某型武裝直升機(jī)武器系統(tǒng)故障診斷研究

董澤委，陳偉，王旭東，張君

（陸軍航空兵學(xué)院，北京101123）

某型武裝直升機(jī)武器系統(tǒng)故障診斷研究

董澤委，陳偉，王旭東，張君

（陸軍航空兵學(xué)院，北京101123）

戰(zhàn)時(shí)快速準(zhǔn)確地查找故障部件和制定排故方案是實(shí)施戰(zhàn)場(chǎng)搶修的前提和基礎(chǔ)。目前武裝直升機(jī)武器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成日趨復(fù)雜，功能模塊高度集成，僅憑人工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行維護(hù)難度較大。為了提高故障診斷效率，采用故障樹分析與專家經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合的方法，建立了某型武裝直升機(jī)武器系統(tǒng)故障模型，設(shè)計(jì)了一種快速故障診斷與輔助決策系統(tǒng)，有效減少了維修保障人員故障排除時(shí)間，提升了故障處置效率與準(zhǔn)確度，具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

故障診斷，故障處置，維修保障，故障樹

0 引言

武裝直升機(jī)是陸軍主戰(zhàn)主用型裝備，隨著武器系統(tǒng)性能逐步提高，結(jié)構(gòu)組成日趨復(fù)雜化，功能模塊高度集成化，維護(hù)手冊(cè)與故障知識(shí)等技術(shù)資料信息海量，這些給維護(hù)保障工作增加了難度。

當(dāng)前，武器系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，由專業(yè)維護(hù)保障人員采集故障現(xiàn)象，根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)或查閱維護(hù)規(guī)程和故障手冊(cè)進(jìn)行分析診斷，做出處理決定。在瞬息萬變的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下，僅僅憑借人工記憶或經(jīng)驗(yàn)，故障診斷的時(shí)效性以及結(jié)果的準(zhǔn)確性都得不到科學(xué)保障。因此，開展對(duì)武器系統(tǒng)故障診斷研究是非常緊迫且必要的。

故障樹分析法（Fault Tree Analysis，F(xiàn)TA）是自上而下逐層展開的圖形演繹分析法，也是一種成熟的故障分析技術(shù)［1］，其定性分析的主要目的在于找出導(dǎo)致頂事件發(fā)生的所有可能的故障模式，指明故障源及故障原因，提供改進(jìn)方案和維修建議。同時(shí)故障樹具有表達(dá)直觀、易于建模的特點(diǎn)，利用故障樹描述故障規(guī)則知識(shí)，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)診斷推理。為了解決上述難題，本文引入故障樹分析法，并結(jié)合某型武裝直升機(jī)武器系統(tǒng)的診斷實(shí)際，開展武器系統(tǒng)故障診斷研究。將維修保障資料信息化，故障診斷方式智能化，從而減輕維修保障人員的工作壓力與負(fù)擔(dān)，提高故障診斷的效率和準(zhǔn)確度，為維護(hù)人員和決策者提供科學(xué)有效的決策依據(jù)。

1 故障樹及其建立

故障樹是基于人工智能方法的故障診斷手段。故障樹由頂事件、中間事件和底事件組成，故障樹中把故障現(xiàn)象稱為事件。故障樹的建立就是把系統(tǒng)的某一故障作為頂事件［2］，然后分析并列出引起頂事件的直接原因，即中間事件，逐級(jí)向下進(jìn)行查找，一直追查到那些最基本的原因即底事件，并用相應(yīng)符號(hào)逐級(jí)連接起來，這樣就構(gòu)造成了一個(gè)因果關(guān)系清晰地故障分析圖。建樹步驟如下：

（1）全面掌握領(lǐng)域知識(shí)。牢固掌握武器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成、功能模塊和聯(lián)動(dòng)關(guān)系，清楚判明各種故障狀態(tài)，快速鎖定導(dǎo)致故障的某個(gè)部件，結(jié)合維護(hù)經(jīng)驗(yàn)與故障手冊(cè)，合理處置各類故障。

（2）確定頂事件。頂事件是武器系統(tǒng)的故障現(xiàn)象。某型武裝直升機(jī)武器系統(tǒng)由航炮武器系統(tǒng)、空空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)、空地導(dǎo)彈武器系統(tǒng)、火箭彈武器系統(tǒng)組成。在武器系統(tǒng)使用過程中，這4類武器系統(tǒng)都可能會(huì)出現(xiàn)故障，將這4類故障作為故障樹中故障分析的頂事件。

