綜合航空電子系統(tǒng)故障診斷與健康管理技術發(fā)展

趙航程

北京飛機維修工程有限公司航空技術培訓部成都培訓區(qū)，中國·四川 成都 610200

1 引言

航空電子系統(tǒng)這個系統(tǒng)是由航空飛行器、相關地面設施的電子設備集成的一種關鍵性系統(tǒng)。它是航空事業(yè)發(fā)展的主要影響因素之一，其應用效果、故障發(fā)生率直接決定航空事業(yè)的維修成本支出?；诰C合航空電子系統(tǒng)自身復雜性、運環(huán)境等林林總總因素的影響，其運行過程可能會出現(xiàn)各種各樣的故障，在威脅航空器的運行安全的同時導致維修成本在一定范圍內(nèi)的增長。是以，分析綜合航空電子系統(tǒng)的故障診斷與健康管理技術發(fā)展勢在必行。

PHM 是指借助各種智能推理算法并結(jié)合各種傳感器采集系統(tǒng)的各種數(shù)據(jù)信息，來評估系統(tǒng)自身的健康狀態(tài)，在系統(tǒng)故障發(fā)生前對其故障進行預測，并結(jié)合各種可利用資源信息提供一系列的維修保障措施，以實現(xiàn)系統(tǒng)的維修。

2 綜合航空電子系統(tǒng)故障診斷與健康管理技術研究現(xiàn)狀

2.1 中國研究

在PHM 這項技術的研究方面，中國遠遠落后于其他國家。首先，中國的科技發(fā)展落后于國外，其次，在優(yōu)秀人才的征集上，中國也處于劣勢地位。中國PHM 技術研究主題集中在研究所和高校，主要研究內(nèi)容集中于體系結(jié)構(gòu)及算法研究，并在三代機的設計中進行了積極的嘗試，但是總體的應用研究規(guī)模和仍然是水平相對落后?？梢哉f中國對于PHM技術的研究尚且處于起步階段，大多局限于理論性研究，而實際應用領域還相對薄弱，而且在完整理論的構(gòu)建方面，仍然需要做出更多努力。

2.2 其他國家研究

在20 世紀90 年代美國的聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機項目F-35（JSF）首次提出PHM 這一概念。飛機PHM 到底是什么？它的系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示。但其他國家的不同軍種和不同行業(yè)之間，使用的技術名稱會有所迥異。例如，在直升機領域稱為健康與使用管理系統(tǒng)（HUMS），而民用飛機領域和航天領域的名稱是飛行器綜合健康管理（IVHM）、飛機健康管理（AHM）抑或者是系統(tǒng)綜合健康管理（ISHM）。無論名稱如何變幻，其本質(zhì)都是類似的，論文將這一類技術統(tǒng)稱為PHM 技術。然而，相較于中國的起步階段來說，其他國家的PHM 技術已經(jīng)從理論階段發(fā)展到工程認證階段。

圖1 航空電子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.3 整體需要加強

科技的迅猛而激烈的發(fā)展迅速帶動了國家和社會的發(fā)展趨勢，綜合航空電子系統(tǒng)也會得到不斷的進步，這就需要更加先進的故障診斷與健康管理技術來與之相適應，共同推動國家航空事業(yè)的進一步騰飛。因此不能停止研究與探索的腳步，而是應該在原來的基礎上不斷創(chuàng)新，研究出更加具有權威性的PHM 技術。在現(xiàn)今以及將來的社會發(fā)展中，創(chuàng)造出更多的效益，不斷推動本國航空事業(yè)的發(fā)展與進步。

3 綜合航空電子系統(tǒng)故障診斷中的問題

綜合航空電子系統(tǒng)中仍然存在著許多的問題，根據(jù)圖1航空電子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，來詳細分析一下這其中的問題。

