馮 彬,鄧新華,蘇育峰
(中航工業(yè)洪都,江西 南昌330024)
飛機發(fā)動機的健康狀況直接影響飛行安全。為了保證飛行安全、縮短再次出動準備的時間、提高裝備的完好率,結(jié)合航空發(fā)動機機務(wù)維護的特點,采用知識點分類的方法構(gòu)建知識庫,利用工程技術(shù)人員的專業(yè)技術(shù)知識和使用維護經(jīng)驗,減少了飛機發(fā)動機的健康診斷范圍,提高了發(fā)動機故障診斷的準確率和效率,為飛機維護提供了技術(shù)保障,從而提高了飛機的出勤率和使用效率。
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)動機原始參數(shù)(即裝上飛機第一次地面試車數(shù)據(jù))、最后一次大修后的總工作時間、發(fā)動機序列號及飛機編號、發(fā)動機日常維護情況的瀏覽、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)限進行管理。
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)人員針對知識庫進行維護完善,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 從機載記錄的數(shù)據(jù)通過參數(shù)極值和數(shù)學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
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)驗輸入計算機中,使計算機能夠以“思維”、“推理”的方式利用這些知識、經(jīng)驗,解決特定的問題。發(fā)動機健康診斷系統(tǒng)的知識包括維護一線工程技術(shù)人員的經(jīng)驗知識、發(fā)動機維護規(guī)程和航空發(fā)動機的結(jié)構(gòu)原理性知識。通過對某型飛機發(fā)動機結(jié)構(gòu)、功能和結(jié)構(gòu)機理的分析,得到該型發(fā)動機故障分析樹如圖2所示。
為了將知識表達清晰,采用了基于故障分析樹的知識點分類方法。故障分析樹第二層的每一個節(jié)點都是知識點,都含有一定數(shù)量的分支節(jié)點,每個分支節(jié)點都有不同的知識表示,各分支節(jié)點相對獨立。本文將第二層不同的節(jié)點形成不同的知識表,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完善。該型發(fā)動機故障分析可歸納為八個知識點,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 某型飛機發(fā)動機故障分析示意圖
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充的能力。因此,知識表示方法要具有可擴充性、簡潔性和清晰性。
發(fā)動機的故障模式復雜,診斷過程也不盡相同,有的故障只憑經(jīng)驗簡單判斷就可得出結(jié)論,有的故障則需對系統(tǒng)工作過程進行詳細的剖析并經(jīng)過復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)起動準備階段
判斷:燃油切斷閥已打開;燃油增壓泵工作;發(fā)動機負載未接通;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:在標準大氣條件,起動時間不超過40秒;非標準大氣條件,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)空氣渦輪起動機活門關(guān)閉:當49.5%≤N2≤50.2%范圍內(nèi),空氣渦輪起動機活門關(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)“燃燒室未點火”信號,則報出“燃燒室未點火”。
(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)動機起動參數(shù)正?!?。
統(tǒng)計發(fā)動機起動參數(shù)及診斷報文:
…批…架某型飛機配裝的No…….動力裝置的發(fā)動機起動參數(shù)見表1。
表1 發(fā)動機起動參數(shù)表
1)本文提出的發(fā)動機健康診斷知識庫結(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)按照知識點分類的方法進行健康診斷知識庫的分類管理和維護,有助于知識庫中知識的擴充和完善。
3)本系統(tǒng)有助于機務(wù)人員對發(fā)動機的健康狀況更加深入了解,支持發(fā)動機管理和后勤的決策,確保飛行安全。
[1]Nail.某發(fā)動機技術(shù)狀態(tài)地面自動監(jiān)控控制率.北京:北京航空航天大學,2007.
[2]陳志英.航空發(fā)動機機務(wù)維護專家系統(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.