趙航程

北京飛機(jī)維修工程有限公司航空技術(shù)培訓(xùn)部成都培訓(xùn)區(qū)，中國·四川 成都 610200

1 引言

航空電子系統(tǒng)這個(gè)系統(tǒng)是由航空飛行器、相關(guān)地面設(shè)施的電子設(shè)備集成的一種關(guān)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(yīng)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。基于綜合航空電子系統(tǒng)自身復(fù)雜性、運(yùn)環(huán)境等林林總總因素的影響，其運(yùn)行過程可能會(huì)出現(xiàn)各種各樣的故障，在威脅航空器的運(yùn)行安全的同時(shí)導(dǎo)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(shù)發(fā)展勢(shì)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(píng)估系統(tǒng)自身的健康狀態(tài)，在系統(tǒng)故障發(fā)生前對(duì)其故障進(jìn)行預(yù)測(cè)，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(shí)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(shù)研究現(xiàn)狀

2.1 中國研究

在PHM 這項(xiàng)技術(shù)的研究方面，中國遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(shì)地位。中國PHM 技術(shù)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(jī)的設(shè)計(jì)中進(jìn)行了積極的嘗試，但是總體的應(yīng)用研究規(guī)模和仍然是水平相對(duì)落后?？梢哉f中國對(duì)于PHM技術(shù)的研究尚且處于起步階段，大多局限于理論性研究，而實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域還相對(duì)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(jì)90 年代美國的聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機(jī)項(xiàng)目F-35（JSF）首次提出PHM 這一概念。飛機(jī)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(shù)名稱會(huì)有所迥異。例如，在直升機(jī)領(lǐng)域稱為健康與使用管理系統(tǒng)（HUMS），而民用飛機(jī)領(lǐng)域和航天領(lǐng)域的名稱是飛行器綜合健康管理（IVHM）、飛機(jī)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(shù)統(tǒng)稱為PHM 技術(shù)。然而，相較于中國的起步階段來說，其他國家的PHM 技術(shù)已經(jīng)從理論階段發(fā)展到工程認(rèn)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(qiáng)

科技的迅猛而激烈的發(fā)展迅速帶動(dòng)了國家和社會(huì)的發(fā)展趨勢(shì)，綜合航空電子系統(tǒng)也會(huì)得到不斷的進(jìn)步，這就需要更加先進(jìn)的故障診斷與健康管理技術(shù)來與之相適應(yīng)，共同推動(dòng)國家航空事業(yè)的進(jìn)一步騰飛。因此不能停止研究與探索的腳步，而是應(yīng)該在原來的基礎(chǔ)上不斷創(chuàng)新，研究出更加具有權(quán)威性的PHM 技術(shù)。在現(xiàn)今以及將來的社會(huì)發(fā)展中，創(chuàng)造出更多的效益，不斷推動(dòng)本國航空事業(yè)的發(fā)展與進(jìn)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(xì)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(huì)運(yùn)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(shí)信號(hào)的改變。但是，這些數(shù)據(jù)必須通過特定的運(yùn)算方法才能夠算出。因?yàn)榘l(fā)生故障時(shí)，往往是一些突發(fā)性的情況，所以較難根據(jù)信號(hào)的變化得到準(zhǔn)確的計(jì)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(huì)對(duì)綜合航空電子系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成非常嚴(yán)重的不良影響，導(dǎo)致難以在規(guī)定時(shí)間范圍內(nèi)去完成對(duì)應(yīng)的任務(wù)[1]。

3.2 故障模型建立困難

合理運(yùn)用故障診斷技術(shù)、健康管理技術(shù)確保綜合航空電子系統(tǒng)的基礎(chǔ)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(guān)。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(huì)把故障模型中的數(shù)據(jù)分析，變得非?；\統(tǒng)復(fù)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(guān)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(jìn)了電子元件的發(fā)展進(jìn)步。但由于電子元件的來源各不相同生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)方面的不統(tǒng)一，而導(dǎo)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(huì)有所不同等一系列問題。這一方面的問題會(huì)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(jí)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(jí)層上報(bào)故障，同樣，高等級(jí)層在收到故障信號(hào)后，會(huì)逐級(jí)向上層上報(bào)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(guān)鍵技術(shù)分析

4.1 分類檢測(cè)技術(shù)

分類監(jiān)測(cè)技術(shù)（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(yàn)中已經(jīng)得到了合理的驗(yàn)證，這導(dǎo)致了航空電子系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的復(fù)雜性。基于這個(gè)問題，PHM 技術(shù)具備巨大的優(yōu)勢(shì)。因?yàn)?，它能夠針?duì)航空電子系統(tǒng)中的不同部分，分別展開監(jiān)測(cè)工作獲得準(zhǔn)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(duì)于當(dāng)今的中國來說，分類檢測(cè)技術(shù)是一個(gè)巨大的進(jìn)步，它的存在能夠?yàn)榫C合航空電子系統(tǒng)故障檢測(cè)帶來巨大的益處。但也是因?yàn)橹袊娜找鎻?qiáng)大，科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，使得分類檢驗(yàn)技術(shù)得到提升[2]。