（3）確定故障樹。從頂事件展開分析，逐層查找，分別找出導(dǎo)致4個(gè)故障發(fā)生的所有可能原因，然后逐級(jí)向下分析，直到找到引起該故障的基本原因，確定故障部件為止。為便于進(jìn)一步詳細(xì)分析，主要以航炮武器系統(tǒng)故障為例進(jìn)行介紹，故障樹模型如圖1所示。

2 故障知識(shí)庫中樹狀結(jié)構(gòu)的表示

知識(shí)庫中表示樹型結(jié)構(gòu)的方法通常有字段表示法，即把節(jié)點(diǎn)在樹中的層次關(guān)系用若干個(gè)字段表示出來；代碼表示法，即把節(jié)點(diǎn)在樹中的層次關(guān)系用一個(gè)代碼來表示；靜態(tài)指針法，即利用“指針”表示節(jié)點(diǎn)在樹中的層次關(guān)系。

研究中采用代碼表示法和靜態(tài)指針表示法相結(jié)合的方法在知識(shí)庫中表示故障樹。在知識(shí)庫中設(shè)計(jì)了3個(gè)表，分別是：

故障子樹表，表結(jié)構(gòu)如表1所示，采用代碼表示法。表1中字段GZZS1表示故障子樹中的頂事件，分別表示4個(gè)故障樹中的第1層。

表1 故障子樹表

故障現(xiàn)象和部位表，表結(jié)構(gòu)如表2所示，采用代碼表示法和靜態(tài)指針法相結(jié)合的方法。表2中字段GZZS2（故障子樹2層）所表示的是每個(gè)故障子樹的第2級(jí)節(jié)點(diǎn)，如3-2表示該節(jié)點(diǎn)是第3個(gè)故障子樹第2層的第2個(gè)節(jié)點(diǎn)，即表示中間事件。

表2 故障現(xiàn)象及部位表

故障原因及處置方法表，表結(jié)構(gòu)如表3所示，表3中字段GZZS3所表示的是每個(gè)故障子樹的第3級(jí)節(jié)點(diǎn)，如1-2-3表示該節(jié)點(diǎn)屬于第1個(gè)故障子樹的第3層，且是節(jié)點(diǎn)1-2的第3個(gè)子節(jié)點(diǎn)，字段GZYY表示故障原因即底事件也就是第4級(jí)節(jié)點(diǎn)，字段GZCZ表示針對(duì)該故障的處置方法。

表3 故障原因及處置方法表

3 故障推理機(jī)

推理機(jī)是故障診斷處理的核心部分，根據(jù)用戶提供的信息，利用知識(shí)庫中存儲(chǔ)的知識(shí)，按一定推理策略逐步求解問題［3］。推理機(jī)主要包括推理方法和搜索策略兩部分。

3.1 推理方法

常用的故障推理方法分為正向推理法和反向推理法兩種，由于某型武裝直升機(jī)武器系統(tǒng)故障樹比較復(fù)雜，引起故障的原因較多，因此，系統(tǒng)選用基于數(shù)據(jù)庫的正向推理模式，通過用戶不斷選擇被測(cè)節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)推理的深入，直至找出故障原因。

3.2 搜索策略

故障樹的各節(jié)點(diǎn)采用面向?qū)ο蟮谋硎痉?，存?chǔ)在故障知識(shí)庫中，節(jié)點(diǎn)表示的事件相當(dāng)于規(guī)則的結(jié)果，其子節(jié)點(diǎn)事件相當(dāng)于規(guī)則的條件，節(jié)點(diǎn)的其他數(shù)據(jù)信息相當(dāng)于描述規(guī)則的各種參數(shù)。故障樹的各節(jié)點(diǎn)根據(jù)節(jié)點(diǎn)編號(hào)的不同在數(shù)據(jù)庫中確定唯一的位置，節(jié)點(diǎn)指針指向該節(jié)點(diǎn)所在的位置，搜索當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的父節(jié)點(diǎn)和子節(jié)點(diǎn)分別可以找到以該事件為前提的所有事件和該事件的前因事件，故障診斷軟件以用戶給出的檢測(cè)結(jié)果為依據(jù)實(shí)現(xiàn)指針的位置變換，通過不斷搜索子節(jié)點(diǎn)指針表來最終確定故障部位。用戶還可以根據(jù)節(jié)點(diǎn)信息中提供的經(jīng)驗(yàn)故障樹，優(yōu)先檢測(cè)專家推薦的最有可能發(fā)生故障的部件，提高故障診斷的效率。采用這種搜索策略，能夠有效地將故障樹診斷法、專家經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)緊密結(jié)合在一起，大大縮短故障診斷時(shí)間，輔助用戶盡快找到故障部件。具體推理過程如圖2所示。

