劉 亮，周 博，于 濤，張 寧

(沈陽(yáng)飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所, 沈陽(yáng) 110031)

數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)視角下飛機(jī)故障預(yù)測(cè)與健康管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)及驗(yàn)證

劉 亮，周 博，于 濤，張 寧

(沈陽(yáng)飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所, 沈陽(yáng) 110031)

由于故障預(yù)測(cè)與健康管理系統(tǒng)(PHM)是涉及多層次、多領(lǐng)域、耦合度高的復(fù)雜系統(tǒng)，很難從整體對(duì)PHM系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和驗(yàn)證，所以始終沒(méi)有成熟的工具和方法；從數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的視角，研究了飛機(jī)PHM系統(tǒng)設(shè)計(jì)及驗(yàn)證；以數(shù)據(jù)為主線，采用了4種方法實(shí)現(xiàn)PHM系統(tǒng)設(shè)計(jì)及驗(yàn)證：1)采用系統(tǒng)建模語(yǔ)言(SysML)進(jìn)行PHM系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)；2)采用基于事件的方法將被觀測(cè)系統(tǒng)的行為狀態(tài)化，實(shí)現(xiàn)PHM系統(tǒng)中資源的充分利用，降低局部的資源壓力；3)采用基于模型的推理方法，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)狀態(tài)模型的應(yīng)用；4)采用多線程、異構(gòu)能量耦合等方法定義了一個(gè)PHM仿真框架，并在該框架指導(dǎo)下開(kāi)發(fā)了一個(gè)仿真環(huán)境，并針對(duì)機(jī)載配電系統(tǒng)設(shè)置了幾種測(cè)試用例進(jìn)行診斷推理，對(duì)提到的各種方法進(jìn)行了驗(yàn)證；研究結(jié)果表明，上述方法是合理有效的，可以構(gòu)建描述完整、資源均衡的PHM系統(tǒng)架構(gòu)。

故障預(yù)測(cè)與健康管理；系統(tǒng)建模語(yǔ)言；基于模型的推理；驗(yàn)證框架

0 引言

故障預(yù)測(cè)與健康管理(PHM)是國(guó)內(nèi)外普遍認(rèn)可、能夠顯著提升裝備維護(hù)保障能力的關(guān)鍵技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)飛機(jī)的維護(hù)模式從事后維護(hù)、定期維護(hù)到視情維護(hù)、信息化維護(hù)的跨越，降低保障費(fèi)用，提高飛機(jī)的安全性、完好性和任務(wù)成功性[1]。對(duì)于飛機(jī)故障預(yù)測(cè)與健康管理，NASA、洛馬、波音等在PHM領(lǐng)域開(kāi)展了持久而深入的研究，但沒(méi)有形成成熟的理論、方法和工具來(lái)支撐故障預(yù)測(cè)與健康管理(PHM)的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證。

本文面向飛機(jī)故障預(yù)測(cè)與健康管理設(shè)計(jì)和驗(yàn)證，主要探討了以下內(nèi)容：1)在數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)視角下，用系統(tǒng)建模語(yǔ)言(SysML)進(jìn)行故障預(yù)測(cè)與健康管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)；2)利用基于事件的方法對(duì)具有混合行為的系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)化處理，降低PHM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)密度；3)利用沖突識(shí)別和候選產(chǎn)生，進(jìn)行基于模型的推理，實(shí)現(xiàn)故障的診斷定位；4)定義一個(gè)PHM驗(yàn)證框架，實(shí)現(xiàn)對(duì)PHM理論、架構(gòu)、方法的驗(yàn)證。

1 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)視角下PHM系統(tǒng)設(shè)計(jì)

常見(jiàn)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)都有成熟的理論和方法，如電氣系統(tǒng)可以采用電路理論和AutoCAD等工具，機(jī)械系統(tǒng)可以采用多體理論和CATIA等工具。故障預(yù)測(cè)與健康管理(PHM)系統(tǒng)是與航電、飛管等系統(tǒng)高度耦合的、分布在系統(tǒng)級(jí)、區(qū)域級(jí)、飛機(jī)級(jí)和地面等高度層次化的、物理載體多樣且系統(tǒng)邊界較為模糊的一種系統(tǒng)，所以PHM系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有一定的挑戰(zhàn)性。

