基于.NET的小型渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)故障判讀系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

馬同玲，焦華賓，魯　峰，朱鐵濱，余海生

（1.中國(guó)航天科工集團(tuán)31研究所，北京100074；2.南京航空航天大學(xué)江蘇省航空動(dòng)力系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京210016）

基于.NET的小型渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)故障判讀系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

馬同玲1，焦華賓1，魯峰2，朱鐵濱2，余海生1

（1.中國(guó)航天科工集團(tuán)31研究所，北京100074；2.南京航空航天大學(xué)江蘇省航空動(dòng)力系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京210016）

針對(duì)某小型渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)試車(chē)數(shù)據(jù)的故障判讀與診斷問(wèn)題，應(yīng)用先進(jìn)的數(shù)據(jù)庫(kù)管理技術(shù)建立并設(shè)計(jì)了發(fā)動(dòng)機(jī)異常監(jiān)視和故障診斷系統(tǒng)，包含試車(chē)數(shù)據(jù)異常監(jiān)視與試車(chē)故障診斷2大功能模塊。該系統(tǒng)依托.N ET開(kāi)發(fā)平臺(tái)框架，采用以W eb技術(shù)為中心的B/S（Brow ser/Server）結(jié)構(gòu)，以O(shè) racle 10.0g作為試車(chē)故障信息數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)按照系統(tǒng)的功能需求實(shí)現(xiàn)不同試驗(yàn)?zāi)Ｊ较略囓?chē)數(shù)據(jù)故障診斷。試驗(yàn)驗(yàn)證表明：該系統(tǒng)能有效實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)性能、控制參數(shù)的異常判讀和故障診斷。

故障診斷；小型渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)；信息管理；O racle 10.0g數(shù)據(jù)庫(kù)；.N ET開(kāi)發(fā)

0　引言

某型小型渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)在交付前需進(jìn)行驗(yàn)收試車(chē)，并對(duì)試車(chē)數(shù)據(jù)及曲線(xiàn)進(jìn)行判讀，從試車(chē)數(shù)據(jù)中獲取發(fā)動(dòng)機(jī)的性能、控制系統(tǒng)裝定參數(shù)等重要信息，驗(yàn)證發(fā)動(dòng)機(jī)各系統(tǒng)的工作能力是否正常、發(fā)動(dòng)機(jī)是否合格，若發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生故障則需進(jìn)行故障診斷。以往對(duì)試車(chē)數(shù)據(jù)的分析處理均由設(shè)計(jì)人員人工判讀，但該方法存在效率低、易出差錯(cuò)、故障定位準(zhǔn)確率低、安全保密性差等缺陷。因此，開(kāi)展小型渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)試車(chē)數(shù)據(jù)故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)具有顯著的工程實(shí)用價(jià)值。近年來(lái)，有學(xué)者提出利用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)對(duì)飛行器故障進(jìn)行智能診斷的原理和方法［1-2］，以及將數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)應(yīng)用到運(yùn)載火箭數(shù)學(xué)仿真數(shù)據(jù)、導(dǎo)彈設(shè)計(jì)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷上［3-5］。但這些研究主要集中在應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單管理，開(kāi)發(fā)平臺(tái)以及數(shù)據(jù)庫(kù)管理方法不夠靈活，如何更充分利用試車(chē)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)小型渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)出廠(chǎng)性能進(jìn)行檢驗(yàn)還沒(méi)有方便有效的方法和工具。

隨著Web和Internet技術(shù)的不斷發(fā)展［6］，B/S系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（Browser/Server結(jié)構(gòu)）［7-8］與.NET系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境［9-10］因其系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、維護(hù)和使用簡(jiǎn)單，在各領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用［11-12］。

本文介紹了依托.NET開(kāi)發(fā)平臺(tái)框架所建立的小型渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)故障判讀與診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

圖1　故障信息數(shù)據(jù)庫(kù)組成

1　需求分析

渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)故障判讀與診斷系統(tǒng)包括2大功能模塊：試車(chē)故障數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)與調(diào)用功能模塊以及試車(chē)數(shù)據(jù)異常自動(dòng)判讀功能模塊。

試車(chē)故障數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)與調(diào)用模塊通過(guò)試車(chē)數(shù)據(jù)故障信息數(shù)據(jù)庫(kù)的建立實(shí)現(xiàn)，試車(chē)數(shù)據(jù)故障信息數(shù)據(jù)庫(kù)不僅服務(wù)于渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)和方案研究，也為領(lǐng)導(dǎo)決策提供豐富的參考信息，是1個(gè)應(yīng)用與展示相結(jié)合的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，如圖1所示。

