基于某型組合接收設(shè)備的新型故障樹診斷方法

梅帥 程明 仵楊

（凌云科技集團(tuán)有限責(zé)任公司 湖北省武漢市 430040）

1 引言

某型組合接收設(shè)備是具有儀表著陸系統(tǒng)（ILS）功能、微波著陸系統(tǒng)（MLS）功能、甚高頻全向測(cè)位（VOR）功能、指點(diǎn)信標(biāo)功能的機(jī)載設(shè)備，主要用于飛機(jī)的導(dǎo)航及進(jìn)場(chǎng)著陸引導(dǎo)。采用軟件無線電、總線、頻率合成（DDS、PLL）、大規(guī)模數(shù)字信號(hào)處理、微處理器等多項(xiàng)技術(shù)，具有體積小、重量輕、功耗小、功能齊全、精度高等特點(diǎn)。因其應(yīng)用領(lǐng)域環(huán)境不同，所呈現(xiàn)諸如故障率高，故障現(xiàn)象差異大，快速故障診斷難度大等問題。因此在對(duì)該產(chǎn)品進(jìn)行完整功能檢測(cè)的基礎(chǔ)上，準(zhǔn)確定位并有效隔離故障，合理制定和優(yōu)化診斷決策是保障無線電通信系統(tǒng)能良好運(yùn)行的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

故障診斷是利用檢測(cè)技術(shù)對(duì)被診斷對(duì)象在運(yùn)行階段輸出的各類狀態(tài)信息進(jìn)行綜合判定和處理，是監(jiān)測(cè)對(duì)象運(yùn)行狀況健康與否的綜合判定手段。分析故障診斷機(jī)制的推理過程，可初步知曉故障源與故障現(xiàn)象之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，為故障診斷提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。推理機(jī)制的邏輯性、有效性和通用性是體現(xiàn)其可行性的重要標(biāo)志，也是工程應(yīng)用階段的有力支撐。

2 某型組合接收設(shè)備故障的特點(diǎn)

某型組合接收設(shè)備各功能子系統(tǒng)主要通過技術(shù)協(xié)議、技術(shù)規(guī)范等方式定義子系統(tǒng)與系統(tǒng)、系統(tǒng)與主機(jī)的接口交聯(lián)關(guān)系。通過分析各功能子系統(tǒng)的工作原理、工作方式及典型故障現(xiàn)象，某型組合接收設(shè)備典型故障主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

2.1 結(jié)構(gòu)/功能的層級(jí)性

某型組合接收設(shè)備各功能子系統(tǒng)設(shè)備通常由控制模塊、頻綜模塊、主接收模塊、發(fā)射模塊、解算模塊、信號(hào)處理模塊、激勵(lì)模塊及功放模塊等組成的多層級(jí)復(fù)雜系統(tǒng)，其故障的產(chǎn)生與結(jié)構(gòu)存在特定聯(lián)系，表現(xiàn)出層級(jí)性。

2.2 混沌性

該型產(chǎn)品出現(xiàn)的故障及其產(chǎn)生的原因有時(shí)是難以確定、混沌不清，尤其是一些偶發(fā)性故障和機(jī)上交聯(lián)故障，較難復(fù)現(xiàn)，且導(dǎo)致故障的原因通常是多因素綜合影響作用的結(jié)果。

2.3 子系統(tǒng)間的傳播性

該產(chǎn)品由各功能子系統(tǒng)組成，且相互交聯(lián)，因此局部故障易引起另一局部乃至于整體的故障。某些功能模塊的故障是由其他位置的元器件或組件故障傳播所致，使得故障呈現(xiàn)傳播性。

2.4 故障信號(hào)的復(fù)雜性

該型產(chǎn)品內(nèi)部接口多，交聯(lián)的信號(hào)種類多。導(dǎo)致產(chǎn)品出現(xiàn)故障的信號(hào)通常可歸為三類：模擬量、數(shù)字量、離散量，且彼此關(guān)聯(lián)、復(fù)雜。

3 傳統(tǒng)故障樹診斷機(jī)制

傳統(tǒng)故障樹診斷機(jī)制主要包括性能檢測(cè)、故障類型判定、故障定位及故障排除四個(gè)方面的內(nèi)容。故障檢測(cè)通過與被測(cè)系統(tǒng)建立連接后，對(duì)性能參數(shù)的測(cè)試，對(duì)輸出結(jié)果進(jìn)行故障判定，測(cè)試的結(jié)果稱為“癥狀”；故障定位則是當(dāng)判定出現(xiàn)故障后，運(yùn)用合適的故障診斷方法，分析故障現(xiàn)象及性能參數(shù)測(cè)試結(jié)果，確定故障部位；根據(jù)故障原因，采取合適的排故措施，使系統(tǒng)恢復(fù)正常。

