某型飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)地面專家診斷系統(tǒng)的研究

楊建勇,李子昂

（洪都航空工業(yè)集團(tuán)，南昌 330024）

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

1）數(shù)據(jù)管理功能。數(shù)據(jù)管理分為用戶和專家管理兩類：用戶主要完成歷史故障庫和數(shù)據(jù)庫、發(fā)動(dòng)機(jī)履歷本的節(jié)流特性數(shù)據(jù)及電子調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)值、發(fā)動(dòng)機(jī)原始參數(shù) （即裝上飛機(jī)第一次地面試車數(shù)據(jù)）、最后一次大修后的總工作時(shí)間、發(fā)動(dòng)機(jī)序列號(hào)及飛機(jī)編號(hào)、發(fā)動(dòng)機(jī)日常維護(hù)情況的瀏覽、編輯、刪除、添加、打印等操作。專家根據(jù)需要修改知識(shí)庫并追加知識(shí)，對(duì)知識(shí)庫的一致性、完整性、正確性以及由此引起的一切必要的改動(dòng)進(jìn)行修改完善。

2）故障診斷功能。系統(tǒng)能夠根據(jù)知識(shí)庫的知識(shí)通過推理模塊功能完成發(fā)動(dòng)機(jī)的故障分析和推理，并找到發(fā)生故障的元部件及故障原因，便于維護(hù)人員的理解、接收和處理。

3）用戶權(quán)限管理功能。系統(tǒng)可以設(shè)置用戶級(jí)別，對(duì)使用用戶的權(quán)限進(jìn)行管理。

1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)功能要求及各功能之間的關(guān)系，本系統(tǒng)主要包括知識(shí)處理模塊、推理模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、圖形處理模塊及系統(tǒng)幫助模塊。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

知識(shí)處理模塊的作用是專家針對(duì)知識(shí)庫進(jìn)行維護(hù)完善，保證知識(shí)的一致性、完整性、正確性。推理模塊的作用是利用知識(shí)庫已有的知識(shí)，按照一定的推理策略和邏輯關(guān)系，完成故障的診斷，并控制和協(xié)調(diào)系統(tǒng)的各個(gè)模塊使之能夠很好地協(xié)同工作。數(shù)據(jù)處理模塊的作用是從機(jī)載記錄的數(shù)據(jù)通過參數(shù)極值和數(shù)學(xué)算法剔除記錄中的無效數(shù)據(jù)；同時(shí)，能將通過推理模塊處理的數(shù)據(jù)以表格和報(bào)表形式輸出。圖形處理模塊的作用是根據(jù)用戶選擇相應(yīng)的一組參數(shù)繪制出隨時(shí)間變化的曲線（含診斷報(bào)文）。

2 知識(shí)庫和知識(shí)表示

2.1 知識(shí)庫

專家系統(tǒng)是人工智能技術(shù)的一個(gè)重要組成部分。它將人類專家的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)輸入到計(jì)算機(jī)中，使計(jì)算機(jī)能夠以“思維”、“推理”的方式利用這些知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)，解決特定的問題。發(fā)動(dòng)機(jī)地面專家診斷系統(tǒng)的知識(shí)包括維護(hù)一線專家的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)、發(fā)動(dòng)機(jī)維護(hù)規(guī)程和航空發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)原理性知識(shí)。通過對(duì)某型飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)、功能和結(jié)構(gòu)機(jī)理的分析，得到該型發(fā)動(dòng)機(jī)故障分析樹如圖2所示。

圖2 某航空發(fā)動(dòng)機(jī)故障分析示意圖

為了將知識(shí)表達(dá)清晰，采用了基于故障分析樹的知識(shí)點(diǎn)分類方法。故障分析樹第二層的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都是知識(shí)點(diǎn)，都含有一定數(shù)量的分支節(jié)點(diǎn)，每個(gè)分支節(jié)點(diǎn)都有不同的知識(shí)表示，各分支節(jié)點(diǎn)相對(duì)獨(dú)立。本文將第二層不同的節(jié)點(diǎn)形成不同的知識(shí)表，有助于減少診斷推理過程中的搜索量，有效提高故障診斷效率，并有利于知識(shí)庫的維護(hù)完善。該型發(fā)動(dòng)機(jī)故障分析可歸納為八個(gè)知識(shí)點(diǎn)，即起動(dòng)過程、慢車狀態(tài)、最大巡航狀態(tài)、額定狀態(tài)、最大狀態(tài)、加減速狀態(tài)、停車過程、滑油系統(tǒng)。每個(gè)知識(shí)表都有其固有的特性，不同的故障知識(shí)點(diǎn)用不同的知識(shí)表來存儲(chǔ)，共同構(gòu)成整個(gè)專家系統(tǒng)知識(shí)庫。

2.2 知識(shí)表示

知識(shí)表示是建造專家系統(tǒng)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，知識(shí)表示方法的好壞直接影響系統(tǒng)的推理效率，知識(shí)庫的模型不僅要符合專家診斷系統(tǒng)推理的思維，同時(shí)又要具備不斷自我擴(kuò)充的能力。因此，知識(shí)表示方法要具有可擴(kuò)充性、簡(jiǎn)潔性和清晰性。