其中，“試車(chē)數(shù)據(jù)故障信息”包含各型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)已知故障模式的故障信息，目前主要包括：型號(hào)、發(fā)動(dòng)機(jī)批次、故障產(chǎn)品名稱(chēng)、產(chǎn)品編號(hào)、發(fā)動(dòng)機(jī)編號(hào)、故障日期、故障發(fā)生環(huán)節(jié)、試驗(yàn)編號(hào)、試驗(yàn)內(nèi)容、地點(diǎn)、故障現(xiàn)象關(guān)鍵詞、故障現(xiàn)象、故障原因關(guān)鍵詞、故障原因、處理措施、技術(shù)改進(jìn)措施、管理改進(jìn)措施、故障性質(zhì)、產(chǎn)品來(lái)源、是否是重復(fù)性故障、生產(chǎn)廠(chǎng)家（部門(mén)）、發(fā)現(xiàn)者、問(wèn)題責(zé)任部門(mén)、嚴(yán)重程度、數(shù)量、造成的損失（產(chǎn)品、重新熱試車(chē)次數(shù)、重新上下臺(tái)架次數(shù)等）、重新裝配次數(shù)、報(bào)告名稱(chēng)、典型曲線(xiàn)等。

“故障判據(jù)信息”包含不同型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)各試驗(yàn)?zāi)K故障判據(jù)以及指令判定條件，其內(nèi)容包括：自檢、磨合、干起動(dòng)、濕起動(dòng)、節(jié)流特性、控制規(guī)律驗(yàn)證的試驗(yàn)故障判據(jù)，以及冷、熱起動(dòng)過(guò)程判定條件。

“數(shù)據(jù)曲線(xiàn)信息”包含系統(tǒng)生成的試車(chē)數(shù)據(jù)曲線(xiàn)以及數(shù)據(jù)故障曲線(xiàn)，其內(nèi)容包括：自檢、磨合、干起動(dòng)、濕起動(dòng)、燃油油封、節(jié)流特性、控制規(guī)律驗(yàn)證的試驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線(xiàn)。

試車(chē)數(shù)據(jù)故障診斷功能模塊包括發(fā)動(dòng)機(jī)自檢、磨合、濕起動(dòng)、干起動(dòng)、節(jié)流特性試驗(yàn)、控制規(guī)律驗(yàn)證試驗(yàn)及燃油油封共7大功能模塊，能實(shí)現(xiàn)批產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)在不同試驗(yàn)項(xiàng)目下的試車(chē)數(shù)據(jù)故障診斷功能。

系統(tǒng)在進(jìn)行試車(chē)數(shù)據(jù)故障診斷前，要對(duì)輸入的數(shù)據(jù)完成野點(diǎn)和隨機(jī)噪聲的濾除等信號(hào)預(yù)處理，同時(shí)，有效保留測(cè)試數(shù)據(jù)的真實(shí)波動(dòng)及跳變，確保預(yù)處理后數(shù)據(jù)的真實(shí)性。

系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)信號(hào)預(yù)處理后，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作機(jī)理，結(jié)合用戶(hù)提出的數(shù)據(jù)故障診斷判據(jù)，并考慮計(jì)算機(jī)程序的可實(shí)現(xiàn)性，對(duì)故障診斷規(guī)則進(jìn)行規(guī)格化處理，主要診斷參數(shù)包括性能、電氣、燃油系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)等模擬量以及數(shù)字量參數(shù)。

數(shù)據(jù)輸入，包括.log及二進(jìn)制格式的.bin等多種數(shù)據(jù)格式文件。在數(shù)據(jù)故障診斷中，對(duì)出現(xiàn)的異常數(shù)據(jù)以曲線(xiàn)的形式給予警示和故障信息提示；故障診斷結(jié)束后以文本形式輸出診斷結(jié)果，并形成試車(chē)故障診斷報(bào)告。

2　發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

在定義發(fā)動(dòng)機(jī)故障信息數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，首先必須指定實(shí)體（entity）和關(guān)聯(lián)（relationship），實(shí)體與關(guān)聯(lián)（E-R）模型是概念模型設(shè)計(jì)的有效工具。采用的概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略是自底向上方法，即自頂向下地進(jìn)行需求分析，然后再自底向上地設(shè)計(jì)概念結(jié)構(gòu)。

渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)故障信息數(shù)據(jù)庫(kù)按照需求分析，具體可分為數(shù)據(jù)故障信息、數(shù)據(jù)故障判據(jù)信息和數(shù)據(jù)曲線(xiàn)信息3部分。發(fā)動(dòng)機(jī)故障信息E-R如圖2所示。