要實(shí)現(xiàn)PHM系統(tǒng)的設(shè)計(jì)表達(dá)，必須對(duì)系統(tǒng)做進(jìn)一步抽象，從更高一級(jí)抽象層次上才能描述下一級(jí)的復(fù)雜系統(tǒng)。系統(tǒng)建模語(yǔ)言(SysML)從高度抽象的角度將系統(tǒng)統(tǒng)一抽象為行為要素和結(jié)構(gòu)要素，并用9種圖進(jìn)行表達(dá)，只要是一個(gè)系統(tǒng)就可以用SysML進(jìn)行表達(dá)[2]。結(jié)合面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)工程方法(OOSEM)等方法論，通過(guò)不斷的定義和分解，得到合理的PHM設(shè)計(jì)描述。

圖1 系統(tǒng)建模語(yǔ)言組成

系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)有許多視角，如能量視角、經(jīng)濟(jì)性視角、可靠性視角等，不同的視角決定了不同的系統(tǒng)形態(tài)。故障預(yù)測(cè)與健康管理(PHM)是信息化與工業(yè)化相融合的一個(gè)典型范例，是一種數(shù)據(jù)密集型的系統(tǒng)，所以可以采用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的視角，從數(shù)據(jù)的產(chǎn)生、傳輸、處理和使用的過(guò)程，來(lái)分析和設(shè)計(jì)PHM系統(tǒng)。

圖2 PHM系統(tǒng)用例(UCD)

從數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)視角，利用系統(tǒng)建模語(yǔ)言中的用例圖對(duì)PHM系統(tǒng)提供的外部可見(jiàn)服務(wù)，觸發(fā)和參與用例的執(zhí)行者，以及在環(huán)境、系統(tǒng)間流動(dòng)的各種數(shù)據(jù)描述如圖2所示。在圖2中描述的PHM系統(tǒng)主要分為機(jī)上PHM系統(tǒng)、地面PHM系統(tǒng)和自主后勤信息系統(tǒng)3個(gè)部分；PHM系統(tǒng)的外部環(huán)境主要包括機(jī)上各系統(tǒng)、空地勤人員等；在環(huán)境與系統(tǒng)間交互的數(shù)據(jù)主要包括：傳感器數(shù)據(jù)、指令數(shù)據(jù)、記錄數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、鏈路數(shù)據(jù)、結(jié)果數(shù)據(jù)、報(bào)告數(shù)據(jù)等。

圖3 PHM系統(tǒng)功能活動(dòng)圖(ActD)

從數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)視角，利用系統(tǒng)建模語(yǔ)言中的活動(dòng)圖對(duì)PHM系統(tǒng)具備的各項(xiàng)功能行為，以及隨著時(shí)間推移和事件發(fā)生，數(shù)據(jù)如何在功能行為間產(chǎn)生和流動(dòng)進(jìn)行描述如圖3所示。PHM系統(tǒng)要具備故障檢測(cè)、故障隔離、預(yù)測(cè)、部件壽命跟蹤、性能降級(jí)趨勢(shì)跟蹤、故障選擇性報(bào)告、輔助決策和資源管理、信息融合、信息管理等功能，在PHM系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，這些功能要產(chǎn)生數(shù)據(jù)、分發(fā)數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)。

從數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)視角，利用系統(tǒng)建模語(yǔ)言中的塊定義圖對(duì)PHM系統(tǒng)組成要素、相互關(guān)系、數(shù)據(jù)空間進(jìn)行描述如圖4所示。圖中展示了一種空地聯(lián)合、層次化的PHM系統(tǒng)。利用系統(tǒng)建模語(yǔ)言中的內(nèi)部塊圖描述PHM系統(tǒng)元素內(nèi)部詳細(xì)的數(shù)據(jù)連接，定義了實(shí)例提供的屬性、操作和接口，說(shuō)明了各組成部分在數(shù)據(jù)層面該如何集成才能夠?qū)崿F(xiàn)PHM系統(tǒng)元素功能，如圖5。

圖4 空地結(jié)合、層次化的體系架構(gòu)塊定義圖(BDD)

圖5 機(jī)上區(qū)域級(jí)PHM及與各分系統(tǒng)關(guān)系(IBD)

