航空电子系统故障预测与健康管理研究 本文关键词：系统故障，航空，预测，研究，健康
航空电子系统故障预测与健康管理研究 本文简介：摘要：PHM作为新一代航空电子系统故障预测与健康管理的新技术，可以综合进行系统检测、故障诊断、故障预测及健康管理，是提高提供低故障率、高维修效率及降低使用成本的重要手段，已经成为新一代航空电子系统的关键技术，本文通过对PHM电子系统结构及功能的阐述，分析该系统在航空装配领域的应用及未来技术发展趋势，
航空电子系统故障预测与健康管理研究 本文内容：
摘要：PHM作为新一代航空电子系统故障预测与健康管理的新技术，可以综合进行系统检测、故障诊断、故障预测及健康管理，是提高提供低故障率、高维修效率及降低使用成本的重要手段，已经成为新一代航空电子系统的关键技术，本文通过对PHM电子系统结构及功能的阐述，分析该系统在航空装配领域的应用及未来技术发展趋势，从而为航空航天事业安全保驾护航。
关键词：PHM；功能；航空；发展
航空电子系统至今已经历4个阶段，在其不断发展的过程中不仅功能更加的强大，性能也更加的优越，这些显著的进步一方面是提升了其利用效果，另一方面也为机载电子系统的故障测试等带来了难题。从现阶段的分析来看，传统的机内测试（BIT）、离线测试是基于“生病医治”的顺序，这种测试方式本身具有较大的局限性，在测试中虚警率较高会导致安全风险的加大以及维护成本升高等较为显著的问题。为提高机载电子系统的效率，转变以往检测模式，形成实时检测、故障预警及健康诊断与一体的故障预测与健康管理（PHM）已成为目前机载电子系统的趋势。
1PHM系统结构和功能
PHM系统结构在区域管理器体系基础上构建起来的结构，此结构的核心是区域管理器，而对区域管理其进行分析发现其主要有三层构成：传感器层是其第一层，主要用于对原始数据资料的收集。第二层的组成相对复杂，是由多个管理器共同构建的，此层的存在主要是对飞机的系统电子信息进行感应和获取。此结构层的功能强大，有功能软件模块和软件推理机模块两大部分。这两部分在具体功能发挥的时候数据融合技术、神经网络技术等利用较为普遍。通过这些技术的利用，系统分析、预测、监控和管理的目的得以实现。飞机系统的推理机构成了第三层，此结构层主要是进行电子信息的收集从而对飞机的健康做出综合性的评估。PHM系统功能：(1)检测与隔离故障功能；(2)对特定部件预测故障功能；(3)跟踪及预测部件使用寿命功能；(4)资源管理与推理有机结合并在此基础上形成决策的功能；(5)故障信息选择性报警功能，可以根据实际情况不同等级报送给处理人员，包括飞行员和地面维护人员。
2PHM技术关键技术分析
2.1分类监测技术
在航空电子系统中，由于其具有较高的复杂性，电子元件数量较多，因此要实施对其的全面监测会比较困难。为了做好监测，航空电子监测系统必须要针对性的进行复杂性设计。在这方面问题的解决中，PHM技术本身具有较大的优势，主要是因为它在监测的过程中可以针对性的进行信息的提取，这样，即使是复杂的结构，企业能迅速的提取相关的监测内容。这种分类监测技术对未来不断发展的航空事业产生巨大的推动作用，不仅在安全测评方面，还可以搜集较为完整的飞机运行数据，为下步的研发提供了大量的基础数据，对于当今我国的航天事业来说，是一项巨大的技术进步。
2.2故障预测技术
基于航空电子系统的构造特点决定了对故障诊断的复杂性，系统中元件数量大，种类繁杂，发生事故时的形态及表现都各具不同，故障的不同程度呈现的特点也不易，当原件发生故障时，对于元器件给检测阶段的时间非常短，这也是检测系统的难点之一，不过PHM系统的故障预测技术可以很好的解决这个问题，利用其数据库建立故障模型，模拟分析故障发生条件，从而得出科学的预测数据。就目前的预测算法分析来看，此技术使用的主要有参数模型法和费参数模型法两类。第一类主要是研究历史数据的变化规律，进而在规律基础上数据模型，从而对未来的状态进行推导和预测。在现阶段的使用中，比较常用的参数模型法包括了时间预测、灰色理论预测等。后者的预测不需要精确的数据模型，主要使用的有神经网络预测和组合预测。