圖2　渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)故障信息E-R

故障判據(jù)信息包括自檢、磨合、干起動(dòng)、濕起動(dòng)、燃油油封、節(jié)流特性、控制規(guī)律驗(yàn)證等9部分內(nèi)容，由于各試驗(yàn)?zāi)K傳感器參數(shù)相同，因此，以節(jié)流特性試驗(yàn)為例說(shuō)明，其故障判據(jù)信息E-R如圖3所示。

圖3　節(jié)流特性試驗(yàn)判據(jù)E-R

冷、熱起動(dòng)過(guò)程判據(jù)主要包括吹氣條件、起動(dòng)時(shí)間等定義，其中冷起動(dòng)試驗(yàn)包括自檢、磨合、濕起動(dòng)、干起動(dòng)、燃油油封5項(xiàng)試驗(yàn)，熱起動(dòng)包括節(jié)流特性試驗(yàn)和控制規(guī)律驗(yàn)證試驗(yàn)，其E-R分別如圖4、5所示。

圖4　冷起動(dòng)過(guò)程E-R

圖5　熱起動(dòng)過(guò)程E-R

數(shù)據(jù)曲線(xiàn)信息包括自檢、磨合、干起動(dòng)、濕起動(dòng)、燃油油封、節(jié)流特性、控制規(guī)律驗(yàn)證7種試驗(yàn)項(xiàng)目的數(shù)據(jù)曲線(xiàn)，數(shù)據(jù)曲線(xiàn)信息E-R如圖6所示。

圖6　數(shù)據(jù)曲線(xiàn)信息E-R

在本系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中，采用兩兩集成的方法將局部E-R集成為總體E-R，即：將具有相同實(shí)體的2個(gè)E-R相互集成，直到所有具有相同實(shí)體的E-R均被集成，從而得到渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)故障信息數(shù)據(jù)庫(kù)總體E-R。

在渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)故障信息數(shù)據(jù)庫(kù)概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，E-R是由實(shí)體、實(shí)體的屬性以及實(shí)體的關(guān)聯(lián)3部分組成，因此，轉(zhuǎn)換E-R實(shí)際上就是將實(shí)體、實(shí)體的屬性以及實(shí)體的關(guān)聯(lián)轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式，關(guān)系模式的集合就稱(chēng)為關(guān)系模型的邏輯結(jié)構(gòu)。本次數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)中主要用到的關(guān)系模式如下：

（1）1個(gè)實(shí)體轉(zhuǎn)換為1個(gè)關(guān)系模式，即實(shí)體類(lèi)型的主鍵成為表的主鍵，實(shí)體類(lèi)型的屬性成為表列。

例如，在渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)故障信息表中，故障信息作為1個(gè)實(shí)體，每個(gè)故障現(xiàn)象關(guān)鍵詞，可以惟一標(biāo)識(shí)1種發(fā)動(dòng)機(jī)故障模式，因此，故障信息實(shí)體可以表示為如下關(guān)系模式：故障信息（故障現(xiàn)象關(guān)鍵詞，型號(hào)，發(fā)動(dòng)機(jī)批次，產(chǎn)品編號(hào)，……）。

（2）具有相同碼的關(guān)系模式可以相互合并。如果多個(gè)關(guān)系模式均包含相同的主鍵，則可以將這幾種關(guān)系模式合并，并保留其中1個(gè)主鍵，生成1個(gè)新的關(guān)系模式。

例如，在發(fā)動(dòng)機(jī)故障信息判據(jù)部分，冷、熱起動(dòng)過(guò)程實(shí)體均包含發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)主鍵：冷起動(dòng)過(guò)程（發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)，無(wú)來(lái)流條件，吹中壓氣條件，……）；熱起動(dòng)過(guò)程（發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)，二次起動(dòng)時(shí)間，穩(wěn)態(tài)時(shí)間，……）。

可以將二者合并到1個(gè)新的關(guān)系模式中，即：起動(dòng)過(guò)程（發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)，無(wú)來(lái)流條件，吹中壓氣條件，……，二次起動(dòng)時(shí)間，穩(wěn)態(tài)時(shí)間，……）。按照以上方法將概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的所有實(shí)體和關(guān)聯(lián)，轉(zhuǎn)換為渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)故障信息數(shù)據(jù)庫(kù)關(guān)系模型后，還需對(duì)設(shè)計(jì)好的模型進(jìn)行優(yōu)化和評(píng)估，以生成1個(gè)高效的、最優(yōu)性能的關(guān)系模型。利用OEM建立名為“ENGINEDBA”的數(shù)據(jù)庫(kù)，并利用其提供的向?qū)Чぞ呓⑾鄳?yīng)的表空間、數(shù)據(jù)表、索引等。