發(fā)動(dòng)機(jī)的故障模式復(fù)雜，診斷過程也不盡相同，有的故障只憑經(jīng)驗(yàn)簡(jiǎn)單判斷就可得出結(jié)論，有的故障則需對(duì)系統(tǒng)工作過程進(jìn)行詳細(xì)的剖析并經(jīng)過復(fù)雜推理及排除各因素后方可判斷。故障診斷只需分析到外場(chǎng)可更換單元（LRU）。在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程中，除了系統(tǒng)操作界面突出人性化外，知識(shí)庫中的表示結(jié)構(gòu)也要符合人的故障分析思維。下面以起動(dòng)過程知識(shí)表為例說明：

起動(dòng)準(zhǔn)備階段：

判斷：燃油切斷閥已打開；燃油增壓泵工作；發(fā)電機(jī)負(fù)載未接通；環(huán)控引氣斷開。若其中一項(xiàng)不滿足，則報(bào)出“不能保證起動(dòng)”，同時(shí)報(bào)出哪一項(xiàng)不滿足要求。

起動(dòng)過程中：

判斷：

1）起動(dòng)時(shí)間：在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件，起動(dòng)時(shí)間不超過40秒；非標(biāo)準(zhǔn)大氣條件，起動(dòng)時(shí)間不超過60秒。若不滿足，則報(bào)出“起動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)”。

2）N2開始上升：從“空氣渦輪起動(dòng)機(jī)活門打開”信號(hào)開始，t≤5秒，N2轉(zhuǎn)速上升。若不滿足，則報(bào)出“N2開始上升時(shí)間晚”。

3）N1開始上升：當(dāng)N2≤20%時(shí)，出現(xiàn)N1轉(zhuǎn)速。若不滿足，則報(bào)出“N1開始上升時(shí)間晚”。

第三，關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜表明，政府機(jī)構(gòu)改革研究成果關(guān)鍵詞結(jié)構(gòu)較為松散，網(wǎng)絡(luò)密度不高。存在部分研究者未真正理解關(guān)鍵詞的標(biāo)識(shí)內(nèi)涵，以致出現(xiàn)專業(yè)標(biāo)識(shí)性不強(qiáng)的高頻關(guān)鍵詞，另有些學(xué)者在參考文獻(xiàn)信息標(biāo)注不規(guī)范導(dǎo)致數(shù)據(jù)信息不完整，因此建議作者在發(fā)表和宣傳成果時(shí)還得重視文獻(xiàn)規(guī)范。

4）空氣渦輪起動(dòng)機(jī)活門關(guān)閉：當(dāng)49.5%≤N2≤50.2%范圍內(nèi)，空氣渦輪起動(dòng)機(jī)活門關(guān)閉。若不滿足，則報(bào)出“ATS關(guān)閉早”或“ATS關(guān)閉晚”。

5）T4出現(xiàn)時(shí)間：從“空氣渦輪起動(dòng)機(jī)活門打開”信號(hào)開始，t≤30秒，T4上升。若不滿足，則報(bào)出“T4開始上升時(shí)間晚”。

6）滑油壓力開始上升：當(dāng)N2≤45%時(shí)，出現(xiàn)滑油壓力。若不滿足，則報(bào)出“Poil上升緩慢”。

7）T4超過最大值：T4＞660℃，則報(bào)出“T4超過最大值”。

8）T4超過極限值：T4＞700℃或“起動(dòng)時(shí) T4極限值”信號(hào)，則報(bào)出“T4超過極限值”。

9）起動(dòng)不成功：當(dāng)出現(xiàn) “起動(dòng)時(shí)終止供工作燃油”和“終止起動(dòng)”信號(hào)，則報(bào)出“起動(dòng)不成功”。

10）出現(xiàn)“ATS應(yīng)急節(jié)流門關(guān)閉”信號(hào)，則報(bào)出“ATS應(yīng)急節(jié)流門關(guān)閉”。

11）出現(xiàn)“ATS極限轉(zhuǎn)速”信號(hào)，則報(bào)出“ATS極限轉(zhuǎn)速”。

13）出現(xiàn)“燃燒室未點(diǎn)火”信號(hào)，則報(bào)出“燃燒室未點(diǎn)火”。

14）在起動(dòng)過程中未形成任何診斷報(bào)文和信息報(bào)文，則報(bào)出“發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)參數(shù)正?！薄?/p>

統(tǒng)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)參數(shù)及診斷報(bào)文：

…批…架某型飛機(jī)配裝的No…….動(dòng)力裝置的發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)參數(shù)（表1）：

表1 飛機(jī)發(fā)電機(jī)起動(dòng)參數(shù)

3 結(jié)論

1）本文提出的專家知識(shí)庫結(jié)構(gòu)可有效地描述知識(shí)模型，使得知識(shí)庫結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單直觀、方便可靠、提高了故障診斷的效率。

2）本系統(tǒng)按照知識(shí)點(diǎn)分類的方法進(jìn)行專家知識(shí)庫的分類管理和維護(hù)，有助于知識(shí)庫中知識(shí)的擴(kuò)充和完善。

3）本系統(tǒng)有助于機(jī)務(wù)人員對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的健康狀況更加深入了解，支持發(fā)動(dòng)機(jī)管理和后勤的決策，確保飛行安全。

[1]Nail.某發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)狀態(tài)地面自動(dòng)監(jiān)控控制率.2007.

[2]陳志英.航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)務(wù)維護(hù)專家系統(tǒng)的研究與故障診斷.2008.

[3]吳今培.智能故障診斷與專家系統(tǒng).2001.