3.1 數(shù)據(jù)獲取困難

在日常綜合航空電子系統(tǒng)的故障診斷中，許許多多地方都會運用到數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)的來源是航空器在發(fā)生故障時信號的改變。但是，這些數(shù)據(jù)必須通過特定的運算方法才能夠算出。因為發(fā)生故障時，往往是一些突發(fā)性的情況，所以較難根據(jù)信號的變化得到準確的計算估算值用于系統(tǒng)的故障診斷，這就大大增加了診斷的難度系數(shù)。而且具備突發(fā)性特征的航空故障，發(fā)生的頻率是非常高的，這就會對綜合航空電子系統(tǒng)的正常運行造成非常嚴重的不良影響，導致難以在規(guī)定時間范圍內(nèi)去完成對應的任務[1]。

3.2 故障模型建立困難

合理運用故障診斷技術、健康管理技術確保綜合航空電子系統(tǒng)的基礎步驟是建立故障模型。但從綜合航空電子系統(tǒng)的故障引發(fā)原因來分析，其中的故障常常與多種因素的協(xié)同作用息息相關。在建立故障模型的過程之中，許許多多誘發(fā)因素的疊加使用會把故障模型中的數(shù)據(jù)分析，變得非?；\統(tǒng)復雜。

3.3 電子元件各不相同

要想保證航空系統(tǒng)的安全性，必須保證電子元件的質(zhì)量電子元件，在綜合航空電子系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用，是航空系統(tǒng)正常發(fā)揮作用的關鍵所在。目前在中國，電子元件的質(zhì)量有了很大的提升，這得益于科技的迅速發(fā)展，促進了電子元件的發(fā)展進步。但由于電子元件的來源各不相同生產(chǎn)標準方面的不統(tǒng)一，而導致電子元件在具體的質(zhì)量方面存在了許許多多的差別，如使用壽命就會有所不同等一系列問題。這一方面的問題會影響到航空電子系統(tǒng)故障診斷的精確性。

如圖2 所示，故障處理過程為低等級層通過內(nèi)部的健康監(jiān)控—故障管理—配置管理層的順序向高等級層上報故障，同樣，高等級層在收到故障信號后，會逐級向上層上報故障，最終反饋到維修人員的終端上。

圖2 故障處理過程圖

4 綜合航空電子系統(tǒng)故障診斷與健康管理關鍵技術分析

4.1 分類檢測技術

分類監(jiān)測技術（PHM）用于綜合航空電子系統(tǒng)故障診斷以及健康管理的效果在一次次的試驗中已經(jīng)得到了合理的驗證，這導致了航空電子系統(tǒng)監(jiān)測的復雜性。基于這個問題，PHM 技術具備巨大的優(yōu)勢。因為，它能夠針對航空電子系統(tǒng)中的不同部分，分別展開監(jiān)測工作獲得準確的數(shù)據(jù)，以此作為航空電子系統(tǒng)故障診斷的依據(jù)。對于當今的中國來說，分類檢測技術是一個巨大的進步，它的存在能夠為綜合航空電子系統(tǒng)故障檢測帶來巨大的益處。但也是因為中國的日益強大，科學技術的不斷進步，使得分類檢驗技術得到提升[2]。

4.2 故障預測技術

故障預測，是維持綜合航空電子系統(tǒng)健康進行、正常使用的必要保證。綜合航空電子系統(tǒng)中涉及的元器件種類繁多，采用故障事后處理方法常常難以維持其健康狀態(tài)保持要求。原因在于：當綜合電子系統(tǒng)出現(xiàn)故障之時，它的內(nèi)部器件停留于檢測階段的時間較短，如若錯失最佳檢測時間，容易導致故障診斷失敗。除此之外，在故障產(chǎn)生之時，綜合航空電子系統(tǒng)的核心處理系統(tǒng)、導航系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等組成成分均表現(xiàn)出不同的特點。人們提出通過故障預測技術去彌補故障診斷技術在實效性方面的不足，降低綜合航空電子系統(tǒng)的故障率，保障系統(tǒng)內(nèi)部各類元件的安全、穩(wěn)定運行。而且到目前為止，預警監(jiān)測法、累積法已經(jīng)在綜合航空電子系統(tǒng)健康管理中得到了較為廣泛的應用，并且取得了卓越的成效。