利用系統(tǒng)建模語(yǔ)言的序列圖為PHM系統(tǒng)提供一種動(dòng)態(tài)視圖，描述數(shù)據(jù)行為發(fā)生的順序，執(zhí)行數(shù)據(jù)行為的元素和觸發(fā)事件的元素。圖6描述了PHM系統(tǒng)進(jìn)行區(qū)域級(jí)診斷推理的一個(gè)運(yùn)行場(chǎng)景。飛行員發(fā)出指令后，RIU將指令傳遞到閥并監(jiān)測(cè)閥的位置，當(dāng)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)沒(méi)有達(dá)到位置，RIU中的周期BIT軟件會(huì)設(shè)置“卡滯故障”信號(hào)，但此時(shí)不能確定閥是處于關(guān)閉卡滯、中途卡滯、還是打開(kāi)卡滯。RIU中軟件將這些信號(hào)打包為健康報(bào)告代碼(HRC)，發(fā)送HRC到PHM區(qū)域管理器。區(qū)域管理器收集機(jī)上的其他信息，并將這些信息送入基于模型的推理引擎，做交叉確認(rèn)推理。推理機(jī)結(jié)合其他信息，包括命令，閥位置，從雷達(dá)來(lái)的工作信號(hào)，環(huán)境空氣數(shù)據(jù)，閥特征曲線，確定或否決(虛警)閥的卡滯故障。如果推理機(jī)確認(rèn)卡滯故障是真實(shí)故障，推理機(jī)將根據(jù)雷達(dá)的溫升等信息確定是關(guān)閉還是打開(kāi)卡滯，并且信息被送到飛行器區(qū)域管理器。然后結(jié)合飛機(jī)級(jí)推理輸出和其他飛機(jī)信息，產(chǎn)生一個(gè)預(yù)先定義的健康報(bào)告代碼(HRC)，送到飛行員顯示、AMD/PMD存儲(chǔ)和下行數(shù)據(jù)鏈路。在座艙一個(gè)顯示器上，飛行員將會(huì)看到一個(gè)顯示，如”雷達(dá)液冷閥關(guān)閉卡滯，液冷循環(huán)性能降級(jí)”。

圖6 PHM系統(tǒng)進(jìn)行區(qū)域級(jí)診斷推理的運(yùn)行場(chǎng)景(SD)

在流程、方法和工具的支撐下，通過(guò)不斷的迭代優(yōu)化，可以得到具有合適顆粒度、描述完整的PHM設(shè)計(jì)模型，可以得到各元素面向?qū)ο蟮膶傩?、操作和接口，以及系統(tǒng)的集成方法和測(cè)試場(chǎng)景，并且在Rhapsody等工具支持下，可以保證PHM設(shè)計(jì)的合理性、一致性、無(wú)二義性，為PHM在飛機(jī)上的集成應(yīng)用奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2 基于事件的系統(tǒng)狀態(tài)模型

從數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)視角分析，圖5中描述區(qū)域級(jí)等綜合診斷推理過(guò)程，可能會(huì)存在一些問(wèn)題。對(duì)于PHM系統(tǒng)常見(jiàn)的監(jiān)控對(duì)象，如機(jī)電系統(tǒng)等，包括了流體、機(jī)械等連續(xù)動(dòng)力學(xué)過(guò)程，也包括邏輯控制等離散過(guò)程，是一個(gè)典型的具有連續(xù)和離散混合行為的系統(tǒng)。要實(shí)現(xiàn)PHM要求被測(cè)系統(tǒng)具有可觀測(cè)性，對(duì)于連續(xù)過(guò)程，系統(tǒng)的行為可描述為：

y(t)=h(x(t),θ(t),u(t))+n(t)

x(t)是狀態(tài)向量，θ(t)是參數(shù)向量，u(t)是輸入向量，v(t)是噪聲向量，n(t)是測(cè)量噪聲向量,y(t)是輸出向量，系統(tǒng)的可測(cè)向量是y(t)的一部分。

對(duì)于連續(xù)系統(tǒng)開(kāi)展常規(guī)的基于模型的推理，就是依據(jù)實(shí)時(shí)采集y(t)、u(t)、n(t)去計(jì)算辨識(shí)θ(t)和x(t)，再根據(jù)θ(t)和x(t)去評(píng)估系統(tǒng)健康狀態(tài)的過(guò)程。從數(shù)據(jù)角度，各傳感器采集點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)。如果采用集中處理方式，需要將大量的系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)上傳上一級(jí)推理機(jī)進(jìn)行綜合推理。在進(jìn)行綜合推理時(shí)，要采用連續(xù)系統(tǒng)模型，可能會(huì)給局部的計(jì)算、存儲(chǔ)、總線等資源造成較大的壓力。

