機(jī)載電子設(shè)備故障診斷技術(shù)的研究分析

范方川

（昌河飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司，江西 景德鎮(zhèn) 333000）

新時(shí)期背景下，我國航空工業(yè)發(fā)展速度越來越快，促進(jìn)機(jī)載電子設(shè)備結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，雖然有效提高了設(shè)備性能，并拓寬了適用范圍，但也對(duì)運(yùn)行安全提出了更高要求，這也在一定程度上加大了機(jī)載電子設(shè)備測試維修難管理難度。另外，設(shè)備生命周期的縮短，以及新科技的不斷引入，使得傳統(tǒng)人工故障檢測手段不再適用，無法充分滿足機(jī)載電子設(shè)備安全運(yùn)行要求。只有積極應(yīng)用以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的故障診斷技術(shù)，才能夠?qū)崿F(xiàn)電子部件、機(jī)載系統(tǒng)等自動(dòng)化檢測目標(biāo)，從而為航空系統(tǒng)安全運(yùn)行提供保障。

1 故障診斷技術(shù)概述

故障診斷，顧名思義，主要涵蓋“診”和“斷”兩個(gè)方面。所謂“診”，就是查找機(jī)載電子設(shè)備潛在故障的一個(gè)過程。而“斷”就是在“診”的基礎(chǔ)上對(duì)故障進(jìn)行合理定位。簡單來說，故障診斷是基于信息論、系統(tǒng)論、控制論等理論知識(shí)，利用現(xiàn)代化檢測儀器設(shè)備對(duì)被檢測對(duì)象進(jìn)行全面分析。結(jié)合機(jī)載電子設(shè)備故障診斷技術(shù)發(fā)展進(jìn)程來看，可以將其歸納為3個(gè)階段：第一階段主要以人工檢測為主，簡單儀器設(shè)備檢測為輔。第二階段，主要以動(dòng)態(tài)測試技術(shù)和傳感技術(shù)為主。第三階段，則廣泛引入了計(jì)算機(jī)技術(shù)和人工智能技術(shù)，促進(jìn)故障檢測逐漸向自動(dòng)化、智能化趨勢(shì)發(fā)展。該階段的故障檢測具有集專家經(jīng)驗(yàn)和傳統(tǒng)診斷技術(shù)于一體的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)聯(lián)合診斷目標(biāo)。

機(jī)載電子設(shè)備的故障診斷過程是一個(gè)循序漸進(jìn)的過程，可以歸納為3個(gè)步驟：第一是對(duì)特征信號(hào)進(jìn)行采集，第二是對(duì)潛在故障進(jìn)行提取，第三是對(duì)故障進(jìn)行識(shí)別、定位，并做出合理決策。該過程是一個(gè)復(fù)雜煩瑣的過程，需要進(jìn)行反復(fù)探索，并將各類知識(shí)交替使用，確保故障診斷科學(xué)合理。該過程是一個(gè)復(fù)雜煩瑣的過程，需要進(jìn)行反復(fù)探索，并將各類知識(shí)交替使用，確保故障診斷科學(xué)合理。該過程是一個(gè)復(fù)雜煩瑣的過程，需要反復(fù)探索，并對(duì)各類知識(shí)進(jìn)行交替使用，確保故障診斷科學(xué)合理。

現(xiàn)階段，將智能化診斷技術(shù)引入復(fù)雜系統(tǒng)故障診斷領(lǐng)域，已經(jīng)成為智能技術(shù)研究的大勢(shì)所趨。尤其針對(duì)航空航天領(lǐng)域，想要確保衛(wèi)星、火箭等機(jī)載電子設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行，就要積極應(yīng)用智能化故障診斷技術(shù)和專業(yè)維修專家。當(dāng)前，我國已經(jīng)研究出諸多機(jī)載電子設(shè)備故障診斷平臺(tái)，包括基礎(chǔ)性規(guī)則體系診斷平臺(tái)、故障樹診斷平臺(tái)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷平臺(tái)等。結(jié)合實(shí)際應(yīng)用效果來看，已經(jīng)取得了較為顯著的成績。眾所周知，我國故障診斷技術(shù)相對(duì)于發(fā)達(dá)國家而言起步較晚，但發(fā)展速度相對(duì)較快，當(dāng)前很多理論研究已經(jīng)趨于國際先進(jìn)水平。這也意味著，現(xiàn)代化故障診斷技術(shù)在未來具有廣闊發(fā)展空間，需要予以重視。

2 機(jī)載電子設(shè)備故障診斷平臺(tái)