4.3 故障診斷技術

故障診斷技術，診斷綜合航空電子系統(tǒng)故障的原理為：系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，故障診斷技術需利用電子系統(tǒng)中自動飛行系統(tǒng)以及機載維護系統(tǒng)等的結(jié)構(gòu)關系，進行精確的計算，以此來準確判斷出故障發(fā)生的位置，從而為故障處理奠定基礎。綜合航空電子系統(tǒng)中常用的故障診斷技術以建立故障分析模型和數(shù)據(jù)推理分析，這兩種技術為主。以數(shù)據(jù)推理診斷技術為例，當綜合航空電子系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，立即收集綜合航空電子系統(tǒng)故障時的信號數(shù)據(jù)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)運行數(shù)據(jù)等信息資料，然后將收集數(shù)據(jù)結(jié)果與標準數(shù)據(jù)進行對比，判斷數(shù)據(jù)異常區(qū)域，進而完成故障定位得出準確的故障分析結(jié)論。

5 技術發(fā)展方面

對故障診斷技術、健康管理技術的要求產(chǎn)生了一定的變更，是在綜合航空電子系統(tǒng)應用范圍的不斷擴大之后產(chǎn)生的。從各類故障診斷技術與健康管理技術的應用效果來看，大部分技術均已形成了完善的應用規(guī)范，而且可以發(fā)揮良好的故障管理以及健康管理功能，但是仍然有少數(shù)技術停留在初級階段。例如，故障模型技術在綜合航空電子系統(tǒng)故障診斷中的應用尚存一定的局限性。但是隨著技術應用經(jīng)驗的不斷豐富，故障診斷與健康管理技術與綜合航空電子系統(tǒng)應用要求之間的差距將日益縮小，并為電子系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定運行，提供良好的技術支持，顯著減少航空電子系統(tǒng)的維修成本，從而充分發(fā)揮航空電子系統(tǒng)的使用價值。

6 實現(xiàn)工程質(zhì)量的全面管理

在施工過程中，全面質(zhì)量管理的活動幾乎全是現(xiàn)場進行的，它工作的重點是要建立可靠穩(wěn)定的施工體系，確保每個環(huán)節(jié)的質(zhì)量，而且關鍵是要做好預防工作。同時在工程施工中必須嚴格遵循工藝流程，加強工序檢驗和質(zhì)量檢測，做好施工設備、施工原料的管理，保證進場的設備與材料質(zhì)量。在施工過程中，要全面且正確地認識到全面質(zhì)量管理的基礎是什么，只有保證工序的質(zhì)量才能保證工程的質(zhì)量。在施工管理細則的制定中，不僅僅要明確各道工序的技術要求與誤差標準，還要加強監(jiān)督檢查，必須要進行自檢、復檢及記錄等多個步驟的檢查，對重要的步驟及一些隱蔽性的工作要進行嚴格的檢查，及時上報給監(jiān)理工程師迅速分析并及時解決[3]。

建筑工程質(zhì)量管理是一個系統(tǒng)工程，對于一個系統(tǒng)化的工程來說，要想做好建筑工程的質(zhì)量管理，必須要細心做好每個環(huán)節(jié)的工作。關于建筑工程中存在的許許多多的質(zhì)量問題，要從政府企業(yè)等各個節(jié)點一一攻克，細心分析才能進行改革和加以完善，充分運用經(jīng)濟和法律手段監(jiān)督管理工程質(zhì)量活動，不斷探索和實踐，以此去適應新時期要求的質(zhì)量管理新模式，建立起規(guī)范的工程質(zhì)量管理制度，這樣才能更好地提高建筑工程質(zhì)量。

7 結(jié)語

綜上所述，綜合航空電子系統(tǒng)的復雜性為其故障診斷和健康管理工作的順利開展帶來一定阻礙?；诰C合航空電子系統(tǒng)的重要價值，應加強對PHM 技術和故障預測技術等故障診斷與健康管理技術的研發(fā)、推行，不斷縮小故障診斷與健康管理技術的研發(fā)和綜合航空電子系統(tǒng)實際運行需求之間的差距，降低綜合電子系統(tǒng)的故障率并延長其使用壽命。這樣方能使中國的航天事業(yè)得到持續(xù)而高效的發(fā)展。