為了克服上述問(wèn)題，在綜合推理中可以采用一種基于事件的有限狀態(tài)機(jī)模型，用一種低數(shù)據(jù)密度的方法表達(dá)知識(shí)并推理?？梢圆捎梅植际叫问剑酶骺刂破髦械拈e置計(jì)算資源，將系統(tǒng)部件的連續(xù)行為離散化為狀態(tài)后在上傳。

圖7 不同處理形式的資源壓力對(duì)比

有限狀態(tài)機(jī)是一個(gè)包含狀態(tài)和轉(zhuǎn)移的系統(tǒng)，可以使用最少的組分建立系統(tǒng)模型，將狀態(tài)、輸入和輸出結(jié)合起來(lái)，而不是僅用輸入和輸出描述系統(tǒng)。用狀態(tài)機(jī)描述一個(gè)系統(tǒng)為，T是時(shí)間集，T∈Z，U是輸入集，Y是輸出集，Q是可數(shù)狀態(tài)集，Ω是可接收的輸入函數(shù)集合，由于離散狀態(tài)空間原因，輸入函數(shù)背影設(shè)為特定時(shí)間的輸入值，δ是轉(zhuǎn)移函數(shù)，δ:Q×Ω→Q，λ是輸出函數(shù)，λ:Q→Y。將被觀測(cè)系統(tǒng)的連續(xù)行為離散化為若干個(gè)狀態(tài)，連續(xù)行為的變化轉(zhuǎn)換為狀態(tài)的轉(zhuǎn)移；在不同的狀態(tài)中，輸入與輸出間對(duì)應(yīng)不同的關(guān)系，也就是約束；輸入、輸出與約束之間構(gòu)成了傳播關(guān)系；狀態(tài)轉(zhuǎn)移的發(fā)生通常是由一些事件(指令)觸發(fā)。這一模型也可以用圖形化進(jìn)行描述，如圖8描述了一個(gè)固態(tài)功率控制器(SSPC)基于事件的狀態(tài)轉(zhuǎn)移模型。定型模型的本質(zhì)是將連續(xù)模型離散化，從數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)角度，就可以大幅降低數(shù)據(jù)密度，但由于保留了約束、傳播等特性，同樣可以用于基于模型的推理。

圖8 固態(tài)功率控制器(SSPC)基于事件的狀態(tài)模型

3 基于模型的推理(MBR)

基于模型的推理分析方法采用模型作為知識(shí)的表達(dá)，能夠克服專家系統(tǒng)的知識(shí)獲取瓶頸，在復(fù)雜系統(tǒng)的故障診斷推理方面有非常多的應(yīng)用。該方法通過(guò)描述設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)和行為的模型來(lái)預(yù)測(cè)設(shè)備的預(yù)期行為，通過(guò)觀測(cè)可知設(shè)備都作了哪些工作，而預(yù)測(cè)則是要求設(shè)備在同樣情況下應(yīng)該作哪些工作。如果這兩者出現(xiàn)了差異，就產(chǎn)生了診斷問(wèn)題[3]。

在基于模型的推理中，給模型一個(gè)輸入集合，這個(gè)輸入集合在模型內(nèi)部進(jìn)行傳播，然后產(chǎn)生一個(gè)輸出集合，這個(gè)輸出集合稱為系統(tǒng)的期望輸出，即系統(tǒng)正常時(shí)的輸出值。如果系統(tǒng)的實(shí)際輸出同期望輸出不一致，就稱此為“沖突”，這表明實(shí)際系統(tǒng)有故障存在，找出引起這種不一致現(xiàn)象的原因集合，則稱為沖突識(shí)別。

在沖突識(shí)別中，將系統(tǒng)抽象地描述成一個(gè)3元組合(SD,CMPS,OBS)。其中，SD為系統(tǒng)描述，反映系統(tǒng)預(yù)期輸出行為；CMPS為系統(tǒng)部件集；OBS為系統(tǒng)觀測(cè)，反映系統(tǒng)實(shí)際輸出行為。另外，用到一階謂詞AB(異常)和AB(正常)。假設(shè)系統(tǒng)有n個(gè)部件，用謂詞邏輯的析取式：SD∪{AB(C1),…,ABCn)}表示當(dāng)所有部件正常時(shí)系統(tǒng)的預(yù)期輸出行為。