2.1 基礎(chǔ)性規(guī)則體系故障診斷平臺(tái)

這種故障診斷平臺(tái)需要以規(guī)則形式為基礎(chǔ)，建立行之有效的故障診斷及處理機(jī)制。只有滿足這一要求，才能夠獲取科學(xué)可靠的數(shù)據(jù)信息，并對(duì)與數(shù)據(jù)信息相匹配的處理機(jī)制進(jìn)行靈活調(diào)用。如此，既能夠保證系統(tǒng)完全匹配，又能夠?yàn)閿?shù)據(jù)信息處理和添加奠定良好基礎(chǔ)。另外，值得關(guān)注的是，充分利用基礎(chǔ)性規(guī)則體系診斷平臺(tái)，還能夠借助迭代重復(fù)管理，實(shí)現(xiàn)機(jī)載電子設(shè)備管控最優(yōu)化效果。然而，由于新時(shí)期多樣化機(jī)載電子設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生，并且結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，所以也在一定程度上提高了對(duì)系統(tǒng)的依賴程度，這就需要不斷完善規(guī)則庫，以此來克服機(jī)載電子設(shè)備中出現(xiàn)的新問題和新挑戰(zhàn)。

2.2 故障樹診斷平臺(tái)

該故障診斷平臺(tái)需要將測試結(jié)果作為項(xiàng)目起點(diǎn)，確保決策組和相關(guān)活動(dòng)形成分叉結(jié)構(gòu)，才能夠充分發(fā)揮決策樹的作用和功能，從而保證故障診斷和維修活動(dòng)能夠嚴(yán)格按照維修建議實(shí)施，這也是確保故障仿真效果達(dá)到最佳水平的有效途徑，有利于為后續(xù)評(píng)價(jià)測試矩陣處理奠定良好基礎(chǔ)。另外，利用故障樹診斷平臺(tái)，還要提煉各種典型案例，并對(duì)案例使用的故障診斷技術(shù)進(jìn)行深入分析，在此基礎(chǔ)上建立故障樹，如此有利于簡化整體操作難度。但需要注意的是。如果機(jī)載電子設(shè)備較小，則容易出現(xiàn)故障樹無法更新現(xiàn)象。

2.3 模糊故障診斷平臺(tái)

在對(duì)機(jī)載電子設(shè)備的故障進(jìn)行研究時(shí)，需要將設(shè)備和征兆有效連接到一起。在此過程中，需要注意，運(yùn)行體系中的各種因素存在復(fù)雜性特點(diǎn)，需要借助模糊故障診斷平臺(tái)對(duì)故障和征兆關(guān)系進(jìn)行判定，尤其對(duì)于狀態(tài)較為模糊的故障，采用這種方式能夠突出便捷性特點(diǎn)。在對(duì)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的記載，電子設(shè)備故障進(jìn)行處理時(shí)，尤其在處理模擬電路過程中，需要根據(jù)元器件容差對(duì)電路理論進(jìn)行升級(jí)，統(tǒng)籌分析模糊現(xiàn)象，判定設(shè)備是否存在潛在故障，從而為后續(xù)量化處理提供保障。

2.4 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷平臺(tái)

眾所周知，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷平臺(tái)具有容錯(cuò)性、非線性特點(diǎn)，能夠?qū)C(jī)載電子設(shè)備故障診斷處理信息進(jìn)行合理整合，而后在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中構(gòu)建微觀值模型。在保證微觀值模型科學(xué)準(zhǔn)確基礎(chǔ)上，將專家知識(shí)和典型案例相結(jié)合，全面提高權(quán)值和閾值判定水平，為后續(xù)科學(xué)處理提供保障。

3 機(jī)載電子設(shè)備故障診斷技術(shù)分類

3.1 基于信號(hào)的故障診斷技術(shù)

