飛控計(jì)算機(jī)429總線故障定位方法分析

周彥凱?姚文穎?王晨

摘 要：飛控計(jì)算機(jī)總線故障影響因素多，準(zhǔn)確定位難度較大。通過(guò)建立故障樹(shù)，對(duì)故障相關(guān)因素進(jìn)行分解。根據(jù)修理經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行概率重要度排序，優(yōu)化排故順序，提高故障定位準(zhǔn)確度，為故障快速定位提供了一種方法。

關(guān)鍵詞：飛控計(jì)算機(jī);故障定位;概率重要度;故障樹(shù)

中圖分類號(hào)：V267 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2021）34-00-03

Analysis of Fault Location Method for 429 Bus of Flight Control Computer

ZHOU Yankai YAO Wenying WANG Chen

（Shijiazhuang Haishan Industrial Development Corporation，Shijiazhuang Hebei 050208）

Abstract： There are many factors affecting the fault of flight control computer bus， and it is difficult to locate the fault accurately， by setting up a fault tree， the factors related to the fault are decomposed. The order of probability importance is sorted according to the repair experience， the order of fault is optimized， and the accuracy of fault location is improved， it provides a method for fast fault location.

Keywords： flight control computer;fault location;probability importance;fault tree

飛控計(jì)算機(jī)作為飛行控制系統(tǒng)中樞，通過(guò)采集飛機(jī)各種傳感器信號(hào)，經(jīng)控制律解算，向執(zhí)行部件輸出控制信號(hào)。飛控計(jì)算機(jī)一旦報(bào)障，將導(dǎo)致系統(tǒng)降級(jí)或整個(gè)系統(tǒng)癱瘓，對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定產(chǎn)生重要影響。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，飛控計(jì)算機(jī)的集成度和復(fù)雜度越來(lái)越高，給故障定位帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。為解決飛控計(jì)算機(jī)故障定位問(wèn)題，提出了許多解決思路和方法[1-5]，但系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)難度較大，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題的解決指導(dǎo)性不強(qiáng)。

故障樹(shù)作為一種簡(jiǎn)單有效的故障梳理方法，在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，但當(dāng)系統(tǒng)涉及范圍較廣時(shí)，定位盲目性較大。根據(jù)修理經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合故障概率統(tǒng)計(jì)，能夠有效增加定位的準(zhǔn)確性[6-8]。以一起飛控計(jì)算機(jī)429總線自檢故障的快速定位為例，詳細(xì)介紹了基于故障重要度的故障樹(shù)定位分析方法，為計(jì)算機(jī)故障的定位提供參考。

1 故障定位

1.1 數(shù)據(jù)流分析

針對(duì)產(chǎn)品外場(chǎng)故障情況，對(duì)產(chǎn)品429總線結(jié)構(gòu)進(jìn)行針對(duì)性分析。先對(duì)429總線在飛控計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)流進(jìn)行分析，其主要用于飛控計(jì)算機(jī)與狀態(tài)選擇器之間的數(shù)據(jù)傳輸，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 故障樹(shù)建立

根據(jù)故障信息，429故障產(chǎn)生可能涉及429總線相關(guān)的硬件、接口以及信號(hào)流等部分。對(duì)故障信息進(jìn)行分析，并對(duì)飛控計(jì)算機(jī)相關(guān)電路及其信號(hào)交聯(lián)情況進(jìn)行梳理，發(fā)現(xiàn)該型飛控計(jì)算機(jī)涉及429總線的功能模塊主要集中在輸入/輸出控制（Input/Output Controller，IOC）板。IOC板完成429總線的2路發(fā)送和4路接收功能，并完成429總線回繞功能。此外，429總線故障還可能由429總線相關(guān)信號(hào)流故障引起。

綜上所述，以429總線回繞故障為頂層事件，按照429總線結(jié)構(gòu)和故障邏輯關(guān)系，結(jié)合技術(shù)資料和工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)劃定邊界、合理簡(jiǎn)化，逐層建立事件之間的邏輯關(guān)系，最終輸出完整的故障樹(shù)模型，如圖2所示。

1.3 故障樹(shù)定性分析

定性分析的目的是確定導(dǎo)致頂層事件發(fā)生的所有故障模式，即確定最小割集。通過(guò)定性分析得到故障樹(shù)的14項(xiàng)最小割集，如表1所示。

1.4 定量分析

定量分析的目的是確定各底層事件對(duì)頂層事件的影響程度。分析過(guò)程以結(jié)構(gòu)函數(shù)和底層事件發(fā)生概率為輸入進(jìn)行計(jì)算，輸出底層事件的概率重要度和結(jié)構(gòu)重要度。

1.4.1 概率重要度。概率重要度反映底層事件發(fā)生概率對(duì)頂層事件發(fā)生概率的影響程度。根據(jù)產(chǎn)品交付使用記錄和歷史修理記錄對(duì)底層事件發(fā)生概率進(jìn)行估算，估算值見(jiàn)表2。

