航空發動機智能判讀系統的設計與實現

馬思聰 哈菁

關鍵詞：智能判讀；飛參數據；ADO.NET

0引言

航空發動機在工作期間，發動機的控制系統為控制、監控和管理其運行狀態并會記錄大量的相關運行參數，這些參數的集合以飛參數據文件的形式進行保存。發動機在試車臺進行試驗時，臺架上的數據采集系統會記錄這些飛參數據；發動機在裝機飛行時，飛機上的飛行記錄系統會對飛參數據進行記錄。利用針對這些飛參數據的分析和研究，相關人員可以對發動機的運行狀況得以監控發現潛在問題，并及時對出現的故障原因進行排查[1]。飛參數據的處理工作不能完全交由人工進行處理，不僅是因為人工處理需要更長的耗費時間，也是由于數據分析處理人員的技術水平的差異性，飛參數據的處理和分析工作時間和正確性會出現不穩定性。尤其是伴隨著試驗數次和試飛時間和架次的持續增多，航空發動機的運行時長到達千萬小時量級的時候，人工處理的方式進行發動機工作運行狀況監控分析的工作很難滿足其全面、細致的需求[2]。在發動機裝機試飛的情形下，人工處理的方式處理的局限性和制約性顯現更加突出，在每架次飛行任務結束后需要進行快速處理、判讀發動機的工作運行情況，根據判讀結果判斷該發動機是否能夠繼續正常進行下一次飛行。基于以上需求和情況，亟需一種可以進行臺架和試飛超限判讀的飛參數據判讀系統，由此航空發動機智能判讀系統應運而生。

1相關技術

1.1EntityFramework

航空發動機智能判讀系統的數據庫連接單元就是使用了ADO.NETAPI中的斷開時連接和EntityFramework技術來實現。

微軟公司在.NetFramework3.5SP1中的訪問數據對象API引入了的一個全新的技術組件EntityFramework（EF），其主要的作用是使用把應用程序中業務對象的對象模型與關系型數據庫的數據對象進行直接映射。傳統的關系型數據庫將數據看作行與列的集合，而EF則是將數據視為強類型對象實體（Entity）的集合。這些實體也可以用于LINQ，EF運行時引擎會將開發人員使用的LINQ查詢語句轉換為正確的SQL查詢。這樣就使得它會減少數據庫結構與面向對象編程結構之間的差異，開發人員可以不用編寫SQL代碼就能與關系型數據庫交互。相比更新數據庫是使用一些SQL查詢來查找、更新，在將其發送回數據庫進行處理，使用EF可以簡單地修改對象的屬性，并保存其狀態。EF運行時將自動更新數據庫。開發人員在使用EF的過程中，使用LINQtoEntities（LINQtoObject的一種）是非常實用，利用構建一個LINQ查詢并將其直接發送到數據庫引擎進行處理，然后再返回強類型的數據，這就引出了下面的技術LINQtoObject[3]。

1.2LINQtoObject

LINQ是語言集成查詢的簡稱，它提供了一種簡明的、對稱的、強類型的方式訪問各種各樣的數據存儲。從宏觀上看，LINQ可以理解為直接嵌入C#語法的強類型查詢語言。使用LINQ，可以構建與數據庫SQL查詢類似的表達式，但LINQ查詢可以用于多種數據存儲，甚至與關系型數據庫完全無關的存儲。

2發動機智能判讀系統設計

2.1系統組成

航空發動機智能判讀系統主要由地勤人員專用判據、技術保障人員判據和相關輔助模塊組成。

2.2系統主要操作流程

3功能模塊設計

3.1數據讀取

數據讀取模塊是整個發動機智能判讀系統的前提和基礎，系統中使用的航空發動機飛行參數數據都是通過此模塊把相關信息讀取解析并保存到內存中以便判讀時對相關參數的隨時調用。航空發動機飛參數據文件由于很多外部客觀因素無法通過文本編輯器直接讀取的，以至于后期很難對飛參數據規范和有效地對某些參數進行分析、監控甚至判讀。

在數據讀取模塊執行之前，可以自定義選擇性地對數據的模擬量參數和開關量參數讀取分別進行參數配置，這樣做的原因正是為了解決飛參數據的差異性，使得數據能夠正確地讀入并且相關參數可以被規范、方便快捷地得以使用。

在數據讀取完成之后，系統可以調用參數具體信息模塊完成查看正讀取的飛參數據文件內保存的所有模擬量和開關量的參數信息。模擬量參數信息包括：組參數符號、組參數名稱、參數單位、最大值、最小值、頻率和類型；開關量參數信息包括：開關參數符號、開關參數名稱、歸屬的組參數和位置等。

3.2數據檢索

數據檢索模塊對存儲在判讀系統相關數據庫系統中的數據進行瀏覽和管理等操作，模塊由界面上端的數據檢索條件和下端的數據檢索結果表格組件組成。每行數據信息對應的是完成判讀之后的一個架次的飛行參數數據文件，這行信息由如下信息組成：

1）基本信息：飛行日期、飛機號、飛機類型、發動機號、發動機類型、架次等。

2）自定義設置關注的統計處理后的參數數據。

3）判讀完成之后的事件判讀結果記錄。

數據檢索模塊可以對保存到數據庫的飛行參數數據進行如下操作：

1）信息顯示：檢索出的相關信息顯示。

2）數據導出：能夠對檢索出的結果導出CSV或EXCEL格式的文件并保存到本地。

3）數據刪除：對判讀完成后的相關信息和結果進行刪除。

3.3判讀模塊

該模塊式整個智能判讀系統的核心，其主要的功能是判讀發動機各項參數是否滿足給出的判讀條件。如果判讀條件成立，則生成相應的故障事件并進行記錄。判讀模塊具體分成地勤人員專用判據和技術保障人員判據。