這種故障診斷技術(shù)發(fā)展時(shí)間較早，在實(shí)際應(yīng)用中需要構(gòu)建閾值模型，大多采用幅值、頻域等特性對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析。并且信號(hào)處理方式多種多樣，包括對(duì)均方根值、峰值、波性系數(shù)等參數(shù)進(jìn)行處理。信號(hào)處理方法可以歸為兩種類型：其一，穩(wěn)態(tài)或準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)信號(hào)處理。由于這種處理方法發(fā)展時(shí)間較早，所以相關(guān)理論相對(duì)成熟，當(dāng)前被廣泛應(yīng)用到機(jī)載電子設(shè)備故障處理領(lǐng)域，采用這種處理方法的優(yōu)勢(shì)在于能夠?qū)⑿盘?hào)分解成不同頻率分量，但也存在一定缺陷，就是信號(hào)中的重要特征容易被忽略，尤其針對(duì)細(xì)微信息更為顯著。其二，非平穩(wěn)信號(hào)處理方法。較為常見的處理方法包括小波分析、參數(shù)跟蹤法等，雖然這些處理方法應(yīng)用范圍較廣，但由于起步較晚，所以在實(shí)際應(yīng)用方面依然存在一定局限，也正因如此，導(dǎo)致這種信息處理方法當(dāng)前只能應(yīng)用到機(jī)載電子設(shè)備信號(hào)特征提取方面，需要在未來研究中加大研發(fā)力度，拓展處理方法使用范圍。

3.2 基于解析模型的故障診斷技術(shù)

這種故障診斷技術(shù)的中心思想，是根據(jù)機(jī)載電子設(shè)備系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)和元件之間存在的聯(lián)系，建立故障診斷系統(tǒng)模型。通常情況下，模型需要使用邏輯語言來表述。在構(gòu)建系統(tǒng)基礎(chǔ)上，可以將系統(tǒng)預(yù)期行為與系統(tǒng)實(shí)際行為進(jìn)行對(duì)比，如果存在差異，說明系統(tǒng)存在潛在故障，需要相關(guān)人員基于邏輯推理對(duì)潛在故障進(jìn)行分析和解決，當(dāng)前基于解析模型演變而來的故障診斷技術(shù)逐漸向多樣化趨勢(shì)發(fā)展，其中包括最小二乘類方法、濾波器方法等?？梢詫⑦@些技術(shù)分為2個(gè)流派：第一，一致性診斷流派，也就是建立在不正常工作原件基礎(chǔ)上進(jìn)行觀察和診斷；第二，溯因診斷流派，也就是將診斷概念建立在診斷模型或不正常工作原件基礎(chǔ)上，通過邏輯推斷判定是否存在故障?，F(xiàn)階段在機(jī)載電子設(shè)備在結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜的同時(shí)，診斷技術(shù)也越來越先進(jìn)，人們逐漸將2種流派融于一體，有效提高了故障診斷綜合水平。

3.3 基于知識(shí)的故障診斷技術(shù)

基于知識(shí)的故障診斷技術(shù)，其核心思想是在理論知識(shí)方面不斷對(duì)技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化和完善，實(shí)現(xiàn)辯證與數(shù)理之間的集合，滿足符號(hào)與閾值統(tǒng)一處理需求，從而使機(jī)載電子設(shè)備故障診斷向智能化、自動(dòng)化趨勢(shì)發(fā)展。當(dāng)前，這種診斷方法越來越豐富，其中包括專家系統(tǒng)故障診斷方法、模糊故障診斷方法、故障樹診斷方法等。這種故障診斷技術(shù)相對(duì)其他診斷技術(shù)而言，對(duì)理論知識(shí)要求更高，并且診斷效果較好，當(dāng)前被廣泛應(yīng)用到機(jī)載電子設(shè)備故障診斷中，全面提高了診斷效率和質(zhì)量。

4 機(jī)載電子設(shè)備故障診斷技術(shù)分析

4.1 集成化故障診斷技術(shù)

機(jī)載電子設(shè)備在運(yùn)行過程中受各種因素影響，容易產(chǎn)生故障，想要確保潛在故障及時(shí)發(fā)現(xiàn)，就要將各種技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行合理整合，全面貫徹統(tǒng)籌性管控手段。結(jié)合大量實(shí)踐來看，整合各種故障診斷技術(shù)，能夠全面提高系統(tǒng)診斷的綜合性特點(diǎn)，不僅能夠?qū)收线M(jìn)行準(zhǔn)確識(shí)別和判斷，還可以確保自動(dòng)化發(fā)展水平達(dá)到最優(yōu)。另外，上文提到，當(dāng)前涌現(xiàn)出的故障診斷技術(shù)大多具有智能化特點(diǎn)，將這些智能化技術(shù)整合到一個(gè)體系內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)聯(lián)合處理目標(biāo)，以全面提高故障診斷管理水平。在集成化故障診斷技術(shù)實(shí)際應(yīng)用中，需要對(duì)被診斷對(duì)象的特點(diǎn)進(jìn)行全面分析，在此基礎(chǔ)上對(duì)技術(shù)管理結(jié)構(gòu)進(jìn)行不斷優(yōu)化和完善，并制定相應(yīng)的管控策略。

