基于SPC的飛機液壓系統性能衰退模式識別方法

王驥 林澤力

摘要：針對飛機液壓系統性能狀態變化不易準確識別的技術難題，文中提出基于SPC的飛機液壓系統性能衰退模式識別方法。首先，對飛機液壓系統的衰退過程進行劃分，分為正常階段、退化階段、故障階段三個階段;其次，對飛機液壓系統的監測進行分析，獲取其相應的表征參數，最后，依據獲取到的表征參數，采用SPC方法對飛機液壓系統衰退模式進行識別，得到液壓系統衰退模式識別。文中以某型飛機液壓系統為具體驗證對象，開展基于SPC的飛機液壓系統性能衰退模式識別方法的驗證，結果表明，該方法能夠準確實現對飛機液壓系統性能衰退模式識別。

關鍵詞：統計過程控制（SPC）;飛機液壓系統;性能衰退;模式識別

0 ?引言

作為飛機上重要的能量傳遞系統，飛機液壓系統承載著液壓能傳遞，可以有效實現襟翼、尾翼、起落架收放等重要功能，因此，液壓系統一旦出現故障，則將會導致重大事故發生，輕則降低飛機的使用效率，重則導致重大事故的發生，在以往發生的飛機事故中，其中因液壓系統出現故障導致的各類事故占到百分之四十左右，其中尤為嚴重的事故中，液壓系統出現故障導致的事故約占17%。由此可見，飛機液壓系統的運行安全是保障飛機安全飛行的重要內容[1]。

在對飛機液壓系統進行監測過程中，常用的監測參數有液壓油壓力、液壓管路流量、液壓油的溫度等，常用的監測方法有神經網絡、模糊綜合評判等，由于在機上對液壓系統的實時監測，需要對數據的快速處理，因此，神經網絡、模糊綜合評判等方法無法達到實時監測的能力。因此，基于此，文中提出了基于SPC的飛機液壓系統性能衰退模式識別方法，借助數理統計方法對液壓系統的運行狀態進行監控，從而實現飛機液壓系統性能衰退模式的快速識別。

1 ?統計過程控制

對于系統來說，在其運行過程中，任何一個過程狀態的變化都會受到來自其自身或外界客觀存在事物的影響，有些影響是偶然的，有些影響則是必須的，然而不同的影響將會導致不同的事物發生[2]。

統計過程控制（Statistical Process Control，SPC）技術是以數理統計方法為核心思想，把監測對象數據進行有效轉換，并開展數據的有效監控，科學地對數據出現的隨機波動于異常波動進行準確識別，從而實現對監測對象的異常狀態的提前預警[3]。從本質上講，SPC也稱為統計性能監控（Statistical Performance Monitor，SPM），用以及時發現過程故障隱患，實現對事故的有效避免，從而達到對監測對象進行準確監控及故障模式進行準確識別的目標[4]。SPC按照其原理，可以分為以下三個步驟：

①健康過程模型，選取過程變量，采集系統健康狀態下的運行數據并提取均值、方差等統計特征;

②穩定性檢測：主要是對測試數據進行統計特征提取，并根據SPC控制圖對系統進行檢測;

③故障模式識別過程：主要是分離造成系統不穩定的變量，從而確定故障原因。

2 ?液壓系統衰退過程的階段劃分

文中采用基于SPC的方法，對飛機液壓系統的性能衰退模式進行識別，需要提前對液壓系統衰退過程進行階段劃分，從而實現對液壓系統衰退過程的準確識別。按照液壓系統的實際運行狀態，液壓系統可以劃分為以下三種狀態：

①“正常階段”：該階段中系統性能良好。SPC判定這一階段中的數據處于穩定狀態并且飛參信號無告警。該階段系統的健康狀態為“正常狀態”，性能穩定并且能夠正常工作。

②“衰退階段”：該階段中系統性能發生了一定程度的退化，但沒有引發故障。SPC長時間地判定這一階段的數據處于非穩定狀態而飛參信號無告警或告警極少。該階段系統的健康狀態為“衰退狀態”，性能下降但依舊能夠正常工作。

③“故障階段”：該階段中系統性能進一步退化至引發故障，飛參信號長時間的給出告警。該階段系統的健康狀態為“故障狀態”，故障出現并且對系統的工作造成影響。

3 ?案例分析

以某型飛機液壓系統為具體研究對象，開展基于SPC的飛機液壓系統性能衰退模式識別方法的驗證。選取某架機歷史飛行數據及當前的飛行數據作為數據基礎，開展該架機的衰退模式識別。

該架機出現的故障模式為左泵低壓、右泵低壓、雙泵低壓警告，通過對280架次的飛行數據的統計分析，通過對其參數數據的分析，采用SPC方法對其性能衰退模式的識別，結果如圖1所示。

選擇符合SPC對象要求的健康特征，以均值差分為例，利用SPC方法對該架機進行穩定性判定。圖（a）是該架機的健康特征參數（均值差分）的時間序列，在圖（a）與圖（b）中彩色點標注是飛參數據的告警點，每一種顏色代表一種故障模式。在各圖對應的圖（b）中繪制了相應的SPC控制圖，通過SPC法判將不穩定的點標識為紅色，并根據之前設定的依據對衰退過程進行相應的劃分。

從1圖中，可以看出，該架機的性能衰退過程為正常階段——衰退階段——故障階段，符合液壓系統性能狀態變化規律。可以看出，如果直接對原始數據分析，并不能觀察出系統在沒告警的階段是否存在性能衰退的情況，而通過SPC法能夠合理地劃分出系統在衰退過程中的每個階段。同時，通常在沒有外界干擾的情況下，系統會經歷“正常階段”——“衰退階段”——“故障階段”這一過程，但是實際數據中，涉及到人工的定期或針對性維修，因此系統可能出現從“衰退階段”或“故障階段”回到“正常階段”等跳變的情況。

4 ?結論

本文提出了一種基于SPC 的飛機液壓系統性能衰退模式識別方法，并以某架機的280次飛行數據為基礎，開展方法的驗證，結果達到預期。

參考文獻：

[1]羅丹.飛機液壓試驗臺數據采集與測控系統的設計與實現[D].南京航空航天大學，2010.

[2]王青，李明樹.基于SPC的軟件需求度量方法[J].計算機學報，2003，26（10）：1312-1317.

[3]宋景濤，方明霞.統計過程控制（SPC）及MATLAB實現[J]. 理論與實踐，2007（6）：40-45.

[4]錢夕元，荊建芬，侯旭暹.統計過程控制（SPC）及其應用研究[J].計算機工程，2004，30（19）：144-147.

作者簡介：王驥（1979-），男，江西萍鄉人，高級工程師，碩士研究生，海軍駐上海地區第十軍事代表室，研究方向為航空裝備;林澤力（1987-），男，河南商丘人，高級工程師，碩士研究生，中國航空工業集團公司上海航空測控技術研究所，研究方向為航空裝備故障診斷與健康管理。