1）地勤人員專用模塊：該模塊實現飛參數據自動判讀功能，用于地勤人員判讀架次工作參數是否正常，是否具備再次飛行的條件。該部分包括對發動機起動過程、慢車狀態、節流狀態、中間狀態、最大狀態、防喘、消喘、喘振、加速過程、減速過程及空中起動等過程中發動機起動參數、可變幾何面積等參數的變化是否超過相關的閾值，若出現超限的情況則生成相關的故障事件并記錄，同時實現部分的壽命管理功能。

2）技術保障人員模塊：該模塊基于各種前沿技術實現數據深度判讀和診斷工作，發現潛在的異常。此模塊主要用于幫助航空發動機研制單位技術保障人員實現對發動機的全面監控（設置了使用權限保障特定人員使用此模塊）。此模塊不但實現了地勤人員模塊中的判讀要求，但其閾值條件要比地勤人員專用模塊的閾值條件更加嚴格。同時會增加一些新的特殊判據來更全面地監控發動機的運行狀況。例如，實現發動機各項監控參數的趨勢判斷、參數組合關系判斷、傳感器工作情況判斷（實現傳感器的視情維修）、發動機性能評估和發動機壽命及載荷的統計評估等功能。

3.4信息顯示模塊

信息顯示模塊是發動機智能判讀系統參數判讀信息結果顯示的主界面，界面表格可以顯示如下信息：

1）事件名稱：表示在判讀模塊中進行判讀的各判讀事件具體的判讀事件的名稱，判讀事件名稱可以通過系統配置文件進行可視化的配置修改。

2）告警識別：告警識別有4種顏色進行顯示。綠色表示正常，表示事件未生成或未發生；紅色表示異常，事情生成或發生；黃色表示非異常信息生成，用于提醒；白色表示為事件記錄條目，未涉及判讀事件。

3）記錄信息：可以針對不同的判讀事件記錄事件相關的不同參數信息。可以在對應的事件條目上單擊記錄信息按鍵打開一個新的窗口，窗口以文本、表格或可視化圖形的形式方便地對判讀記錄信息進行展示。

4）專家建議檢查或解決方法：這里會針對不同的判讀事件給出相應的專家建議和故障檢查或解決的方法，針對不同科目和判據建立不同的專家知識庫并可對這些專家建議和解決方法進行更新和修改。

5）判讀結果：在界面的最下方可以顯示這次判讀的最終結果和信息統計。

3.5導出和統計模塊

導出和統計模塊式經過判讀模塊執行之后對判讀結果的重新利用。導出模塊可以對判讀出的結果導出成預定格式的Excel文件；統計模塊則可以導出針對此判讀的飛參數據和與之對應的判讀結果進行履歷本信息的統計，履歷本信息統計的格式以Excel的格式給出。

4系統實現

發動機智能判讀系統基于C/S架構設計。整個數據庫系統采用C#開發，后臺數據庫采用的是MSSQLServer數據庫。

4.1界面實現

發動機智能判讀系統的主要功能都在主界面里進行操作進行，其設計實現如圖2所示。

4.2數據庫訪問單元實現

發動機智能判讀系統是需要連接其相關的數據庫來進行數據的存儲的，這些數據為今后判讀事件的優化和飛行架次信息的追溯提供了的數據基礎。系統的數據庫訪問單元是基于EntityFramework設計實現的。和其他的ADO.NET數據庫交互方式一樣，En?tityFramework（EF）使用一個ADO.NET數據提供程序來與數據存儲進行交互。數據庫中設計的表都被EFAPI映射成客戶端的實體，而作為EF的一部分的對象服務負責對這些客戶端實體（也就是數據庫中的表）進行控制；EF的另一部分實體客戶端層則負責利用ADO.NET數據提供程序來建立系統與所連接數據庫的連接，隨后把數據庫的數據表映射到實體并根據實體的具體狀態形式和編寫的LINQ查詢來生成數據庫能直接運行的SQL語句[4]。

傳統類型的數據庫系統當訪問和操作數據庫時通過編寫程序使用相關的數據庫驅動訪問接口API建立與數據庫的連接，通過提交編寫的SQL語句提交給數據庫來完成于數據庫的交互和運行操作。發動機智能判讀系統則與此截然不同，其采用了LINQ和EF相結合的技術。整個系統訪問數據庫并與其交互的實現設計流程大致如下：程序設計實現的時候，不會直接通過編寫SQL語句的方式與數據庫進行交互，而是根據業務的要求把編寫的LINQ命令被傳遞給對象服務，對象服務將這些LINQ命令轉換為實體客戶端可以理解的命令樹，之后實體客戶端把命令樹轉換成數據庫能識別的SQL語句，物理數據庫再執行ADO.NET傳過來的SQL語句，之后程序中根據數據庫的類型提供不同的數據提供程序（程序中編寫的數據庫數據讀取器）生成相應的結果集并向上傳遞，并逐層通過不同實體數據讀取器的形式傳遞到對象服務，最后對象服務把實體數據的枚舉傳遞到程序調用端的代碼。其過程如圖3所示。

5結束語

發動機智能判讀系統主要通過收集影響發動機性能的監控飛參數據以實現對發動機運行狀態快速的監控、分析和判讀，進而判斷其是否可以進行下次的架次飛行，實現對飛參數據有效的診斷分析。為提高發動機故障判讀處理效率、預防重大故障發生、確保發動機使用安全起到了其應有的作用。