研究航空電氣設(shè)備的故障預(yù)測與健康管理

貴陽航空電機有限公司 蔣成剛

對航空電氣設(shè)備展開有針對性的故障預(yù)測，有利于從根本上保證航空電氣設(shè)備整體利用率得到有效提升，盡可能減少我國航空電氣設(shè)備在維修時的失誤問題，保證航空電氣設(shè)備整體使用體驗感得到有效提升。對于工作人員而言，要對航空電氣設(shè)備展開有針對性的健康管理，這樣不僅有利于從根本上實現(xiàn)對設(shè)備自身故障率的有效控制，而且還可為航空電氣設(shè)備整體使用率提升提供保證。

1 航空電氣設(shè)備故障預(yù)測以及健康管理的重要性

故障預(yù)測以及健康管理在目前航空事業(yè)發(fā)展中具有非常重要的影響和作用，同時受到了廣泛關(guān)注和重視，對航空電氣設(shè)備要積極采取有針對性的對策，保證健康管理以及故障預(yù)測等相關(guān)工作能夠在實踐中得到有效推進(jìn)，以此來保證我國現(xiàn)有航空電氣設(shè)備整體使用年限得到有效提升。針對航空電氣設(shè)備的整個運用故障展開有針對性的預(yù)測以及健康管理分析，同時要結(jié)合實際情況，對先進(jìn)技術(shù)手段進(jìn)行引進(jìn)和利用，以此來實現(xiàn)實時有效的監(jiān)測和控制，對電氣設(shè)備當(dāng)中涉及到的各種不同類型零部件具體使用情況進(jìn)行了解，這樣才能夠根據(jù)實際情況的不同，及時發(fā)現(xiàn)隱藏在其中的故障問題，對有故障的零部件進(jìn)行更換處理[1]。

對于現(xiàn)有工作人員而言，可對航空電氣設(shè)備展開有針對性的故障預(yù)測處理，結(jié)合目前工作人員在日常工作時提出的一系列具體理論知識等，針對目前航空電氣設(shè)備故障表現(xiàn)問題進(jìn)行及時有效的判斷和分析。結(jié)合航空電氣設(shè)備在運行時的故障表現(xiàn)、具體類型，展開對比分析之后，可對其故障問題進(jìn)行確定。

通過對健康管理技術(shù)在其中科學(xué)合理的利用，能夠從根本上盡可能減少對航空電氣設(shè)備故障類型進(jìn)行判斷時的時間。對于工作人員而言，要結(jié)合實際情況，適當(dāng)?shù)膶娇针姎庠O(shè)備展開有針對性的維護(hù)和管理，對目前健康管理現(xiàn)有方法進(jìn)行合理利用，保證工作人員在日常操作時的效率、質(zhì)量得到有效提升。對健康管理技術(shù)進(jìn)行科學(xué)合理的利用，對整個航空電氣系統(tǒng)而言，可展開實時有效的監(jiān)督和管理，最大限度保證航空電氣系統(tǒng)的監(jiān)督管理工作能夠在實踐中逐漸朝著智能化的趨勢轉(zhuǎn)變和發(fā)展。

2 航空電氣設(shè)備故障預(yù)測以及健康管理的實施策略

2.1 預(yù)警電路法的合理利用

對于工作人員而言，要在實踐中對航空電氣設(shè)備展開有針對性的故障預(yù)測處理，對符合現(xiàn)實要求的預(yù)警電路法進(jìn)行科學(xué)合理的利用，以此來保證故障預(yù)測工作效率得到有效提升。通過對預(yù)警電路方法的合理利用，將該方法與正常電路法進(jìn)行對比分析之后，發(fā)現(xiàn)該方法在應(yīng)用時，可提前一段時間發(fā)出對應(yīng)的故障信號，預(yù)警電路在運行過程中，可立即發(fā)出對應(yīng)的故障信號，同時積極采取有針對性的對策，實現(xiàn)對電氣設(shè)備損傷問題的有效控制，避免造成更加嚴(yán)重的后果[2]。如圖1所示。