基于基礎(chǔ)性規(guī)則和構(gòu)建的模型，全面降低局限性對(duì)智能化故障診斷系統(tǒng)造成的不良影響，有效提高機(jī)載電子設(shè)備故障診斷水平?，F(xiàn)階段，在機(jī)載電子設(shè)備故障診斷中引入的集成化故障診斷技術(shù)主要包括四個(gè)模塊，分別為模型分析模塊、規(guī)則分析模塊、案例分析模塊以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析模塊?？梢猿浞掷貌呗钥刂浦行慕y(tǒng)籌管理知識(shí)組織體系，確保檢驗(yàn)解釋具有一致性特點(diǎn)，能夠?yàn)橄嚓P(guān)工作開展提供正確指導(dǎo)，使系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)達(dá)到最佳效果。

4.2 綜合性故障診斷技術(shù)

針對(duì)機(jī)載電子設(shè)備建立智能化診斷機(jī)制時(shí)，想要從根源上提高故障診斷效果，確保機(jī)載電子設(shè)備安全運(yùn)行，這就要全面分析工程項(xiàng)目的檢測環(huán)境。與此同時(shí)，還要確保維護(hù)單元通訊機(jī)制切實(shí)可行、服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)科學(xué)合理。這也是后續(xù)故障診斷工作有條不紊落實(shí)必須具備的條件?，F(xiàn)階段，在故障診斷中引入綜合性診斷技術(shù)已經(jīng)成為機(jī)載電子設(shè)備故障分析領(lǐng)域較為常見的現(xiàn)象。想要充分發(fā)揮綜合性故障診斷技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和作用，就要全面遵循IEEE1123，2相關(guān)定義。在切實(shí)維護(hù)服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，充分發(fā)揮軟件的可移植作用，根據(jù)相關(guān)故障診斷處理標(biāo)準(zhǔn)，確保故障診斷工作貫穿于機(jī)載電子設(shè)備設(shè)計(jì)、使用全過程。這也是不斷優(yōu)化和完善故障診斷系統(tǒng)的有效措施，可以使系統(tǒng)更加完整，從而擴(kuò)大適用范圍，為機(jī)載電子設(shè)備復(fù)雜故障處理提供保障。

4.3 軟件工具開發(fā)利用

上文提到，隨著科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步，機(jī)載電子設(shè)備結(jié)構(gòu)也日益復(fù)雜，如果依然采用傳統(tǒng)人工故障診斷方式，則無法全面分析其中存在的故障隱患，不利于保證設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。想要切實(shí)扭轉(zhuǎn)這一弊端，全面落實(shí)動(dòng)態(tài)化故障診斷手措施，就要針對(duì)不同記載，電子設(shè)備的使用周期和維護(hù)要求，不斷完善和優(yōu)化工程系統(tǒng)智能化軟件，全面提高故障診斷效率和質(zhì)量。但需要關(guān)注的是當(dāng)前涌現(xiàn)出的新興體系。也是機(jī)器學(xué)習(xí)的一個(gè)過程，可以在實(shí)現(xiàn)總結(jié)和管理要求基礎(chǔ)上，對(duì)自動(dòng)化知識(shí)獲取和智能化處理進(jìn)行不斷完善，從而全面提高系統(tǒng)知識(shí)處理水平?，F(xiàn)階段，機(jī)載電子設(shè)備使用周期逐漸縮短，系統(tǒng)復(fù)雜程度不斷增加，并且生產(chǎn)和維護(hù)費(fèi)用大幅度降低，加上科技更新?lián)Q代速度逐漸加快，使得工程系統(tǒng)對(duì)智能軟件提出更高要求。在這一背景下，只有不斷研發(fā)經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性、功能性軟件工具，才能夠?yàn)楣收显\斷技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

5 結(jié)語

在新時(shí)期背景下，我國機(jī)載電子設(shè)備逐漸向多樣化趨勢(shì)發(fā)展，并且結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，在一定程度上提高了設(shè)備運(yùn)行效率。但與此同時(shí)，也對(duì)設(shè)備故障檢修提出了更高的要求，傳統(tǒng)人工故障檢測方法已經(jīng)無法充分滿足設(shè)備安全運(yùn)行需求。只有積極引入以計(jì)算機(jī)智能化等先進(jìn)技術(shù)為核心的故障診斷方法，才能夠保證機(jī)載電子設(shè)備的安全運(yùn)行，從而為行業(yè)健康發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。