基于型号装备的智能化故障诊断与隔离技术（E—FIM）的应用研究

蒙春

摘 要：该文主要介绍了航空型号应用技术出版物（IETM）技术過程中，针对航空产品中的智能化故障隔离手册（E-FIM）技术特点和应用情况介绍;内容涉及到技术出版物编制流程;IETM与测试诊断技术的应用研究;某型航空装备机载系统诊断测试技术案例研究等。

关键词：技术出版物  IETM  E-FIM  诊断测试技术  故障诊断及隔离  诊断知识库  测试设备

中图分类号：TP277           文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）10（c）-0044-02

随着现代科学技术的飞速发展，大量高新科技技术成果被广泛应用到现代装备系统中，使得装备的使用操作、维护维修等过程变得日益复杂;并且高新技术装备的应用对使用维护人员技能水平也提出更高要求。一方面是装备系统对技术技能需求逐步增大;另一方面是人员的操作使用、维护维修及培训过程都变得日益复杂。为了保障装备系统的可靠性、维修性和战术技术性能，发挥其应有的功能，大力提高装备系统的动态监控、性能检测和故障诊断水平，这些已经成为综合保障过程中的一个急需解决的重要问题。

交互式电子技术手册（Interactive Electronic Technical Manual， IETM）作为提高武器系统的可用性和维修保障效率的关键途径;同时，IETM不但可以对使用人员提供直观生动的培训方式，加快人员对装备系统的熟练操作;可辅助人员操作装备或排除装备故障。并且IETM能在与用户交互基础上提供维修过程指导、技术信息导航、备件供应信息以及诸如维修报告和零件订购等附加功能，大大提高武器系统的可用性和维修保障效率。这些已经广泛获得认可。

故障隔离手册（FIM）主要是由故障现象或结果与逻辑判断决策处理组成。逻辑判断决策处理可用来确定装备故障的来源和修复故障现象。它作为IETM中至关重要的内容，是交互式智能化故障诊断和排除的最佳整体解决方案载体，同时，可以收集外场经验和实践数据，为设计部门隔离设备缺陷和性能问题提供帮助。智能化故障隔离手册（E-FIM）作为IETM的深化应用，兼备了IETM的优势和FIM手册的重要意义。

1 现状

在实际应用过程中，考虑到时间周期和费用效率等问题，智能化E-FIM应用还不是很多，主要集中在科技含量高且维修复杂的装备之上。主要通过多系统之间的信息共享和互操作，实现智能化的指导交互式的故障诊断、隔离、维修等工作。

在国际上，智能化E-FIM应用已有不少案例。早在2003年美伊战争期间，美军的“长弓-阿帕奇”（AH-64D）直升机的数字化维修系统（见图1）以及“艾布拉姆斯”主战坦克的数字诊断与预测“工具箱”都是E-FIM应用的典型案例。通过将IETM与PMA以及测试诊断系统的有效结合，形成智能化的E-FIM整体解决方案，实现了有效提高故障诊断速度，减少维修人员的工作量，改善了维修方法和过程等实际效果。成熟实践应用了E-FIM在故障诊断与隔离方面的实际应用效果，获得良好效果。

在20世纪80年代我国开始引入综保概念，随后国内一些院校及单位开始了技术出版物的研究。研究的主要内容主要是基于美军标MIL-PRF-87268和MIL-PRF-87269，且在IETM的实际应用尚处于起步摸索阶段，基本上是对于IETM的理论研究和演示系统的开发验证。

在2008年我国推出了国军标GJB-6600，标准设定基本沿用了最先进的S1000D标准内容，但是由于国内设计院所还没有建立起成熟规范的编制管理体系，现阶段装备技术手册的国内实际应用主要形式还是以PDF、WORD等线性电子文件格式为主，其IETM交互能力未能很好的体现，最终使用效果不佳，急需我们进一步提高IETM应用水平。

2 研究目标

基于国内交互式电子技术手册应用现状以及对智能化E-FIM的实际需求，应用S1000D技术标准，结合世界先进技术出版物编制管理系统，集成测试诊断技术和硬件检测设备，实现基于XXX型飞机的XX型号航空机载设备的E-FIM和诊断测试技术以及硬件配套的完整解决方案。从而为国内这一技术领域应用提供广泛借鉴，并为后续应用实践提供经验。