圖1 預(yù)警電路法

工作人員在日常操作過程中，通過對預(yù)警電路方法的合理利用，能夠?qū)收项A(yù)測工作進(jìn)行有效推進(jìn)。為達(dá)到良好的實施效果，要盡可能減少預(yù)警電路的分流，保證預(yù)警電路的整個電流密度得到有效提升，盡可能減少正常電路的直徑。更為重要一點，就是要在減少正常電路熱量的基礎(chǔ)上，適當(dāng)?shù)脑黾宇A(yù)警電路熱量，通過這種方式在其中的合理利用，才能夠從根本上促使預(yù)警電路自身出現(xiàn)故障的目的得以實現(xiàn)。

2.2 利用累積損傷模型展開故障預(yù)測

日常工作過程中，要結(jié)合航空電氣設(shè)備在運行時的實際情況，對電氣設(shè)備進(jìn)行故障預(yù)測和分析。在故障預(yù)測以及健康管理工作的具體展開中，要結(jié)合實際情況對累積損傷模型進(jìn)行合理的利用，在某種程度上可實現(xiàn)對航空電氣設(shè)備準(zhǔn)確有效的監(jiān)測和分析。累積損傷模型在構(gòu)建以及具體應(yīng)用中，可實現(xiàn)與各種不同類型電氣設(shè)備荷載、電氣設(shè)備損傷程度等各種不同類型因素條件之間的有效結(jié)合。通過對累積損傷模型科學(xué)合理的利用，可對航空電氣設(shè)備當(dāng)中涉及到的各種不同類型零部件使用年限展開更加深入的分析和了解，結(jié)合實際情況對電氣設(shè)備的具體使用壽命進(jìn)行確定。

在針對航空電氣設(shè)備的故障問題進(jìn)行預(yù)測時，可直接通過對累積損傷模型在其中科學(xué)合理的利用，對航空電氣系統(tǒng)在運行過程中涉及到的各種不同類型設(shè)備使用壽命進(jìn)行準(zhǔn)學(xué)有效的評估和分析。以此為基礎(chǔ)，有利于對整個航空電氣系統(tǒng)對應(yīng)的設(shè)備使用壽命進(jìn)行估算和分析，這樣能夠?qū)﹄姎庠O(shè)備出現(xiàn)故障的大致時間進(jìn)行確定[3]。對累積損傷模型進(jìn)行合理利用時，要對航空電氣設(shè)備展開故障預(yù)測處理，對航空電氣設(shè)備出現(xiàn)故障的原因進(jìn)行確定，對符合現(xiàn)實要求的工作方法進(jìn)行合理利用，這樣才能夠針對目前航空電氣設(shè)備故障問題進(jìn)行妥善處理，以此來保證航空電氣設(shè)備在運行時的效率、質(zhì)量得到有效提升。

2.3 利用監(jiān)測特征參數(shù)法

監(jiān)測特征參數(shù)方法在提出和具體應(yīng)用中，可通過該方法的合理利用對獲取到的各種不同類型數(shù)據(jù)信息展開有針對性的加工處理，對已經(jīng)處理之后的數(shù)據(jù)、信息展開對比分析，對電氣系統(tǒng)的整個故障類型展開有針對性的預(yù)測和分析。但在結(jié)合目前實際情況進(jìn)行分析時，對監(jiān)測特征參數(shù)方法進(jìn)行利用時，要對電氣系統(tǒng)自身的故障問題進(jìn)行預(yù)測和分析。

需注意的一點，就是由于電氣系統(tǒng)在整個運行過程中一旦出現(xiàn)故障問題時，其自身無論是在功能或者是在失效機理等各方面都具有復(fù)雜性的特征。所以，在對各種不同類型的參數(shù)進(jìn)行選擇以及各種信息數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時，要嚴(yán)格按照各種不同類型的標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行科學(xué)合理的選擇和利用。通過這種方式在實踐中的合理利用，最大限度保證監(jiān)測特征參數(shù)方法能夠真正有效的落實到實處，以此來實現(xiàn)對現(xiàn)有各種不同類型數(shù)據(jù)信息的深入分析，對電氣系統(tǒng)故障類型進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測。