3　發(fā)動(dòng)機(jī)異常監(jiān)視與故障診斷系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

3.1系統(tǒng)輸入與輸出

在系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)階段，確定系統(tǒng)的輸入與輸出是1個(gè)非常關(guān)鍵的步驟［13-15］，在此系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，結(jié)合用戶(hù)需求以及系統(tǒng)的可實(shí)施性，系統(tǒng)的輸入與輸出設(shè)計(jì)如圖7所示。

圖7　渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷系統(tǒng)功能

現(xiàn)有的試車(chē)數(shù)據(jù)輸入文件包括4部分：數(shù)字量和模擬量數(shù)據(jù)文件，以及數(shù)字量和模擬量數(shù)據(jù)預(yù)處理文件。數(shù)字量文件為.bin格式16進(jìn)制數(shù)據(jù)文件，V2TD～V15TD等控制量以縱列的形式排列，采樣率為100 Hz。模擬量文件為.bin格式16進(jìn)制文件，包括系統(tǒng)性能參數(shù)、潤(rùn)滑系統(tǒng)參數(shù)、來(lái)流判定參數(shù)等28個(gè)參數(shù)按組沿縱向依次排列，采樣率為100 Hz。上述數(shù)字量文件和模擬量文件均為傳感器電壓值或電流值的輸出信號(hào)，而并非各參數(shù)真實(shí)值，因此系統(tǒng)在自動(dòng)判讀時(shí)需要先將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為參數(shù)真實(shí)值，參數(shù)的轉(zhuǎn)換關(guān)系就包含在數(shù)字量和模擬量預(yù)處理文件中，包括各參數(shù)的函數(shù)關(guān)系和位置信息等。判讀結(jié)束后以文本形式輸出判讀結(jié)果，并最終形成試車(chē)數(shù)據(jù)判讀報(bào)告。

3.2故障異常判讀

渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷系統(tǒng)對(duì)模擬量和數(shù)字量在內(nèi)的各測(cè)量參數(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)判讀功能，數(shù)據(jù)異常判讀的準(zhǔn)則為故障判據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)提供的故障判據(jù)，數(shù)據(jù)判讀的依據(jù)為各功能模塊下的參數(shù)數(shù)值及參數(shù)變化率的閾值。異常判據(jù)設(shè)計(jì)的好壞直接影響到系統(tǒng)異常判讀的精度以及系統(tǒng)的實(shí)用性，因此在設(shè)計(jì)異常判據(jù)時(shí)，應(yīng)該選取大量試車(chē)數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行測(cè)試，并且反復(fù)修改使其適應(yīng)復(fù)雜的試車(chē)數(shù)據(jù)信息。

在系統(tǒng)成功實(shí)施后，系統(tǒng)管理員用戶(hù)也可對(duì)故障判據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中所有判讀參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值、閾值、參數(shù)變化速率及參數(shù)階躍值等數(shù)據(jù)判據(jù)參數(shù)進(jìn)行更改，對(duì)修改完的故障判據(jù)進(jìn)行保存更新。

3.3數(shù)據(jù)曲線(xiàn)功能

數(shù)據(jù)曲線(xiàn)功能是渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷系統(tǒng)中的重要功能，其設(shè)計(jì)的好壞直接影響本系統(tǒng)的實(shí)用性以及人機(jī)交互性的優(yōu)劣。根據(jù)用戶(hù)需求，本系統(tǒng)數(shù)據(jù)曲線(xiàn)顯示功能包括：曲線(xiàn)顯示界面具備在同一界面以堆疊的方式顯示部分或所有試車(chē)曲線(xiàn)的功能，當(dāng)顯示為多條試車(chē)曲線(xiàn)時(shí)，橫坐標(biāo)時(shí)間軸相互統(tǒng)一。在曲線(xiàn)顯示時(shí)能方便地在界面中增加或刪減要顯示的曲線(xiàn)，同時(shí)控制曲線(xiàn)的縱坐標(biāo)與橫坐標(biāo)的坐標(biāo)值便于更改，易于實(shí)現(xiàn)顯示曲線(xiàn)的放大、縮小、快進(jìn)與后退等功能。當(dāng)試車(chē)數(shù)據(jù)診斷異常時(shí)自動(dòng)捕捉數(shù)據(jù)異常時(shí)刻，并突出顯示該時(shí)間段的數(shù)據(jù)曲線(xiàn)，便于人工判斷與分析。

