周彥凱?姚文穎?王晨

摘 要：飛控計算機(jī)總線故障影響因素多，準(zhǔn)確定位難度較大。通過建立故障樹，對故障相關(guān)因素進(jìn)行分解。根據(jù)修理經(jīng)驗進(jìn)行概率重要度排序，優(yōu)化排故順序，提高故障定位準(zhǔn)確度，為故障快速定位提供了一種方法。

關(guān)鍵詞：飛控計算機(jī);故障定位;概率重要度;故障樹

中圖分類號：V267 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）34-00-03

Analysis of Fault Location Method for 429 Bus of Flight Control Computer

ZHOU Yankai YAO Wenying WANG Chen

（Shijiazhuang Haishan Industrial Development Corporation，Shijiazhuang Hebei 050208）

Abstract： There are many factors affecting the fault of flight control computer bus， and it is difficult to locate the fault accurately， by setting up a fault tree， the factors related to the fault are decomposed. The order of probability importance is sorted according to the repair experience， the order of fault is optimized， and the accuracy of fault location is improved， it provides a method for fast fault location.

Keywords： flight control computer;fault location;probability importance;fault tree

飛控計算機(jī)作為飛行控制系統(tǒng)中樞，通過采集飛機(jī)各種傳感器信號，經(jīng)控制律解算，向執(zhí)行部件輸出控制信號。飛控計算機(jī)一旦報障，將導(dǎo)致系統(tǒng)降級或整個系統(tǒng)癱瘓，對系統(tǒng)穩(wěn)定產(chǎn)生重要影響。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，飛控計算機(jī)的集成度和復(fù)雜度越來越高，給故障定位帶來了巨大挑戰(zhàn)。為解決飛控計算機(jī)故障定位問題，提出了許多解決思路和方法[1-5]，但系統(tǒng)實現(xiàn)難度較大，對現(xiàn)場問題的解決指導(dǎo)性不強(qiáng)。

故障樹作為一種簡單有效的故障梳理方法，在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，但當(dāng)系統(tǒng)涉及范圍較廣時，定位盲目性較大。根據(jù)修理經(jīng)驗，結(jié)合故障概率統(tǒng)計，能夠有效增加定位的準(zhǔn)確性[6-8]。以一起飛控計算機(jī)429總線自檢故障的快速定位為例，詳細(xì)介紹了基于故障重要度的故障樹定位分析方法，為計算機(jī)故障的定位提供參考。

1 故障定位

1.1 數(shù)據(jù)流分析

針對產(chǎn)品外場故障情況，對產(chǎn)品429總線結(jié)構(gòu)進(jìn)行針對性分析。先對429總線在飛控計算機(jī)中的數(shù)據(jù)流進(jìn)行分析，其主要用于飛控計算機(jī)與狀態(tài)選擇器之間的數(shù)據(jù)傳輸，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 故障樹建立

根據(jù)故障信息，429故障產(chǎn)生可能涉及429總線相關(guān)的硬件、接口以及信號流等部分。對故障信息進(jìn)行分析，并對飛控計算機(jī)相關(guān)電路及其信號交聯(lián)情況進(jìn)行梳理，發(fā)現(xiàn)該型飛控計算機(jī)涉及429總線的功能模塊主要集中在輸入/輸出控制（Input/Output Controller，IOC）板。IOC板完成429總線的2路發(fā)送和4路接收功能，并完成429總線回繞功能。此外，429總線故障還可能由429總線相關(guān)信號流故障引起。

綜上所述，以429總線回繞故障為頂層事件，按照429總線結(jié)構(gòu)和故障邏輯關(guān)系，結(jié)合技術(shù)資料和工程實踐經(jīng)驗劃定邊界、合理簡化，逐層建立事件之間的邏輯關(guān)系，最終輸出完整的故障樹模型，如圖2所示。

1.3 故障樹定性分析

定性分析的目的是確定導(dǎo)致頂層事件發(fā)生的所有故障模式，即確定最小割集。通過定性分析得到故障樹的14項最小割集，如表1所示。

1.4 定量分析

定量分析的目的是確定各底層事件對頂層事件的影響程度。分析過程以結(jié)構(gòu)函數(shù)和底層事件發(fā)生概率為輸入進(jìn)行計算，輸出底層事件的概率重要度和結(jié)構(gòu)重要度。

1.4.1 概率重要度。概率重要度反映底層事件發(fā)生概率對頂層事件發(fā)生概率的影響程度。根據(jù)產(chǎn)品交付使用記錄和歷史修理記錄對底層事件發(fā)生概率進(jìn)行估算，估算值見表2。

1.4.2 故障重要度排序。排序過程以故障系數(shù)和結(jié)構(gòu)重要度的求解結(jié)果為輸入，最終輸出底層事件重要度由大到小的順序。上述故障樹的排序結(jié)果為：3，4，6，7>2，5>1，8>10，11>9，12，13，14。

2 排故方案

結(jié)合底層故障重要度排序和實際排故原則，按照從整體到局部順序進(jìn)行故障隔離，待故障隔離到板級后，以故障重要度順序為依據(jù)，進(jìn)行芯片級故障定位。具體排故方案如下：在常溫情況下對故障計算機(jī)進(jìn)行板間故障隔離，從而定位故障到機(jī)箱或者功能電路板，并通過交叉驗證對故障情況進(jìn)行確認(rèn);按照故障重要度順序，由故障重要度等級高的元器件開始，逐個進(jìn)行故障排除，最終定位故障元器件。

