修規(guī)律；

第二， 對(duì)預(yù)防性維修作用的認(rèn)識(shí)還存在偏差， 工作略帶一些盲目?？傄詾樗泄收隙伎梢酝ㄟ^(guò)預(yù)防性維修予以消除， 試圖通過(guò)“多做工作、勤檢查”來(lái)杜絕可能出現(xiàn)的所有故障，這樣做往往適得其反， 造成了裝備的過(guò)度維修。

近幾年， 數(shù)據(jù)逐漸被視為一種資源， 數(shù)據(jù)儲(chǔ)存與分析越來(lái)越受到重視?；跀?shù)據(jù)的發(fā)動(dòng)機(jī)性能監(jiān)控已然成為維修保障的重要環(huán)節(jié)。

在加裝飛參回傳和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)后， 給維修工作提供了一個(gè)全新的發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)平臺(tái)， 采集到的參數(shù)是發(fā)動(dòng)機(jī)乃至飛機(jī)性能最直觀的表現(xiàn)。依據(jù)這些數(shù)據(jù)，可以更為詳細(xì)的了解發(fā)動(dòng)機(jī)的性能狀況、故障模式等， 配合維護(hù)人員的經(jīng)驗(yàn)以及維護(hù)規(guī)程等措施，可以及早的發(fā)現(xiàn)故障，更為準(zhǔn)確的定位故障和排除故障。

由于傳感器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量巨大，相應(yīng)配備了發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)控軟件和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備， 可以收集和存儲(chǔ)這些數(shù)據(jù)。這為利用大數(shù)據(jù)方法監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)性能提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

3 大數(shù)據(jù)方法在發(fā)動(dòng)機(jī)性能監(jiān)控的具體應(yīng)用

大數(shù)據(jù)最基本的功能就是將存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化分析。維護(hù)人員通過(guò)研究曲線的變化， 了解發(fā)動(dòng)機(jī)的性能狀況， 掌握其使用情況， 便于進(jìn)一步做好保障工作。

一般來(lái)講， 直接描點(diǎn)法往往表示發(fā)動(dòng)機(jī)性能的效果不夠理想。要深層次得到發(fā)動(dòng)機(jī)性能信息， 就必須進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘以及數(shù)學(xué)變換分析。建立性能參數(shù)與發(fā)動(dòng)機(jī)性能的映射關(guān)系庫(kù)。結(jié)合具體情況，利用大數(shù)據(jù)平臺(tái)建立以下幾個(gè)關(guān)鍵的知識(shí)庫(kù)。

（1）建立發(fā)動(dòng)機(jī)性能參數(shù)與故障模式的知識(shí)庫(kù)。收集發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)不同故障模式時(shí)對(duì)應(yīng)的參數(shù)， 包括滑油數(shù)據(jù)， 試車數(shù)據(jù)，飛行數(shù)據(jù)等， 這些參數(shù)作為表征發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)特定故障模式對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)。在發(fā)動(dòng)機(jī)工作參數(shù)基礎(chǔ)上，利用數(shù)據(jù)挖掘算法學(xué)習(xí)（神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法等），建立大數(shù)據(jù)模型，將反映發(fā)動(dòng)機(jī)性能的參數(shù)帶入到大數(shù)據(jù)模型中， 利用匹配算法， 如果此時(shí)輸入的參數(shù)對(duì)應(yīng)知識(shí)庫(kù)中某種故障模式的參數(shù)， 那么就可以判定發(fā)動(dòng)機(jī)可能處于某種故障模式。

（2）建立發(fā)動(dòng)機(jī)性能參數(shù)與剩余使用壽命的知識(shí)庫(kù)。發(fā)動(dòng)機(jī)的剩余使用壽命一直是人員最關(guān)心的問(wèn)題。維護(hù)規(guī)程規(guī)定： 發(fā)動(dòng)機(jī)每到一定使用時(shí)間， 必須進(jìn)廠大修； 到達(dá)使用壽命， 必須報(bào)廢處理。發(fā)動(dòng)機(jī)使用期間， 還要進(jìn)行維護(hù)工作。理論上講， 每進(jìn)行一次修理， 發(fā)動(dòng)機(jī)的剩余使用壽命便得到增加。建立發(fā)動(dòng)機(jī)性能參數(shù)（包括滑油數(shù)據(jù)，飛行數(shù)據(jù)，試車數(shù)據(jù)）與其剩余壽命的大數(shù)據(jù)模型（例如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)非線性映射關(guān)系）， 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)一次修理后， 利用大數(shù)據(jù)模型得到其剩余壽命， 為后續(xù)使用以及維修計(jì)劃提供指導(dǎo)。