以某型組合接收設(shè)備出現(xiàn)VOR 模式下靈敏度指標(biāo)超差為例，通過產(chǎn)品工作原理、及相關(guān)維修資料，可制定基于傳統(tǒng)故障樹的故障排除思路，診斷機(jī)制如圖1 所示。

圖1： 傳統(tǒng)故障樹診斷機(jī)制示意圖

從圖2 可知，導(dǎo)致該故障大致可分為三種可能性，一是一本振電路故障，二是第一中頻放大器故障，三是檢波電路故障。由于產(chǎn)品“癥狀”的信息種類多且相互關(guān)聯(lián)，傳統(tǒng)故障樹診斷機(jī)制大多是基于信號(hào)處理或基于經(jīng)驗(yàn)的診斷方法，覆蓋性、通用性較差，診斷效率低下。因此傳統(tǒng)的故障樹診斷無法滿足需要。再者，其測(cè)試點(diǎn)眾多，內(nèi)場(chǎng)可更換單元及附屬電路的原理及工作方式差異很大，用單一方法對(duì)癥狀進(jìn)行處理是無法實(shí)現(xiàn)的。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的故障診斷，提出了一種新型故障樹診斷推理機(jī)制。

圖2： 航向接收通道原理框圖

4 新型故障樹推理機(jī)制

通過上述關(guān)于某型組合接收設(shè)備出現(xiàn)VOR 模式下靈敏度指標(biāo)超差的故障特點(diǎn)以及對(duì)傳統(tǒng)故障樹診斷機(jī)制的分析，發(fā)現(xiàn)單一故障診斷方法對(duì)該產(chǎn)品總體排故效果不佳，對(duì)不同類型、不同現(xiàn)象的故障需積累經(jīng)驗(yàn)或選用不同的故障診斷方法才能實(shí)現(xiàn)較高的故障診斷置信度，因此，探究一種新型的故障樹推理機(jī)制對(duì)提高效率尤為重要。其邏輯順序與傳統(tǒng)的故障樹診斷機(jī)制相反，通過假設(shè)故障預(yù)先隔離、性能檢測(cè)、故障判定的順序進(jìn)行。新型的故障樹推理機(jī)制如圖3 所示。

圖3： 新型故障樹診斷機(jī)制示意圖

4.1 新型故障樹診斷機(jī)制的診斷步驟

新型故障樹診斷機(jī)制的邏輯順序與傳統(tǒng)的故障樹診斷機(jī)制相反，具體步驟如下：

（1）確定需要被診斷的故障模塊，等同于對(duì)故障現(xiàn)象初步進(jìn)行故障預(yù)隔離，系統(tǒng)各個(gè)模塊通常都有其固定的檢測(cè)集。

（2）對(duì)所確定故障模塊進(jìn)行信號(hào)指標(biāo)逐項(xiàng)測(cè)試比對(duì)，在故障分析階段針對(duì)各個(gè)模塊通過已掌握的成熟經(jīng)驗(yàn)制定針對(duì)性強(qiáng)及有效的故障診斷方法。通過對(duì)比檢測(cè)結(jié)果并運(yùn)用正確的診斷方法進(jìn)行故障定位。判定結(jié)果一般步驟為：

1.通過所采用的故障診斷方法確定存在故障的模塊，分析并研判對(duì)其他關(guān)聯(lián)模塊的影響趨勢(shì)，制定合適的解決措施。

2.通過選定的故障模塊信號(hào)比對(duì)檢測(cè)，若檢測(cè)結(jié)果均符合要求，故障現(xiàn)象依舊時(shí)則可判定為出現(xiàn)故障耦合。此時(shí)，診斷與之相關(guān)聯(lián)的故障模塊通過故障解耦等手段來處理。

4.2 新型故障樹診斷機(jī)制的應(yīng)用

同樣以某型組合接收設(shè)備出現(xiàn)VOR 模式下靈敏度指標(biāo)超差為例，按照上述新型故障樹診斷機(jī)制的診斷步驟，具體故障排除過程如下：

4.2.1 預(yù)選故障模塊

通過該產(chǎn)品工作原理、相關(guān)維修資料以及已掌握典型故障排除的經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)該故障現(xiàn)象可預(yù)先選擇接收機(jī)中航向接收通道，根據(jù)航向接收通道工作原理可大致分為：一本振模塊、第一中頻放大模塊、檢波電路模塊。

4.2.2 預(yù)選故障模塊的檢測(cè)集測(cè)試比對(duì)

選定的預(yù)選故障模塊具備其特定的檢測(cè)集，由圖3 可知，通過對(duì)一本振模塊測(cè)試點(diǎn)2XJ6 可測(cè)得一本振模塊輸出信號(hào)波形及相關(guān)電信號(hào)數(shù)值；通過對(duì)第一中頻放大模塊測(cè)試點(diǎn)2XJ8 可測(cè)得第一中頻放大模塊輸出信號(hào)波形及相關(guān)電信號(hào)數(shù)值；通過對(duì)檢波電路模塊測(cè)試點(diǎn)2XJ13 可測(cè)得檢波電路模塊輸出信號(hào)波形及相關(guān)電信號(hào)數(shù)值。通過對(duì)AGC 電路測(cè)試點(diǎn)可測(cè)的形成檢測(cè)集結(jié)果數(shù)據(jù)表，見表1。

