對飛機航電系統故障分析方法與故障診斷技術的探討

佟永剛

（西部機場集團西安地勤有限公司，陜西 西安 710000）

引言：據中國產業信息網發布的統計結果顯示，2018年我國民航起降架次增速為10.5%，同比時刻表計劃航班數增加近3個百分點的敞口，時刻執行率得到顯著提升。然而民航產業的高速發展使其航電系統故障問題的影響輻射面日益擴大，如何有效運用故障分析與故障診斷技術成為當前行業領域亟待解決的問題。

一、飛機航電系統故障分析方法

（一）故障類型

以Cessnal172飛機為例，飛機航電系統故障主要表現為以下三種類型：其一是導航/通信系統故障，在飛機導航/通信系統內含有大量組件，其中GIA63內便集成了甚高頻導航儀、GPS接收機等，常見故障為COM信號收發質量差、GPS無法接收到衛星信號、NAV收發故障等；其二是飛行儀表顯示系統故障，常見故障表現為發動機振動引發GRS777斷線、模塊間數據通道失效、電子產品信號干擾等；其三是發動機系統故障導致參數顯示失效，常見故障表現為內部組件間數據通道失效等[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建零件、部件、子系統等故障對于整體系統的影響模型，涵蓋人為因素與環境因素兩種條件。采用故障樹分析法可實現對航電系統故障的定性與定量分析，既可以分析某一構件引發的系統故障，同時還可以分析多個構件在不同模式下引發的系統故障問題。

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，借助邏輯證明、數學運算等方式從中推導出一般性概念、原則或未知結論。

3.總線數據流捕獲分析法

該方法借助總線檢測設備從某個端口處接收到總線數據，并將捕獲到的數據存儲至設備中的數據記錄模塊內，借助人為操作進行進口控制文件比對，進而完成故障解析。

4.專家系統故障診斷分析方法

該方法主要將診斷知識與程序算法相結合，經由人機界面發起人機會話，依據系統提問由診斷者給出回答，并依據答案推理得出診斷結論。其中基于規則的專家系統結構主要由知識庫、推理機、工作存儲器三要素組成，系統借助IF-THEN語句表達問題，推理機與知識庫執行分離控制，易于向知識庫內添加規則及使用變量，使系統整體功能與效率得到優化。

二、飛機航電系統的具體故障診斷技術探討

（一）故障診斷系統的設計

采用CLIPS、AndroidSDK、JAVA軟件進行系統開發，選用SQLite數據庫進行航電系統的故障數據存儲。該故障診斷系統主要由知識庫、推理機、工作記憶、解釋機、知識獲取機、用戶界面幾部分組成，其中知識庫、推理機與人機界面是構成故障診斷系統的主要元素。在進行知識庫設計時，首先采用規則或框架進行知識表示，隨后完成知識庫創建，通過建立故障樹、將故障樹轉化為BDD、求出最小割集、基于規則進行知識表示、CIIPS編程等方式完成知識庫建立。在進行推理機設計時，主要采用基于RETE算法的推理機制，將匹配狀態分別存儲至Alpha、Beta兩個節點中，節省重復計算時長，針對含有相同匹配條件的規則執行共享一個節點的方式，為導入的每一個fact建立WME，并從RETE根節點處進行匹配。在人機界面設計方面，主要借助CLIPSJNI將知識庫與JAVA相連，借助相應Android控件顯示系統輸入信息，實現故障診斷。

（二）分布式系統性能監測技術

采用綜合航電系統PHM技術進行系統監測，主要通過在航電系統、子系統等不同層級上針對其特征參數開展分布式性能監測，獲取到被測設備的工作電流、工作溫度、溫度應力等監測參數，進而分析工作電流出現顯著變化的設備或電子元件，有效定位故障點。

（三）剩余能力評估技術

針對設備剩余能力進行評估，主要包含HMM計算法與貝葉斯網絡計算法兩種技術。依照故障診斷、故障隔離、系統重構的順序針對被測設備的現有工作模式、工作狀態進行評估與預測，衡量設備的正常工作能力。具體來說，設備剩余能力可以利用以下兩種方式進行評估：其一是設備功能性參數的變化，例如當雷達設備發生故障后，評估其對于待測目標探測距離的縮短量；其二是設備完成功能的概率，以此評定不同設備的健康度等級。總體看來，剩余能力評估技術主要以設備在正常工作狀態下的能力為基準，通過收集設備性能狀態參數的實時變化情況，借助評估算法模型計算出設備相較于正常工作狀態下的偏離程度，進而得出設備剩余能力，用以評判設備故障的嚴重程度。

（四）故障預測技術

通常航電系統內包含大量元器件，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行故障診斷：其一是累積損傷預測技術，基于元器件失效的物理/數學模型及失效機理進行產品性能、工作載荷、運行環境等因素的分析；其二是故障征兆檢測技術，主要用于檢測故障元器件或設備工作電流、溫度、匹配阻抗等參數或特征物理量存在的變化；其三是故障預警監測技術，通過將預警芯片裝入待測設備內進行故障預測，預警芯片工作電路的故障模式與被監測設備相同，失效率要高于被監測設備[2]。

結論：總而言之，飛機航電系統的故障分析與診斷涉及到設計方、使用方與維修單位等多個主體間的密切配合，依托故障數據庫的建設實現故障排查定位的有效落實，敦促檢修人員不斷提高自身故障診斷水平與工作經驗，在實踐總結中提升故障診斷效率，為航空事業發展提供有力支持。