1.4.2 故障重要度排序。排序過(guò)程以故障系數(shù)和結(jié)構(gòu)重要度的求解結(jié)果為輸入，最終輸出底層事件重要度由大到小的順序。上述故障樹(shù)的排序結(jié)果為：3，4，6，7>2，5>1，8>10，11>9，12，13，14。

2 排故方案

結(jié)合底層故障重要度排序和實(shí)際排故原則，按照從整體到局部順序進(jìn)行故障隔離，待故障隔離到板級(jí)后，以故障重要度順序?yàn)橐罁?jù)，進(jìn)行芯片級(jí)故障定位。具體排故方案如下：在常溫情況下對(duì)故障計(jì)算機(jī)進(jìn)行板間故障隔離，從而定位故障到機(jī)箱或者功能電路板，并通過(guò)交叉驗(yàn)證對(duì)故障情況進(jìn)行確認(rèn);按照故障重要度順序，由故障重要度等級(jí)高的元器件開(kāi)始，逐個(gè)進(jìn)行故障排除，最終定位故障元器件。

3 排故方案實(shí)施

3.1 板級(jí)故障隔離

根據(jù)排故方案，按照中央處理器（Central Processing Unit，CPU）板、IOC板、模擬輸入板、伺服作動(dòng)器板、離散輸入輸出板的順序進(jìn)行單板故障隔離。當(dāng)將IOC板隔離后，故障清除，將該故障件IOC板串到狀態(tài)良好的計(jì)算機(jī)中進(jìn)行驗(yàn)證，使故障在狀態(tài)良好的計(jì)算機(jī)中復(fù)現(xiàn)，從而確定該IOC板故障。

3.2 元器件級(jí)故障隔離

按照故障重要度順序?qū)?29總線相關(guān)器件進(jìn)行測(cè)試。在故障狀態(tài)下對(duì)N3、N4、N5、N6進(jìn)行對(duì)比測(cè)試。N3模擬開(kāi)關(guān)在內(nèi)部自檢測(cè)（Build-In-Test，BIT）工作時(shí)，不能將兩輸入通道數(shù)據(jù)有效隔離，存在兩輸入通道數(shù)據(jù)干擾現(xiàn)象，因此推斷N3芯片在接入回繞信號(hào)時(shí)性能下降，導(dǎo)致429信號(hào)異常。

通過(guò)將N3芯片換新對(duì)故障進(jìn)行驗(yàn)證，用新的同型號(hào)芯片替代故障芯片，故障排除，進(jìn)而驗(yàn)證了N3為故障所在。

故障排除后，按照工藝對(duì)該飛控計(jì)算機(jī)進(jìn)行高溫工作、低溫工作以及振動(dòng)試驗(yàn)。在試驗(yàn)過(guò)程中和試驗(yàn)后對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行測(cè)試，各項(xiàng)性能指標(biāo)正常，確認(rèn)故障排除。

4 機(jī)理分析

IOC板作為飛控計(jì)算機(jī)輸入/輸出接口控制板卡，主要完成CPU板與外圍接口之間的轉(zhuǎn)換，控制1553B總線、429總線、交叉通信數(shù)據(jù)鏈的協(xié)調(diào)工作。具體到429總線的控制，其數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)如圖3所示。

通過(guò)429總線原理圖可以看出，當(dāng)CPU板通過(guò)數(shù)據(jù)總線將控制數(shù)據(jù)送達(dá)SMJ320單片機(jī)，單片機(jī)將數(shù)據(jù)傳給D7芯片429總線接口芯片，接口芯片負(fù)責(zé)將內(nèi)部數(shù)據(jù)總線信息轉(zhuǎn)化為429總線格式，發(fā)送到N1驅(qū)動(dòng)芯片，轉(zhuǎn)化為429格式的互補(bǔ)信號(hào)，用于外部總線的傳輸。當(dāng)外部429總線數(shù)據(jù)進(jìn)入計(jì)算機(jī)后，通過(guò)N3模擬開(kāi)關(guān)進(jìn)入D7接口芯片，轉(zhuǎn)化為內(nèi)部總線數(shù)據(jù)，發(fā)送給內(nèi)部處理器。D8通道工作原理同上。

當(dāng)計(jì)算機(jī)進(jìn)行BIT自檢測(cè)時(shí)，模擬開(kāi)關(guān)AD7512將N1驅(qū)動(dòng)發(fā)送的數(shù)據(jù)直接送回總線接口芯片，從而驗(yàn)證內(nèi)部數(shù)據(jù)流功能的完好性。AD7512主要完成內(nèi)部和外部數(shù)據(jù)流的轉(zhuǎn)換，當(dāng)其轉(zhuǎn)換功能或數(shù)據(jù)接通后連接異常時(shí)，將導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸異常，從而導(dǎo)致429回繞故障。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)當(dāng)前飛控計(jì)算機(jī)故障定位方案進(jìn)行分析，提出了一種基于故障樹(shù)的概率重要度分析方法，將經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)與故障樹(shù)分析結(jié)合起來(lái)，為現(xiàn)場(chǎng)故障的排除提供了一種方便快捷、實(shí)際有效的故障分析、定位方法，為產(chǎn)品修理現(xiàn)場(chǎng)故障的解決提供了新思路。

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