表1： 預(yù)選故障模塊檢測(cè)集數(shù)據(jù)表

4.2.3 故障判定

通過表1 中相關(guān)波形及數(shù)據(jù)比對(duì)正常信號(hào)結(jié)果，見表2。通過信號(hào)比對(duì)可判定一本振信號(hào)模塊信號(hào)異常，進(jìn)而可判定一本振故障模塊故障。

表2： 預(yù)選故障模塊檢測(cè)集數(shù)據(jù)對(duì)比結(jié)果

4.2.4 故障耦合及解耦

若預(yù)選模塊實(shí)測(cè)信號(hào)均正常，則需通過判斷故障耦合部位，通過故障解耦等方法進(jìn)行排故，如若上述三模塊信號(hào)均正常，故障依舊，則出現(xiàn)故障耦合，調(diào)用關(guān)聯(lián)故障模塊的檢測(cè)集信號(hào)，比對(duì)判斷可能出現(xiàn)故障耦合部位，進(jìn)行故障解耦。某型組合接收設(shè)備關(guān)聯(lián)故障模塊通常包括：AGC 電路模塊、混頻模塊、濾波電路模塊等。

5 新型故障樹診斷機(jī)制方法的可行性

基于上述分析及實(shí)際應(yīng)用，在某型組合接收設(shè)備中運(yùn)行新型故障樹診斷機(jī)制基于以下三個(gè)方面考慮的。

5.1 降低系統(tǒng)級(jí)癥狀判定的復(fù)雜性

因該產(chǎn)品集成度高，測(cè)試項(xiàng)目多，所呈現(xiàn)的癥狀集較大，不同癥狀集排除方法不同，若采用傳統(tǒng)的故障診斷機(jī)制，故障判定及診斷難度較大。因此運(yùn)用新型故障樹診斷機(jī)制可將系統(tǒng)癥狀集預(yù)先分類隔離，有效的縮減數(shù)量，合理運(yùn)用預(yù)設(shè)隔離的故障模塊的檢測(cè)集進(jìn)行故障判定可降低系統(tǒng)級(jí)癥狀集判定的復(fù)雜性。

5.2 實(shí)現(xiàn)了功能模塊化的故障分類及隔離

故障耦合是航電產(chǎn)品故障診斷的關(guān)鍵技術(shù)難題，傳統(tǒng)的故障診斷機(jī)制通過逐項(xiàng)功能測(cè)試，比對(duì)分析，將超差指標(biāo)歸入“癥狀集”，通過原理及功能分析定位至功能部位。而發(fā)生故障耦合時(shí)，就需添加新的癥狀集，使得推理過程的“故障樹”結(jié)構(gòu)間產(chǎn)生交聯(lián)，形成交聯(lián)復(fù)雜的“網(wǎng)狀”結(jié)構(gòu)。運(yùn)用新型故障樹診斷機(jī)制，預(yù)設(shè)可能出現(xiàn)的故障模塊，通過對(duì)各模塊檢測(cè)集的測(cè)試比對(duì)，同時(shí)分析選取測(cè)試并記錄對(duì)用來解決耦合的部分?jǐn)?shù)據(jù)?？深A(yù)先降低故障耦合，并將“癥狀”隔離至各功能模塊，有效的提升了故障診斷的置信度。

5.3 建立系統(tǒng)級(jí)故障診斷模型

由于該產(chǎn)品各功能模塊的工作原理存在差異，采用傳統(tǒng)的故障診斷機(jī)制，很難確定一種適用于癥狀集合的常規(guī)故障診斷方法，故無法建立系統(tǒng)級(jí)診斷模型。運(yùn)用新型故障樹診斷機(jī)制，可有效地整合提煉針對(duì)系統(tǒng)各功能模塊檢測(cè)集的故障判定及定位方法，從而可實(shí)現(xiàn)建立局部—整體的系統(tǒng)級(jí)診斷模型。

6 結(jié)束語

新型故障樹診斷機(jī)制在有機(jī)整合各類故障診斷方法的基礎(chǔ)上，吸收成熟的修理經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立科學(xué)通用的故障診斷模型，通過預(yù)設(shè)故障模塊對(duì)故障進(jìn)行預(yù)隔離，將系統(tǒng)級(jí)“癥狀”進(jìn)行科學(xué)的分解成若干相對(duì)獨(dú)立單元，達(dá)到簡(jiǎn)化推理過程的目的，實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)系統(tǒng)故障的優(yōu)化診斷。