馮 彬，鄧新華，蘇育峰

（中航工業(yè)洪都，江西 南昌330024）

0 引 言

飛機(jī)發(fā)動機(jī)的健康狀況直接影響飛行安全。為了保證飛行安全、縮短再次出動準(zhǔn)備的時間、提高裝備的完好率，結(jié)合航空發(fā)動機(jī)機(jī)務(wù)維護(hù)的特點(diǎn)，采用知識點(diǎn)分類的方法構(gòu)建知識庫，利用工程技術(shù)人員的專業(yè)技術(shù)知識和使用維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，減少了飛機(jī)發(fā)動機(jī)的健康診斷范圍，提高了發(fā)動機(jī)故障診斷的準(zhǔn)確率和效率，為飛機(jī)維護(hù)提供了技術(shù)保障，從而提高了飛機(jī)的出勤率和使用效率。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

1.1 系統(tǒng)功能設(shè)計

1）數(shù)據(jù)管理功能。數(shù)據(jù)管理分為用戶和工程技術(shù)人員管理兩類：用戶主要完成歷史故障庫和數(shù)據(jù)庫、發(fā)動機(jī)履歷本的節(jié)流特性數(shù)據(jù)及電子調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)值、發(fā)動機(jī)原始參數(shù)（即裝上飛機(jī)第一次地面試車數(shù)據(jù)）、最后一次大修后的總工作時間、發(fā)動機(jī)序列號及飛機(jī)編號、發(fā)動機(jī)日常維護(hù)情況的瀏覽、編輯、刪除、添加、打印等操作。工程技術(shù)人員根據(jù)需要修改知識庫并追加知識，對知識庫的一致性、完整性、正確性以及由此引起的一切必要的改動進(jìn)行修改完善。

2）故障診斷功能。系統(tǒng)能夠根據(jù)知識庫的知識，通過推理模塊功能完成發(fā)動機(jī)的故障分析和推理，并找到發(fā)生故障的元部件及故障原因，便于維護(hù)人員的理解、接收和處理。

3）用戶權(quán)限管理功能。系統(tǒng)可以設(shè)置用戶級別，對使用用戶的權(quán)限進(jìn)行管理。

1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)系統(tǒng)功能要求及各功能之間的關(guān)系，本系統(tǒng)主要包括知識處理模塊、推理模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、圖形處理模塊及系統(tǒng)幫助模塊。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1）知識處理模塊的作用 工程技術(shù)人員針對知識庫進(jìn)行維護(hù)完善，保證知識的一致性、完整性、正確性。

2）推理模塊的作用 利用知識庫已有的知識，按照一定的推理策略和邏輯關(guān)系，完成故障的診斷，并控制和協(xié)調(diào)系統(tǒng)的各個模塊使之能夠很好地協(xié)同工作。

3）數(shù)據(jù)處理模塊的作用 從機(jī)載記錄的數(shù)據(jù)通過參數(shù)極值和數(shù)學(xué)算法剔除記錄中的無效數(shù)據(jù)；同時將通過推理模塊處理的數(shù)據(jù)以表格和報表形式輸出。

4）圖形處理模塊的作用 根據(jù)用戶選擇相應(yīng)的一組參數(shù)繪制出隨時間變化的曲線（含診斷報文）。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2 知識庫和知識表示

2.1 知識庫

健康診斷系統(tǒng)是人工智能技術(shù)的一個重要組成部分。它將工程技術(shù)人員的知識、經(jīng)驗(yàn)輸入計算機(jī)中，使計算機(jī)能夠以“思維”、“推理”的方式利用這些知識、經(jīng)驗(yàn)，解決特定的問題。發(fā)動機(jī)健康診斷系統(tǒng)的知識包括維護(hù)一線工程技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)知識、發(fā)動機(jī)維護(hù)規(guī)程和航空發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)原理性知識。通過對某型飛機(jī)發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)、功能和結(jié)構(gòu)機(jī)理的分析，得到該型發(fā)動機(jī)故障分析樹如圖2所示。

為了將知識表達(dá)清晰，采用了基于故障分析樹的知識點(diǎn)分類方法。故障分析樹第二層的每一個節(jié)點(diǎn)都是知識點(diǎn)，都含有一定數(shù)量的分支節(jié)點(diǎn)，每個分支節(jié)點(diǎn)都有不同的知識表示，各分支節(jié)點(diǎn)相對獨(dú)立。本文將第二層不同的節(jié)點(diǎn)形成不同的知識表，有助于減少診斷推理過程中的搜索量，有效提高故障診斷效率，并有利于知識庫的維護(hù)完善。該型發(fā)動機(jī)故障分析可歸納為八個知識點(diǎn)，即起動過程、慢車狀態(tài)、最大巡航狀態(tài)、額定狀態(tài)、最大狀態(tài)、加減速狀態(tài)、停車過程、滑油系統(tǒng)。每個知識表都有其固有的特性，不同的故障知識點(diǎn)用不同的知識表來存儲，共同構(gòu)成整個健康診斷系統(tǒng)知識庫。