3 排故方案實施

3.1 板級故障隔離

根據(jù)排故方案，按照中央處理器（Central Processing Unit，CPU）板、IOC板、模擬輸入板、伺服作動器板、離散輸入輸出板的順序進(jìn)行單板故障隔離。當(dāng)將IOC板隔離后，故障清除，將該故障件IOC板串到狀態(tài)良好的計算機(jī)中進(jìn)行驗證，使故障在狀態(tài)良好的計算機(jī)中復(fù)現(xiàn)，從而確定該IOC板故障。

3.2 元器件級故障隔離

按照故障重要度順序?qū)?29總線相關(guān)器件進(jìn)行測試。在故障狀態(tài)下對N3、N4、N5、N6進(jìn)行對比測試。N3模擬開關(guān)在內(nèi)部自檢測（Build-In-Test，BIT）工作時，不能將兩輸入通道數(shù)據(jù)有效隔離，存在兩輸入通道數(shù)據(jù)干擾現(xiàn)象，因此推斷N3芯片在接入回繞信號時性能下降，導(dǎo)致429信號異常。

通過將N3芯片換新對故障進(jìn)行驗證，用新的同型號芯片替代故障芯片，故障排除，進(jìn)而驗證了N3為故障所在。

故障排除后，按照工藝對該飛控計算機(jī)進(jìn)行高溫工作、低溫工作以及振動試驗。在試驗過程中和試驗后對計算機(jī)進(jìn)行測試，各項性能指標(biāo)正常，確認(rèn)故障排除。

4 機(jī)理分析

IOC板作為飛控計算機(jī)輸入/輸出接口控制板卡，主要完成CPU板與外圍接口之間的轉(zhuǎn)換，控制1553B總線、429總線、交叉通信數(shù)據(jù)鏈的協(xié)調(diào)工作。具體到429總線的控制，其數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)如圖3所示。

通過429總線原理圖可以看出，當(dāng)CPU板通過數(shù)據(jù)總線將控制數(shù)據(jù)送達(dá)SMJ320單片機(jī)，單片機(jī)將數(shù)據(jù)傳給D7芯片429總線接口芯片，接口芯片負(fù)責(zé)將內(nèi)部數(shù)據(jù)總線信息轉(zhuǎn)化為429總線格式，發(fā)送到N1驅(qū)動芯片，轉(zhuǎn)化為429格式的互補(bǔ)信號，用于外部總線的傳輸。當(dāng)外部429總線數(shù)據(jù)進(jìn)入計算機(jī)后，通過N3模擬開關(guān)進(jìn)入D7接口芯片，轉(zhuǎn)化為內(nèi)部總線數(shù)據(jù)，發(fā)送給內(nèi)部處理器。D8通道工作原理同上。

當(dāng)計算機(jī)進(jìn)行BIT自檢測時，模擬開關(guān)AD7512將N1驅(qū)動發(fā)送的數(shù)據(jù)直接送回總線接口芯片，從而驗證內(nèi)部數(shù)據(jù)流功能的完好性。AD7512主要完成內(nèi)部和外部數(shù)據(jù)流的轉(zhuǎn)換，當(dāng)其轉(zhuǎn)換功能或數(shù)據(jù)接通后連接異常時，將導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸異常，從而導(dǎo)致429回繞故障。

5 結(jié)語

通過對當(dāng)前飛控計算機(jī)故障定位方案進(jìn)行分析，提出了一種基于故障樹的概率重要度分析方法，將經(jīng)驗數(shù)據(jù)與故障樹分析結(jié)合起來，為現(xiàn)場故障的排除提供了一種方便快捷、實際有效的故障分析、定位方法，為產(chǎn)品修理現(xiàn)場故障的解決提供了新思路。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃超偉.無人機(jī)飛控計算機(jī)常見故障及其診斷方法分析[J].中國設(shè)備工程，2021（14）：153-154.

[2]崔展博，焦梅素，王德輝，等.多余度飛控計算機(jī)“飛控一次”故障機(jī)理分析[J].沈陽航空航天大學(xué)學(xué)報，2018（5）：73-77.

[3]司馬駿.民機(jī)電傳飛控系統(tǒng)故障檢測與容錯技術(shù)[J].民用飛機(jī)設(shè)計與研究，2018（3）：58-63.

[4]王若男.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)觀測器的飛控系統(tǒng)故障診斷與容錯控制研究[D].南京：南京航空航天大學(xué)，2018：5-6.

[5]王雙雙.某型飛行控制計算機(jī)故障檢測和余度管理技術(shù)研究[D].南京：南京航空航天大學(xué)，2018：21.

[6]李勇，周新宇.測試與分析WZC雙室真空爐系統(tǒng)故障模式與故障樹分析[J].金屬熱處理，2021（10）：248-251.

[7]沈曉枉.基于空間故障樹理論的配電網(wǎng)弱饋線路斷線故障識別方法[J].電網(wǎng)與清潔能源，2021（10）：30-35.

[8]楊婷.基于故障樹的KSN系統(tǒng)可靠性建模[J].微型電腦應(yīng)用，2021（10）：81-84.