2.3故障诊断技术
航空点在系统的故障诊断需要通过一系列的程序进行，包括预测、计算、分析，在特定情况下还要对检测的数据进行分析，对结果进行估测，对于故障位置的判断，也要做到精确无误。航空电子系统内部，使用PHM故障诊断需要利用系统内部中各个结构之间的关系，辨识相关矩阵，才能够构建成合理的故障模型，据资料表明，在航空电子产品中40%～85%均属于CND故障，其主要原因是测试不充分、环境条件发生改变及信号连接点接触不良等原因，这也为故障诊断带来新问题，可以通过综合多种算法来消除单一算法的局限性或缺陷，还要加强测试监测点，对于环境因素（温度、湿度、震动），要通过多源数据逐步减弱。这样就从客观上保证了分析模型的有效性，提高航空电子故障诊断技术的诊断水平。主要的故障诊断技术可分为基于解析模型的方法、基于知识的方法及基于信号处理的方法。基于解析模型的方法是在诊断对象数学模型的基础上，按照一定的数学方法对数据信息进行处理诊断；基于知识的诊断方法是通过实现辩证逻辑与数理逻辑的继承，使推理过程与算法过程统一，通过概念和处理方法的知识化实现故障诊断；基于信号处理方法是通过信号模型，直接分析信号特点，如方差、频率、幅值等，从而检测出故障点。
2.4数据融合技术
对于多元信息的综合处理，数据融合技术可以使之更为准确、可靠，PHM系统常用的融合算法有D-S证据理论融合、模糊逻辑推理、贝叶斯推理、神经网络融合等，最终目标是将数据与融合算法与相应的健康管理进行组合优化，以提高预测的置信水平，其中融合技术主要包括数据融合、特征融合及信息融合。
3PHM在航空装备领域研究
PHM在航空装备领域的应用还存有一定的局限性，成熟度还有一定的欠缺，因此为了不断提升PHM技术的应用性及效果，从4个方面对PHM系统在航空装备领域的应用进行阐述，从而不断提升PHM在航空装备领域的应用效果。(1)从监控系统来说，包括系统故障的预测及飞机状态的检测两方面，在航空装备中可以开发针对单个机电系统的监控，这种监控系统优势在于可以将飞机整个系统及运行过程进行完全监控，监测获得数据后传回地面，也可为飞机返回基地准备出充足时间，另外也可针对不同系统开发研制PHM技术，如飞机的电力PHM系统，飞机的发动机PHM系统，对于这些关键部件及动力，要进行实时检测及判断预测，从而提高飞机的安全等级。(2)从维护系统来说，开发应用型便携式的维修辅助PMM系统，可以提高飞机中设备的维修效率，在飞机部件与机电系统建立有效的通信链，通过通信链的建立可有效采集互动数据，可大大简化后期维修工作，方便查找故障原因，可以实现机内检测与维修的监控，利于飞行数据的使用。(3)从提升测试设备角度来说，维修及更换故障单元虽然是常规维护手段，不过可以通过对不同维修级别的分析、完善检测功能、合理分配资源等方式补充目前PHM系统技术诊断能力不过关及在线监控性能不足的短板。(4)从反馈数据角度来说，要提升在线数据的可靠性及纠错性，要通过开发相应的信息数据分析系统进行跟踪，结合大数据及云计算概念，提升数据的使用效率，通过数据的分析及收集建立起智能型的电子系统，从而及时报告、显示航空设备的各种数据，为下一步的数据利用打好基础。
4结语
我国航空电子系统故障预测与健康管理技术具有非常广阔的发展空间，随着航空航天事业的发展，对这项技术将提出更高的要求，未来还需要相关研究人员加大研发力度，结合其他高科技手段，不断提升PHM系统的实效性，充分发挥在航空系统中的监测、预测、诊断等功能，以推动我国航天事业的大跨步前进。
参考文献
[1]赵宁社,翟正军,王国庆.新一代航空电子综合化及预测与健康管理技术[J].测控技术,2011(1):1-5.
[2]彭菲.航空电子系统技术发展趋势研究[J].科技创新与应用,2013(3):73.
作者：宁亚锋 安芳利 单位：中航飞机股份有限公司汉中飞机分公司
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