2.4 利用BIT 自檢測方法

BIT 功能主要包括上電BIT、周期BIT 和維護(hù)BIT 等功能，以某型ELMC 產(chǎn)品為例，可表征該方法在工程領(lǐng)域的有效應(yīng)用。該ELMC 軟件主要包括地面支持軟件、系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件，其中系統(tǒng)軟件為ELMC 提供系統(tǒng)管理、任務(wù)調(diào)度，應(yīng)用軟件則利用系統(tǒng)軟件提供的服務(wù)進(jìn)行接口狀態(tài)采集、數(shù)據(jù)組織和信息上報以及SSPC 控制等，地面支持軟件提供開發(fā)環(huán)境支持和測試支持。系統(tǒng)軟件的核心是操作系統(tǒng)，ELMC 操作系統(tǒng)選用Vxworks 操作系統(tǒng)（圖2）。

圖2 ELMC 軟件組成框圖

ELMC 是一個實時多任務(wù)操作平臺，要求操作系統(tǒng)具有嵌入式、實時、多任務(wù)等特征，應(yīng)能實現(xiàn)以下功能：操作系統(tǒng)核心調(diào)度；系統(tǒng)狀態(tài)收集及異常處理。周期任務(wù)調(diào)度支持多個周期任務(wù)的調(diào)度，周期任務(wù)以10ms 為最小周期進(jìn)行調(diào)度，應(yīng)用必須保證周期小的任務(wù)，在創(chuàng)建時賦予較高的優(yōu)先級。

周期任務(wù)調(diào)度提供以下功能：周期任務(wù)初始化；周期任務(wù)創(chuàng)建；周期任務(wù)結(jié)束；周期任務(wù)停止；周期任務(wù)重新啟動；周期任務(wù)繼續(xù)執(zhí)行；周期任務(wù)刪除。設(shè)備驅(qū)動軟件主要配合應(yīng)用軟件完成對硬件設(shè)備的輸入、輸出接口控制，并提供應(yīng)用軟件良好的操作接口界面。

設(shè)備驅(qū)動軟件包括：離散量輸入驅(qū)動軟件；模擬量輸入驅(qū)動軟件；串行通訊驅(qū)動軟件。按照應(yīng)用任務(wù)工作模型的要求，當(dāng)出現(xiàn)的故障確診后，系統(tǒng)根據(jù)故障狀態(tài)及其影響的危害程度、任務(wù)要求以及可使用的資源，重新配置硬件或軟件，使系統(tǒng)可繼續(xù)執(zhí)行或降級執(zhí)行，重構(gòu)包括任務(wù)遷移、硬件余度降級等。

BIT 功能主要完成對ELMC 硬件進(jìn)行功能測試，包括上電自測試(POBIT)、維護(hù)自測試(MBIT)、周期自測試(PBIT)三種，軟件可從下列幾方面的測試內(nèi)容中選?。篊PU 測試；RAM 讀寫測試；ROM代碼和測試；定時器測試；中斷控制器測試；內(nèi)部電源測試；模擬量輸入電路測試；離散量輸入/輸出測試；串行數(shù)字通訊接口回繞測試。

POBIT 是ELMC 在地面加電時，在完成硬件初始化后進(jìn)行的系統(tǒng)硬件BIT 測試。在系統(tǒng)硬件BIT支持電路配合下，完成對系統(tǒng)硬件電路功能的測試。由于兩種方式下要求的測試時間不同，故測試內(nèi)容不同；MBIT 是當(dāng)系統(tǒng)聯(lián)試啟動時，ELMC 從上位機接到“維護(hù)自檢測”命令時，進(jìn)行的ELMC 自身的自檢測；PBIT 是系統(tǒng)在正常工作方式下，以后臺任務(wù)方式運行的周期性測試。周期BIT 的運行不影響系統(tǒng)的正常工作。