4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

該系統(tǒng)基于visual basic和access數(shù)據(jù)庫開發(fā)，由人機(jī)接口、知識(shí)庫、診斷推理機(jī)、診斷規(guī)則庫、對(duì)策推理機(jī)和對(duì)策規(guī)則庫組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成如圖3所示。

當(dāng)某型武裝直升機(jī)武器系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，維修保障人員通過人機(jī)接口，將故障輸入到診斷系統(tǒng)的事件庫中，診斷推理機(jī)搜索事件庫，從診斷規(guī)則庫中調(diào)取以該事件為頂事件的故障樹及相應(yīng)的診斷規(guī)則，進(jìn)行診斷推理，診斷結(jié)論放入事件庫中，通過事件庫輸出給用戶接口和對(duì)策推理機(jī)，對(duì)策推理機(jī)調(diào)用對(duì)策規(guī)則庫中的對(duì)策規(guī)則進(jìn)行推理，確定故障排除的處置方法，輸出給用戶接口，由維修保障人員執(zhí)行。

5 結(jié)論

在實(shí)際的裝備維修保障活動(dòng)中，快速準(zhǔn)確地實(shí)施戰(zhàn)場(chǎng)搶修工作是克敵制勝的關(guān)鍵，那么及時(shí)查找故障部件和科學(xué)制定排故方案對(duì)于戰(zhàn)時(shí)裝備保障指揮具有重要的意義和作用。本文采用故障樹分析的方法，建立了某型武裝直升機(jī)武器系統(tǒng)故障模型，設(shè)計(jì)了快速故障診斷與輔助決策系統(tǒng)。不僅能夠有效減少了維修保障人員故障排除時(shí)間，還能夠大幅提升故障處置效率與準(zhǔn)確度，具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。為使維修保障人員更為形象直觀的進(jìn)行操作，下一步將建立各個(gè)部件的三維圖像，將診斷過程表示在武器系統(tǒng)圖像中，使診斷更為生動(dòng)、人性化，提高維修技能和使用效率。

［1］張磊，李明軍.基于故障樹的地鐵屏蔽門故障診斷專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［J］.計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2015，23（3）：770-772.

［2］倪松松，陽寧，李力.基于擴(kuò)展故障樹的采煤機(jī)故障診斷專家系統(tǒng)研究［J］.礦冶工程，2015，35（2）：15-19.

［3］周琦鈞，趙秋穎，朱明明.基于故障樹的航天測(cè)控系統(tǒng)故障診斷方法［J］.現(xiàn)代電S子技術(shù)，2015，38（7）：103-106.

［4］郭岱，朱兆霞，張福建.采煤機(jī)泵電機(jī)起啟動(dòng)故障樹分析［J］.煤炭技術(shù)，2015，34（4）：283-285.

［5］陳德道，安虎平.基于模糊故障樹的數(shù)控機(jī)床故障診斷方法［J］.機(jī)床與液壓，2015，43（5）：177-180.

Research of a Certain Armed Helicopter Weapon System Fault Diagnosis

DONG Ze-wei，CHEN Wei，WANG Xu-dong，ZHANG Jun
（Army Aviation Institute,Beijing 101123，China）

In time of war,finding the failure parts and troubleshooting scheme rapidly and accurately is the premise and foundation of battlefield repair.At present,the armed helicopter weapon system structure is increasingly complex,and function module is highly integrated,maintenance only by artificial experience is very difficult.In order to improve the efficiency of fault diagnosis,this article adopts the method of combining fault tree analysis and expert experience,a certain armed helicopter weapon system failure model is established,a fast fault diagnosis and aided decision system is designed. It reduces the trouble clearing time of maintenance support personnel effectively,improves efficiency and accuracy of the fault disposal.Thus the research has the important practical application value.

fault diagnosis，fault disposal，maintenance support，fault tree

TP183

A

1002-0640（2017）01-0150-04

2015-11-12

2016-02-17

董澤委（1985-），男，河北人，碩士研究生。研究方向：航空軍械。