3.4用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)分級(jí)管理功能

為了保證系統(tǒng)的安全性和可靠性，根據(jù)用戶(hù)對(duì)系統(tǒng)功能需求的不同，賦予用戶(hù)不同的權(quán)限。每個(gè)用戶(hù)只可訪(fǎng)問(wèn)系統(tǒng)中其權(quán)限范圍允許的數(shù)據(jù)并進(jìn)行相關(guān)操作，不能越權(quán)使用，這樣就保證了數(shù)據(jù)的安全性。系統(tǒng)設(shè)立系統(tǒng)管理員、賬號(hào)管理員以及普通用戶(hù)。

3類(lèi)用戶(hù)登錄后的系統(tǒng)頁(yè)面均不相同。系統(tǒng)管理員直接登錄到系統(tǒng)管理頁(yè)面，即adjustment.aspx，可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)備份、數(shù)據(jù)判據(jù)的更改與保存、系統(tǒng)設(shè)置等功能；賬號(hào)管理員登錄后進(jìn)入賬號(hào)管理頁(yè)面，即User.aspx，只負(fù)責(zé)修改系統(tǒng)管理員、普通用戶(hù)及自身賬號(hào)的密碼，以及解鎖操作，而沒(méi)有任何其他操作；普通用戶(hù)登錄后，則進(jìn)入判據(jù)查詢(xún)、曲線(xiàn)顯示以及故障診斷頁(yè)面，即adjustment.aspx，curve.aspx，Default.aspx，可以實(shí)現(xiàn)軟件的主體功能，如試驗(yàn)數(shù)據(jù)的上傳、下載、故障判讀、顯示曲線(xiàn)等。系統(tǒng)分級(jí)管理流程如圖8所示。

圖8　系統(tǒng)分級(jí)管理流程

4　系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用

渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)故障判讀與診斷應(yīng)用系統(tǒng)的程序總體如圖9所示。各模塊均根據(jù)用戶(hù)具體需求在A(yíng)SP. NET開(kāi)發(fā)環(huán)境下設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)，確保其相應(yīng)的頁(yè)面可以實(shí)現(xiàn)各自的功能，便于用戶(hù)進(jìn)行相關(guān)操作。

圖9　應(yīng)用系統(tǒng)的程序總體

在渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)故障判讀與診斷系統(tǒng)中，用戶(hù)必須通過(guò)用戶(hù)名驗(yàn)證、密碼驗(yàn)證、用戶(hù)權(quán)限驗(yàn)證后才能登錄到應(yīng)用管理系統(tǒng)的主界面，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行操作。在登錄過(guò)程中，如果用戶(hù)輸入密碼或賬號(hào)出現(xiàn)3次錯(cuò)誤，則系統(tǒng)自動(dòng)退出，并將該賬號(hào)鎖定，只有賬號(hào)管理員可以解鎖。

4.1判據(jù)調(diào)整

成功登錄本系統(tǒng)后，首先進(jìn)入判據(jù)調(diào)整界面。界面左側(cè)鏈接文本顯示了軟件的功能，包括判據(jù)調(diào)整、數(shù)據(jù)判讀、曲線(xiàn)顯示和故障檢索。界面右側(cè)顯示的包括自檢、磨合、干起動(dòng)、濕起動(dòng)、燃油油封、節(jié)流特性和控制規(guī)律驗(yàn)證試驗(yàn)7大模塊的判據(jù)顯示效果。其中故障判據(jù)數(shù)據(jù)儲(chǔ)存于數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中，由于渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)試車(chē)數(shù)據(jù)故障判據(jù)復(fù)雜，其判據(jù)種類(lèi)多，因此，系統(tǒng)根據(jù)用戶(hù)需求加入了判據(jù)選擇、判據(jù)下載、判據(jù)上傳等功能。在有多組數(shù)據(jù)故障判據(jù)存在的情況下，用戶(hù)可以通過(guò)DropDownList控件方便地定位到當(dāng)前判據(jù)信息。判據(jù)下載按鈕可以將當(dāng)前的判據(jù)數(shù)據(jù)信息以excel文件形式下載到客戶(hù)端供用戶(hù)進(jìn)行判據(jù)調(diào)整、修改等操作。判據(jù)上傳按鈕可將客戶(hù)端的判據(jù)文件上傳到服務(wù)器端，同時(shí)將判據(jù)內(nèi)容保存至數(shù)據(jù)庫(kù)中，實(shí)現(xiàn)判據(jù)的上傳。顯示當(dāng)前判據(jù)按鈕可以將DropDownList中顯示的判據(jù)表文件的信息顯示到頁(yè)面中，系統(tǒng)所有可修改的判據(jù)信息均顯示在可編輯的文本框中，以方便用戶(hù)修改。頁(yè)面中的判據(jù)保存按鈕可將當(dāng)前顯示的判據(jù)保存至DropDownList控件當(dāng)前顯示的判據(jù)表中，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)判據(jù)的修改。根據(jù)系統(tǒng)安全性要求，判據(jù)的下載、上傳和保存只有系統(tǒng)管理員才可操作。