圖9 基于模型的推理過(guò)程

對(duì)于圖9中a)表達(dá)的系統(tǒng)，利用3元組合進(jìn)行描述如下：

CMPS={M1,M2,M3,A1,A2}

SD={MULT(M1),MULT(M2),MULT(M3),ADD(A1),

ADD(A2),in2(M1)=in1(M3),out(M1)=in1(M2),out(M2)=in2(A1),out(M2)=in1(A2),out(M3)=in2(A2),

MULT(x)→AB(x)→out(x)=in1(x)*in2(x),

ADD(x)→AB(x)→out(x)=in1(x)+in2(x)}

在實(shí)際工作過(guò)程中，若系統(tǒng)發(fā)生故障,其實(shí)際輸出行為值將與當(dāng)所有部件假設(shè)正常時(shí)的系統(tǒng)預(yù)期輸出行為值之間產(chǎn)生沖突，即系統(tǒng)觀測(cè)OBS與SD∪{AB(C1),…,AB(Cn)}之間出現(xiàn)不一致，也就是產(chǎn)生了沖突集，沖突集是指系統(tǒng)中某個(gè)特定部件組合，當(dāng)該組合中所有部件均假設(shè)正常時(shí)，系統(tǒng)預(yù)期輸出行為值與系統(tǒng)實(shí)際輸出行為值之間產(chǎn)生沖突，該部件組合為系統(tǒng)的一個(gè)沖突集，也就是滿足SD∪OBS∪{AB(C1),…,AB(Ck)}為真。如圖9中b)表達(dá)的過(guò)程獲得兩個(gè)沖突集，分別是AB(M1)∨AB(M2)∨AB(A1)和AB(M1)∨AB(M3)∨AB(A1)∨AB(A2)。

求解問(wèn)題的第二步是候選產(chǎn)生，即利用第一步所產(chǎn)生的沖突集，找出可能的診斷解。一個(gè)候選(Candidate)就是一個(gè)特定的假設(shè)，它表示該假設(shè)中元素均已經(jīng)發(fā)生故障。一個(gè)候選應(yīng)該能解釋所有的征兆，因而它必須能解釋每一個(gè)沖突，即與每一個(gè)沖突有一個(gè)非空的交集。候選空間是與當(dāng)前測(cè)量相容的候選集合，在沒(méi)有測(cè)量之前，候選空間為被診斷對(duì)象的所有元素的冪集空間。根據(jù)圖9中b)獲得的沖突集產(chǎn)生的候選為AB(M1)∨AB(A1)。

4 PHM系統(tǒng)仿真驗(yàn)證框架

PHM驗(yàn)證通常包括各系統(tǒng)的運(yùn)行模擬、故障注入、數(shù)據(jù)傳輸、存儲(chǔ)、處理模擬等諸多過(guò)程，另外，為了能夠充分利用機(jī)上的計(jì)算、存儲(chǔ)、總線資源，PHM通常都是分布式的，PHM的驗(yàn)證具有一定的難度。筆者設(shè)計(jì)了一個(gè)基于數(shù)字化仿真的低成本、小型化的PHM框架，可以從數(shù)據(jù)視角對(duì)PHM系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證，見(jiàn)圖10。在該框架中，對(duì)于PHM架構(gòu)中存在的控制器、區(qū)域級(jí)管理器、交叉確認(rèn)推理機(jī)等數(shù)據(jù)處理部件，采用Windows中的進(jìn)程予以實(shí)現(xiàn)，進(jìn)程間采用管道、郵槽等形式進(jìn)行通信，模擬PHM數(shù)據(jù)在機(jī)上的傳輸過(guò)程。推理所用的模型運(yùn)行在推理引擎中。在Saber、AMESim中構(gòu)建供電分系統(tǒng)、液壓分系統(tǒng)、燃油分系統(tǒng)等各系統(tǒng)仿真模型。通過(guò)仿真總線Cosimate，實(shí)現(xiàn)Saber、AMESim等之間異構(gòu)能量耦合，實(shí)現(xiàn)控制器與分系統(tǒng)之間的控制和狀態(tài)采集。