（3）建立發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控的大數(shù)據(jù)模型。直接描點(diǎn)法顯示發(fā)動(dòng)機(jī)性能變化趨勢(shì)， 但有時(shí)受一些干擾等因素， 存在參數(shù)波動(dòng)的現(xiàn)象， 不能清楚的顯示發(fā)動(dòng)機(jī)性能變化趨勢(shì)。利用大數(shù)據(jù)方法（支持向量機(jī)模型）， 擬合出平穩(wěn)的性能變化趨勢(shì)。計(jì)算原始數(shù)據(jù)與擬合曲線的差值， 得到殘差。當(dāng)參數(shù)殘差超過(guò)閥值時(shí)， 應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注相關(guān)部件。相比較以前的簡(jiǎn)單閥值標(biāo)準(zhǔn)，更為準(zhǔn)確的判斷發(fā)動(dòng)機(jī)性能。利用大數(shù)據(jù)模型， 預(yù)測(cè)其性能參數(shù)的變化趨勢(shì)， 預(yù)先判斷其性能狀況， 提前做好維修保障工作。

4 大數(shù)據(jù)方法的擴(kuò)展應(yīng)用

以上三點(diǎn)是大數(shù)據(jù)方法在發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)控中的應(yīng)用。發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)采集系統(tǒng)收集的數(shù)據(jù)種類很多，包括飛行時(shí)間、油門桿角度、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等信息。參照這些數(shù)據(jù)（包括推油門的時(shí)機(jī)及時(shí)間長(zhǎng)短等參數(shù)）以及飛行動(dòng)畫， 分析飛行員的駕駛動(dòng)作與飛行品質(zhì)， 矯正不良飛行習(xí)慣， 讓他在最短時(shí)間內(nèi)飛行技術(shù)取得最大的提高。

另一方面， 統(tǒng)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)各種故障形式， 以及相關(guān)的環(huán)境因素， 建立大數(shù)據(jù)模型， 擬合出發(fā)動(dòng)機(jī)各種故障形式的故障率的變化規(guī)律。也可以將多臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行比較， 得到同一批次發(fā)動(dòng)機(jī)故障的分布規(guī)律。找到同批次發(fā)動(dòng)機(jī)的共同特點(diǎn)， 不同發(fā)動(dòng)機(jī)特有的故障形式。在存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對(duì)飛參數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析與學(xué)習(xí)， 自動(dòng)更新發(fā)動(dòng)機(jī)趨勢(shì)分析中的報(bào)警閥值， 指導(dǎo)發(fā)動(dòng)機(jī)的監(jiān)控工作。

大數(shù)據(jù)不僅體現(xiàn)在有形的數(shù)據(jù)上， 文字信息與圖片信息應(yīng)同樣受到重視。這些便于更為徹底的了解發(fā)動(dòng)機(jī)的性能， 方便后續(xù)的維護(hù)保障工作。

5結(jié)語(yǔ)

讓數(shù)據(jù)說(shuō)話， 用數(shù)據(jù)指導(dǎo)保障工作， 是維修保障非常重要內(nèi)容。但數(shù)據(jù)不是萬(wàn)能的， 必須結(jié)合具體實(shí)踐工作， 配合維護(hù)人員的維修經(jīng)驗(yàn)， 結(jié)合維護(hù)規(guī)程等， 認(rèn)真研究發(fā)動(dòng)機(jī)的構(gòu)造和原理， 充分發(fā)揮維護(hù)保障人員的主觀能動(dòng)性， 主客觀同時(shí)起效， 才能使飛行保障建設(shè)更上一個(gè)新臺(tái)階！

參考文獻(xiàn)

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[2] 全石峰. 云計(jì)算環(huán)境下大數(shù)據(jù)處理對(duì)電子商務(wù)發(fā)展的作用[J]. 電腦知識(shí)與技術(shù). 2013： 9（20）： 4762-4763， 4770.