當(dāng)單擊顯示當(dāng)前判據(jù)按鈕時(shí)，軟件后臺(tái)通過(guò)DataTable類(lèi)讀取保存在服務(wù)器的判據(jù)信息，并將其顯示到客戶(hù)端網(wǎng)頁(yè)上。判據(jù)內(nèi)容主要含基礎(chǔ)判據(jù)、過(guò)程定義、數(shù)據(jù)判據(jù)3類(lèi)。基礎(chǔ)判據(jù)表示各模塊數(shù)字量與模擬量零時(shí)刻條件；過(guò)程定義則定義了各狀態(tài)的判斷條件，如冷起動(dòng)的有無(wú)來(lái)流、吹中壓氣、吹高壓氣，熱起動(dòng)的2次起動(dòng)時(shí)間、穩(wěn)態(tài)時(shí)間段、調(diào)工況期間、非調(diào)工況期間等，冷起動(dòng)基礎(chǔ)判據(jù)如圖10所示；數(shù)據(jù)判據(jù)則以表格的形式顯示了數(shù)字量和模擬量共39個(gè)參數(shù)的閾值和波動(dòng)判據(jù)。

圖10　冷起動(dòng)基礎(chǔ)判據(jù)

4.2異常監(jiān)視

試車(chē)數(shù)據(jù)曲線(xiàn)是使用Fusionchats將其呈現(xiàn)在網(wǎng)頁(yè)上的。FusionCharts是1個(gè)Flash的圖表組件，可以用來(lái)制作數(shù)據(jù)動(dòng)畫(huà)圖表，其中動(dòng)畫(huà)效果用Adobe Flash 8獲得，F(xiàn)usionCharts可用于任何網(wǎng)頁(yè)的腳本語(yǔ)言類(lèi)似于HTML、.NET、ASP、JSP技術(shù)的，PHP、ColdFusion等，提供互動(dòng)性和強(qiáng)大的圖表。使用XML作為其數(shù)據(jù)接口，F(xiàn)usionCharts充分利用流體美麗的Flash創(chuàng)建緊湊、互動(dòng)性和視覺(jué)效果精美的圖表。

在傳統(tǒng)的基于圖像的繪制系統(tǒng)中，圖表、圖像生成在服務(wù)器端。因此，必須先在服務(wù)器上建立復(fù)雜的圖像，然后將圖表流到客戶(hù)端，提供給每個(gè)用戶(hù)。FusionCharts能將所有圖表均呈現(xiàn)在安裝有Adobe Flash Player的客戶(hù)端，而服務(wù)器只需預(yù)先建立swf文件和xml數(shù)據(jù)文件。用戶(hù)在對(duì)試車(chē)數(shù)據(jù)進(jìn)行故障判讀時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成該數(shù)據(jù)的xml文件并將其保存在服務(wù)器端，然后將該文件的絕對(duì)路徑保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，當(dāng)用戶(hù)轉(zhuǎn)入到曲線(xiàn)顯示界面時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)連接數(shù)據(jù)庫(kù)并讀取數(shù)據(jù)庫(kù)中的文件路徑信息，從而將曲線(xiàn)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)在頁(yè)面上。由于從發(fā)動(dòng)機(jī)各傳感器測(cè)得的數(shù)據(jù)數(shù)量級(jí)有差異，若將所有數(shù)據(jù)均顯示在1張圖表上，數(shù)據(jù)的變化規(guī)律就無(wú)法清晰呈現(xiàn)，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)考慮將數(shù)量級(jí)相同的傳感器參數(shù)顯示在同1個(gè)圖表中。裝訂試驗(yàn)驗(yàn)證數(shù)字量和模擬量的監(jiān)視效果分別如圖11、12所示。

圖11　裝訂驗(yàn)證試驗(yàn)數(shù)字量曲線(xiàn)

圖12　裝訂驗(yàn)證試驗(yàn)?zāi)M量曲線(xiàn)