三種BIT 運行時機不同，各自測試內(nèi)容不同。MBIT 測試內(nèi)容最完整、POBIT 測試內(nèi)容較少、PBIT 測試內(nèi)容最少。其中，POBIT 和PBIT 功能在系統(tǒng)軟件中實現(xiàn)，MBIT 功能在應(yīng)用軟件中實現(xiàn)。當(dāng)需要進(jìn)行BIT 測試時，將3.3V 標(biāo)準(zhǔn)電壓基準(zhǔn)源通過模擬開關(guān)分別導(dǎo)入各模擬通道，此標(biāo)準(zhǔn)電壓經(jīng)過模擬開關(guān)電路，增益調(diào)整電路和AD 轉(zhuǎn)換電路，由FPAG 讀取，將讀取的數(shù)據(jù)上傳，由CPU 和事先裝入的標(biāo)準(zhǔn)值比對，就可實現(xiàn)CCB 子板硬件的BIT自檢測功能。

該自檢測過程可作用到芯片級，具體過程如下：首先由FPGA 通過邏輯接口信號可分別判斷AD 轉(zhuǎn)換電路和增益調(diào)整電路的功能是否正常，如不正常則上傳故障信息；執(zhí)行上一步后，若數(shù)據(jù)自檢結(jié)果不正確，可更換模擬開關(guān)輸入端口，若正確則可認(rèn)為是上一個模擬開關(guān)端口問題；ELMC 內(nèi)部配置有128K 的NVSRAM 存儲器，可滿足同時自動存儲至少10個故障跳閘點及復(fù)位點時刻前10s 至后1min 內(nèi)的所有數(shù)據(jù)的要求。

以上三部分的自檢過程，可作用到通信接口電路，F(xiàn)PGA 芯片、增益調(diào)節(jié)電路、差分放大器電路、AD 轉(zhuǎn)換電路、二次電源電路，對這些電路芯片的檢測已經(jīng)達(dá)到產(chǎn)品所用芯片的90%。通過采用BIT方式實現(xiàn)該產(chǎn)品的內(nèi)部故障預(yù)測與健康管理，有效提升了產(chǎn)品在實際使用中的可靠性和維護(hù)性，盡可能避免由于產(chǎn)品故障對負(fù)載和電源的影響，為系統(tǒng)的安全性創(chuàng)造了良好條件。

2.5 結(jié)合多種方法

結(jié)合目前航空電氣設(shè)備故障預(yù)測以及健康管理現(xiàn)狀，目前我國現(xiàn)有的諸多技術(shù)人員在針對航空電氣設(shè)備的故障進(jìn)行預(yù)測和分析時，要結(jié)合實際情況適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行優(yōu)化和完善，對符合現(xiàn)實要求的法進(jìn)行合理利用，以此來實現(xiàn)對航空電氣設(shè)備有針對性的故障預(yù)測以及健康管理。

目前，故障預(yù)測方法以及健康管理技術(shù)仍處于不斷改革和創(chuàng)新發(fā)展的重要時期，在實踐運行過程中，仍存在很多問題。所以要結(jié)合實際情況積極采取有針對性的對策，航空電氣設(shè)備展開有針對性的管理，要在實踐中對各種不同類型的技術(shù)手段進(jìn)行科學(xué)合理的利用。同時，還要對現(xiàn)有各種方法進(jìn)行高效融合，對航空電氣設(shè)備故障進(jìn)行預(yù)測的同時，要對現(xiàn)有健康管理方法進(jìn)行不斷改革和創(chuàng)新，這樣才能夠從根本上保證故障預(yù)測以及健康管理實施效率、質(zhì)量得到有效提升。

3 結(jié)語

對航空電氣設(shè)備進(jìn)行科學(xué)合理的利用，有利于推動我國航空事業(yè)的穩(wěn)定、可持續(xù)發(fā)展。因此，要加強對故障預(yù)測以及健康管理的重視程度，對有技術(shù)手段進(jìn)行改革和創(chuàng)新，這樣才能夠避免故障問題帶來更加嚴(yán)重的后果。