圖2 某型飛機(jī)發(fā)動機(jī)故障分析示意圖

2.2 知識表示

知識表示是建造健康診斷系統(tǒng)的一個重要環(huán)節(jié)，知識表示方法的好壞直接影響系統(tǒng)的推理效率，知識庫的模型不僅要符合健康診斷系統(tǒng)推理的思維，同時又要具備不斷自我擴(kuò)充的能力。因此，知識表示方法要具有可擴(kuò)充性、簡潔性和清晰性。

發(fā)動機(jī)的故障模式復(fù)雜，診斷過程也不盡相同，有的故障只憑經(jīng)驗(yàn)簡單判斷就可得出結(jié)論，有的故障則需對系統(tǒng)工作過程進(jìn)行詳細(xì)的剖析并經(jīng)過復(fù)雜推理及排除各因素后方可判斷。故障診斷只需分析到外場可更換單元（LRU）。在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程中，除了系統(tǒng)操作界面突出人性化外，知識庫中的表示結(jié)構(gòu)也要符合人的故障分析思維。下面以起動過程知識表為例說明：

1）起動準(zhǔn)備階段

判斷：燃油切斷閥已打開；燃油增壓泵工作；發(fā)動機(jī)負(fù)載未接通；環(huán)控引氣斷開。若其中一項不滿足，則報出“不能保證起動”，同時報出哪一項不滿足要求。

2）起動過程中

判斷：

（1）起動時間：在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件，起動時間不超過40秒；非標(biāo)準(zhǔn)大氣條件，起動時間不超過60秒。若不滿足，則報出“起動時間長”。

（2）N2開始上升：從“空氣渦輪起動機(jī)活門打開”信號開始，t≤5秒，N2轉(zhuǎn)速上升。若不滿足，則報出“N2開始上升時間晚”。

（3）N1開始上升：當(dāng)N2≤20%時，出現(xiàn)N1轉(zhuǎn)速。若不滿足，則報出“N1開始上升時間晚”。

（4）空氣渦輪起動機(jī)活門關(guān)閉：當(dāng)49.5%≤N2≤50.2%范圍內(nèi)，空氣渦輪起動機(jī)活門關(guān)閉。若不滿足，則報出“ATS關(guān)閉早”或“ATS關(guān)閉晚”。

（5）T4出現(xiàn)時間：從“空氣渦輪起動機(jī)活門打開”信號開始，t≤30秒，T4上升。若不滿足，則報出“T4開始上升時間晚”。

（6）滑油壓力開始上升：當(dāng)N2≤45%時，出現(xiàn)滑油壓力。若不滿足，則報出“Poil上升緩慢”。

（7）T4超過最大值：T4＞660℃，則報出“T4超過最大值”。

（8）T4超過極限值：T4＞700℃或“起動時T4極限值”信號，則報出“T4超過極限值”。

（9）起動不成功：當(dāng)出現(xiàn)“起動時終止供工作燃油”和“終止起動”信號，則報出“起動不成功”。

（10）出現(xiàn)“ATS應(yīng)急節(jié)流門關(guān)閉”信號，則報出“ATS應(yīng)急節(jié)流門關(guān)閉”。

（11）出現(xiàn)“ATS極限轉(zhuǎn)速”信號，則報出“ATS極限轉(zhuǎn)速”。

（12）出現(xiàn)“起動時滑油壓力低”信號，則報出“起動時滑油壓力低”。

（13）出現(xiàn)“燃燒室未點(diǎn)火”信號，則報出“燃燒室未點(diǎn)火”。

（14）在起動過程中未形成任何診斷報文和信息報文，則報出“發(fā)動機(jī)起動參數(shù)正?！薄?/p>

統(tǒng)計發(fā)動機(jī)起動參數(shù)及診斷報文：

…批…架某型飛機(jī)配裝的No…….動力裝置的發(fā)動機(jī)起動參數(shù)見表1。

表1 發(fā)動機(jī)起動參數(shù)表

3 結(jié) 論

1）本文提出的發(fā)動機(jī)健康診斷知識庫結(jié)構(gòu)可有效地描述知識模型，使得知識庫結(jié)構(gòu)簡單直觀、方便可靠、提高了故障診斷的效率。

2）本系統(tǒng)按照知識點(diǎn)分類的方法進(jìn)行健康診斷知識庫的分類管理和維護(hù)，有助于知識庫中知識的擴(kuò)充和完善。

3）本系統(tǒng)有助于機(jī)務(wù)人員對發(fā)動機(jī)的健康狀況更加深入了解，支持發(fā)動機(jī)管理和后勤的決策，確保飛行安全。

[1]Nail.某發(fā)動機(jī)技術(shù)狀態(tài)地面自動監(jiān)控控制率.北京：北京航空航天大學(xué)，2007.

[2]陳志英.航空發(fā)動機(jī)機(jī)務(wù)維護(hù)專家系統(tǒng)的研究與故障診斷.北京：航空工業(yè)出版社，2008.

[3]吳今培.智能故障診斷與專家系統(tǒng).北京：國防工業(yè)出版社，2001.