異常監(jiān)視曲線(xiàn)的橫坐標(biāo)表示時(shí)間，縱坐標(biāo)表示參數(shù)值，并且在同一試驗(yàn)狀態(tài)下每個(gè)圖表橫坐標(biāo)相互一致。圖中彩色折線(xiàn)表示試驗(yàn)數(shù)據(jù)中各參數(shù)的變化規(guī)律，而黑色折線(xiàn)則突出顯示了異常點(diǎn)，使故障點(diǎn)數(shù)據(jù)一目了然。每幅圖中折線(xiàn)顏色、折線(xiàn)粗細(xì)、畫(huà)布顏色、畫(huà)布大小、圖表顏色、圖表大小等各種屬性均可根據(jù)用戶(hù)需求修改。折線(xiàn)圖可任意放大縮小，其中同步其他曲線(xiàn)鏈接可將該頁(yè)面中其他折線(xiàn)圖縮放到當(dāng)前折線(xiàn)圖的起止時(shí)間節(jié)點(diǎn)處，以便于對(duì)比查看。

4.3故障判讀

數(shù)據(jù)判讀界面包括自檢、磨合、干起動(dòng)、濕起動(dòng)、燃油油封、節(jié)流特性、裝訂驗(yàn)證7種選項(xiàng)卡，實(shí)現(xiàn)了7種不同試驗(yàn)?zāi)Ｊ较碌臄?shù)據(jù)判讀。為了節(jié)省判讀時(shí)間，提高判讀效率，用戶(hù)在每次判讀前可將需要判讀的參數(shù)選中，而未選中的參數(shù)則不進(jìn)行判讀。

判讀時(shí)包括參數(shù)閾值判讀和參數(shù)變化率（波動(dòng)）判讀，在參數(shù)值判讀過(guò)程中，電氣和燃油系統(tǒng)等參數(shù)是按照發(fā)動(dòng)機(jī)各指令時(shí)刻來(lái)判讀的，而當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)試車(chē)指令變換時(shí)，這些參數(shù)的變化都存在著一定延遲，稱(chēng)之為過(guò)渡狀態(tài)，若直接對(duì)過(guò)渡狀態(tài)進(jìn)行判讀，必然會(huì)出現(xiàn)許多異常點(diǎn)，因此，在判讀這些參數(shù)時(shí)，程序會(huì)相應(yīng)地跳過(guò)過(guò)渡狀態(tài)，以降低系統(tǒng)的虛警率。判讀流程如圖13所示。

圖13　故障判讀流程

由于系統(tǒng)判讀時(shí)程序主要在服務(wù)器端運(yùn)行，為了實(shí)時(shí)監(jiān)視服務(wù)器的運(yùn)行狀態(tài)，需要將服務(wù)器數(shù)據(jù)發(fā)回至客戶(hù)端瀏覽器，一般通過(guò)重載整個(gè)頁(yè)面來(lái)實(shí)現(xiàn)，而在渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷系統(tǒng)中，這樣做不滿(mǎn)足需求。因此，采用先進(jìn)的AJAX（Asynchronous JavaScript and XML）技術(shù)實(shí)現(xiàn)瀏覽器與服務(wù)器的異步數(shù)據(jù)傳輸，并且保證頁(yè)面的局部更行。在本系統(tǒng)中，這項(xiàng)技術(shù)則通過(guò)UpdatePanel控件、ScriptManager控件和Timer控件來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中UpdatePanel控件表示需要刷新的區(qū)域；ScriptManager控件屬性EnablePartialRendering設(shè)置為true，表示支持頁(yè)面中UpdatePanel控件的區(qū)域異步回傳和局部更新功能；Timer控件中Interval屬性設(shè)置為100，表示UpdatePanel控件區(qū)域的刷新時(shí)間，即每100 ms刷新1次。

判讀結(jié)束后系統(tǒng)會(huì)在服務(wù)器端自動(dòng)生成判讀報(bào)告，用戶(hù)可根據(jù)需求下載查看，報(bào)告內(nèi)容包括基本信息、驗(yàn)收參數(shù)判讀結(jié)果、各參數(shù)判讀結(jié)果以及故障診斷結(jié)果，其中各參數(shù)判讀結(jié)果包括異常參數(shù)的異常提示和異常點(diǎn)數(shù)，依次縱向排列，故障診斷結(jié)果包括故障名稱(chēng)以及報(bào)警參數(shù)，同樣依次縱向排列。故障診斷報(bào)告如圖14所示。