4.2 故障預(yù)測(cè)技術(shù)

故障預(yù)測(cè)，是維持綜合航空電子系統(tǒng)健康進(jìn)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(dāng)綜合電子系統(tǒng)出現(xiàn)故障之時(shí)，它的內(nèi)部器件停留于檢測(cè)階段的時(shí)間較短，如若錯(cuò)失最佳檢測(cè)時(shí)間，容易導(dǎo)致故障診斷失敗。除此之外，在故障產(chǎn)生之時(shí)，綜合航空電子系統(tǒng)的核心處理系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等組成成分均表現(xiàn)出不同的特點(diǎn)。人們提出通過故障預(yù)測(cè)技術(shù)去彌補(bǔ)故障診斷技術(shù)在實(shí)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(yùn)行。而且到目前為止，預(yù)警監(jiān)測(cè)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(yīng)用，并且取得了卓越的成效。

4.3 故障診斷技術(shù)

故障診斷技術(shù)，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(shù)需利用電子系統(tǒng)中自動(dòng)飛行系統(tǒng)以及機(jī)載維護(hù)系統(tǒng)等的結(jié)構(gòu)關(guān)系，進(jìn)行精確的計(jì)算，以此來準(zhǔn)確判斷出故障發(fā)生的位置，從而為故障處理奠定基礎(chǔ)。綜合航空電子系統(tǒng)中常用的故障診斷技術(shù)以建立故障分析模型和數(shù)據(jù)推理分析，這兩種技術(shù)為主。以數(shù)據(jù)推理診斷技術(shù)為例，當(dāng)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(shí)的信號(hào)數(shù)據(jù)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)運(yùn)行數(shù)據(jù)等信息資料，然后將收集數(shù)據(jù)結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，判斷數(shù)據(jù)異常區(qū)域，進(jìn)而完成故障定位得出準(zhǔn)確的故障分析結(jié)論。

5 技術(shù)發(fā)展方面

對(duì)故障診斷技術(shù)、健康管理技術(shù)的要求產(chǎn)生了一定的變更，是在綜合航空電子系統(tǒng)應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大之后產(chǎn)生的。從各類故障診斷技術(shù)與健康管理技術(shù)的應(yīng)用效果來看，大部分技術(shù)均已形成了完善的應(yīng)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(shù)停留在初級(jí)階段。例如，故障模型技術(shù)在綜合航空電子系統(tǒng)故障診斷中的應(yīng)用尚存一定的局限性。但是隨著技術(shù)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的不斷豐富，故障診斷與健康管理技術(shù)與綜合航空電子系統(tǒng)應(yīng)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(yùn)行，提供良好的技術(shù)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(jià)值。

6 實(shí)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(dòng)幾乎全是現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行的，它工作的重點(diǎn)是要建立可靠穩(wěn)定的施工體系，確保每個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量，而且關(guān)鍵是要做好預(yù)防工作。同時(shí)在工程施工中必須嚴(yán)格遵循工藝流程，加強(qiáng)工序檢驗(yàn)和質(zhì)量檢測(cè)，做好施工設(shè)備、施工原料的管理，保證進(jìn)場(chǎng)的設(shè)備與材料質(zhì)量。在施工過程中，要全面且正確地認(rèn)識(shí)到全面質(zhì)量管理的基礎(chǔ)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(xì)則的制定中，不僅僅要明確各道工序的技術(shù)要求與誤差標(biāo)準(zhǔn)，還要加強(qiáng)監(jiān)督檢查，必須要進(jìn)行自檢、復(fù)檢及記錄等多個(gè)步驟的檢查，對(duì)重要的步驟及一些隱蔽性的工作要進(jìn)行嚴(yán)格的檢查，及時(shí)上報(bào)給監(jiān)理工程師迅速分析并及時(shí)解決[3]。

建筑工程質(zhì)量管理是一個(gè)系統(tǒng)工程，對(duì)于一個(gè)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(xì)心做好每個(gè)環(huán)節(jié)的工作。關(guān)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(gè)節(jié)點(diǎn)一一攻克，細(xì)心分析才能進(jìn)行改革和加以完善，充分運(yùn)用經(jīng)濟(jì)和法律手段監(jiān)督管理工程質(zhì)量活動(dòng)，不斷探索和實(shí)踐，以此去適應(yīng)新時(shí)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(fù)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(jià)值，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)PHM 技術(shù)和故障預(yù)測(cè)技術(shù)等故障診斷與健康管理技術(shù)的研發(fā)、推行，不斷縮小故障診斷與健康管理技術(shù)的研發(fā)和綜合航空電子系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)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。