圖10 基于事件的PHM系統(tǒng)仿真驗(yàn)證框架

按照這個(gè)框架，組建了一個(gè)仿真環(huán)境，對(duì)利用系統(tǒng)建模語(yǔ)言描述的PHM系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證，也用于基于事件模型的有效性、基于模型推理引擎的有效性、仿真框架的合理性等的驗(yàn)證。采用的測(cè)試用系統(tǒng)如圖11，由6個(gè)SSPC構(gòu)成的配電系統(tǒng)，CMPS={SSPC1,SSPC2,…,SSPC6}，系統(tǒng)觀測(cè)為4個(gè)負(fù)載的電壓，OBS={v1,v2,v3,v4}，根據(jù)系統(tǒng)行為和觀測(cè)之間出現(xiàn)的沖突，來(lái)推理診斷系統(tǒng)中的各種故障。

圖11 測(cè)試用系統(tǒng)

測(cè)試用例1：在發(fā)出所有SSPC接通指令后，在Saber中制造一個(gè)故障注入，使SSPC4跳閘，這時(shí)負(fù)載4停止工作，而負(fù)載3工作正常。此時(shí)，經(jīng)過(guò)推理分析，認(rèn)為SSPC跳閘，結(jié)果如圖12。

圖12 測(cè)試用例1的監(jiān)測(cè)及推理結(jié)果

測(cè)試用例2：在發(fā)出所有SSPC接通指令后，在Saber中制造一個(gè)故障注入，使SSPC6跳閘，這時(shí)負(fù)載3和負(fù)載4均停止工作。此時(shí)，經(jīng)過(guò)推理分析，懷疑是SSPC3跳閘或SSPC5、SSPC6跳閘或全部跳閘。復(fù)位SSPC6，4個(gè)負(fù)載全部正常工作，推理分析結(jié)果為沒(méi)有故障。

5 結(jié)論

故障預(yù)測(cè)與健康管理技術(shù)在各種安全關(guān)鍵系統(tǒng)、高成本系統(tǒng)等工業(yè)產(chǎn)品中正在體現(xiàn)出巨大的應(yīng)用價(jià)值。在飛機(jī)中應(yīng)用故障預(yù)測(cè)與健康管理技術(shù)，受到體積、重量、成本等的限制，PHM系統(tǒng)具有耦合程度高、層次化、多領(lǐng)域等特點(diǎn)，使飛機(jī)故障預(yù)測(cè)與健康管理的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證具有很高的挑戰(zhàn)性。

本文從數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的視角出發(fā)，提出了利用系統(tǒng)建模語(yǔ)言(SysML)進(jìn)行PHM系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法，并進(jìn)行了實(shí)踐；為了應(yīng)對(duì)大量數(shù)據(jù)對(duì)機(jī)上局部資源造成的壓力，提出了利用基于事件的系統(tǒng)模型并結(jié)合基于模型的推理的方法，降低了對(duì)局部資源產(chǎn)生的壓力；為了實(shí)現(xiàn)PHM系統(tǒng)的快速驗(yàn)證，文中還提出了一種數(shù)字化仿真驗(yàn)證框架。通過(guò)本文的研究和實(shí)踐，說(shuō)明上述方法是合理、有效的。

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Design and Verification of Aircraft PHM System Under Data-Driven Viewpoint

Liu Liang, Zhou Bo, Yu Tao, Zhang Ning

(Shenyang Aircraft Design and Research Institute, Shenyang 110031,China)

PHM system is a multi-layers, multi-disciplines, high-coupled complex system and hard to be designed and verified as a whole, so there are no mature tools and methods for PHM design and verification. Design and verification of aircraft PHM system is researched from data-driven viewpoint. Four methods are used: 1)System Modeling Language(SysML) could be used for the design of PHM system under Data-Driven Viewpoint; 2)Event-based method could convert the monitored system’s behavior to some states which will utilize resource of PHM system adequately so as to reduce the local resource pressure;3)Model-based reasoning method is introduced and system’s state model is implemented. 4)Eventually, a multi-thread method and a heterogeneous energy-coupled method are used to define a PHM simulation framework under which develops a simulation environment and verifies mentioned methods, and some test cases of power distributing system are developed for reasoning. The result of research shows that methods mentioned above are valid and could be used for construction of PHM system architecture completely and resource-balanced.

PHM; Sysml; model-based reasoning; verification framework

2016-11-17；

2017-02-13。

劉 亮(1984-)，男，遼寧阜新人，碩士研究生，工程師，主要從事飛機(jī)電氣系統(tǒng)故障預(yù)測(cè)與健康管理、飛機(jī)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)混合信號(hào)仿真、系統(tǒng)工程實(shí)踐研究等方向的研究。

1671-4598(2017)07-0016-05

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2017.07.004

TP277

A