圖14　故障診斷報(bào)告

異常監(jiān)視與故障診斷系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的SQL語(yǔ)言，利用GridView控件設(shè)計(jì)了可視化的方便的故障檢索、上傳以及編輯模塊，實(shí)現(xiàn)利用歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行故障檢索。該模塊具有用戶(hù)界面友好、操作簡(jiǎn)單、實(shí)用性強(qiáng)、功能齊全等特點(diǎn)，同時(shí)，具有較高的可靠性，其具體界面如圖15所示，由于篇幅所限，只給出發(fā)動(dòng)機(jī)Pt3傳感器零點(diǎn)漂移故障信息（僅包括型號(hào)、發(fā)動(dòng)機(jī)批次等12列屬性）。

圖15　故障檢索頁(yè)面

從圖中可見(jiàn)，故障信息上傳功能只有系統(tǒng)管理員可以操作，即管理員可以通過(guò)上傳控件將本地編輯好的故障信息文件（Excel文件）上傳到數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中。故障檢索功能則是按型號(hào)、發(fā)動(dòng)機(jī)批次等30個(gè)條件（不包括典型曲線(xiàn)）與的關(guān)系進(jìn)行檢索，并且支持模糊檢索功能。當(dāng)用戶(hù)在相應(yīng)條件下輸入檢索內(nèi)容并按下檢索按鈕時(shí)，系統(tǒng)后臺(tái)自動(dòng)生成1組相應(yīng)的SQL查詢(xún)語(yǔ)句同時(shí)連接數(shù)據(jù)庫(kù)執(zhí)行相應(yīng)的查詢(xún)工作。檢索后得到的故障信息會(huì)顯示在下方的GridView控件中，該表的最后2列為編輯和刪除事件（限于篇幅，并未顯示），可更新或刪除該條數(shù)據(jù)。

5　結(jié)束語(yǔ)

基于.NET的發(fā)動(dòng)機(jī)異常監(jiān)視與故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，采用先進(jìn)的B/S結(jié)構(gòu)，利用oracle10.0g數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，同時(shí)，在.NET環(huán)境中，完成了小型渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)試車(chē)數(shù)據(jù)故障數(shù)據(jù)庫(kù)及基于此數(shù)據(jù)庫(kù)的異常監(jiān)視與故障診斷系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。有效解決了“文件化”數(shù)據(jù)管理方式存在的問(wèn)題，消除了各型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)判據(jù)復(fù)雜、數(shù)據(jù)判據(jù)不明確、判讀效率低等缺陷，同時(shí)，又保證的數(shù)據(jù)的安全性。該系統(tǒng)在某型發(fā)動(dòng)機(jī)上應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享，更好地發(fā)揮了判據(jù)的使用價(jià)值，提高了工作效率。

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（責(zé)任編輯：張寶玲）

Design and Implement of Monitoring and Fault Diagnosis System for Small Turbofan Engine Based on.NET Platform

MA Tong-ling1，JIAO Hua-bin1，LU Feng2，ZHU Tie-bin2，YU Hai-sheng1
（1.The 31st Research Institute of CASIC，Beijing 100074，China；2.Jiangsu Province Key Laboratory of Aerospace Power System，Nanjing University of Aeronautics and Astronautics，Nanjing 210016，China）

Aiming at the capability of fault monitoring and diagnosis for a small turbofan engine on test-bed，an approach to engine condition monitoring and fault diagnosis based on advanced database management technologies was developed，and two main functions of the system were established.The development framework of the system is.NET platform，and the system architecture is the B/S（Browser/ Server）of the Web technology.Test fault information database based on Oracle 10.0g software was used to manage historical fault data and expert fault rules.The test fault diagnosis in several different experimental modes was performed according to the system function requirement.Experiment results show that the developed system is effective to monitor abnormal condition and diagnose faults for the small turbofan engine.

fault diagnosis；small turbofan engine；information management；Oracle 10.0g database；.NET development

V 233.7

A

10.13477/j.cnki.aer oengine.2016.01.019

2014-12-19

馬同玲（1976），女，碩士，高級(jí)工程師，主要從事渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)總體與質(zhì)量可靠性設(shè)計(jì)工作；E-mail：jhuabin@sina.com。

引用格式：馬同玲，焦華賓，魯峰，等.基于.NET的小型渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)故障判讀系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.航空發(fā)動(dòng)機(jī)，2016，42（1）：92-98.MA Tongling，JIAO Huabin，LU Feng，et al.Design and implement of monitor in gandfault diagnosis system for small turbofan engine based on.NET platform［J］.Aeroengine，2016，42（1）：92-98.