3 研究内容

该研究工作开展，主要分为以下7个主要阶段（图2）。

（1）基于XXX型飞机的XX型号航空机载设备软件环境构建及业务规则设定。

（2）基于XXX型飞机的XX型号航空机载设备开展FMEA及故障树分析工作梳理。

（3）分析整合检测程序、测试数据，并使之与故障诊断决策策略保持一致。

（4）开展手册内容编制工作，明确IETM展示形式和内容。

（5）诊断测试系统集成及应用功能（软界面）定制。

（6）诊断测试系统集成及硬件载体设计集成。

（7）基于XXX型飞机的XX型号航空机载设备系统部署应用及管理阶段。

基于XXX型飞机的XX型号航空机载设备软件环境构建及工作梳理阶段，主要是围绕XX型号航空机载设备故障隔离手册，部署架构软件环境，同时开展资料梳理以及业务规则定制工作，为后续工作开展提供环境支持。

编制管理环境建立手册内容编制阶段，是细化维修手册编制业务规则，并应用执行;辅助开展手册内容编制工作，以及多媒体素材的编著准备工作，同时确定IETM所需展示功能。

诊断测试系统集成及应用功能定制阶段，主要是结合型号实际故障案例，开展故障树梳理，对已有FMEA及故障树分析，明确XX型号航空机载设备设计预制测试点和测试数据，明确故障诊断决策数据。确定开发测试诊断系统，更好地实现IETM系统和测试诊断系统的结合。

基于XXX型飞机的XX型号航空机载设备系统集成及硬件载体设计集成阶段，结合实际排故需求，考察配置硬件运行环境，包含：PCI加固机、控制器、NI测试板卡，传感器布设以及测试线缆等;并开发驱动程序以及软界面执行程序及测试运行以保证各系统兼容性良好。

基于XXX型飞机的XX型号航空机载设备系统应用管理设计阶段，主要是根据S1000D标准以及IETM版本管理平台，实现IETM版本发布管理、信息反馈管理以及变更管理等功能。

在具备IETM编制管理实施的基础之上，利用成熟软件系统和丰富IETM实施经验人员，实现测试诊断技术与IETM集成对于S1000D标准来说主要关键点在于实现采集数据转化和IETM显示之间的交互能力。

对于E-FIM来讲，在应用过程中，主要包含两部分关键点：一是诊断数据库，内含故障症状、原因及能够在故障现象发生时及时准确的提供解决方案;二是诊断推理引擎，能够优化排故过程，准确的提供最优的排故程序。通过评估所有已知或预计发生的失效模式，综合考虑缺陷症状、问题频率、以及测试时间和成本，能够持续修正故障隔离步骤。这些是此次研究的关键技术点。

4 实例说明

为了验证方法可行性和最终实现效果，该研究选取XXX型飞机的XX型号供配电系统，作为诊断测试研究案例。

XX型号飞机供配电系统由飞机发电系统、二次电源、用电设备以及电能从发电系统传输到用电设备的飞机配电系统构成，是飞机的重要功能系统之一。

主要关键技术包括以下两方面。

（1）大功率（200 kW以上）变频发电机技术;

（2）分布式固态配电和负载自动治理技术。

此次研究设定使用S1000D标准制作IETM，集成应用第5级IETM的主要功能特点，Dynamic Presentation（动态显示）、Structured Navigation（导航结构）、Hierarchical Data（层次数据结构）、DBMS（逻辑数据库管理）方式等。充分利用其层次数据结构，信息元素之间采用树状父子节点的模式，可以通过父子节点变量控制关系，从而实现数据的传递和导航，加之集成外部实施数据采集系统，从而实现动态内容显示。

再通过S1000D标准中过程模块要求，应用专用浏览器或者通用浏览器实现层次结构和关系导航。

4.1 验证过程（以发电机不发电故障为例）

发电机供电系统故障——发电机不发电故障。

在飞机发动机工作时，首先可通过测量反流断割器“F”接线柱的电压确定不同的故障原因，然后再根据不同的故障类型具体原因查找相应故障点。

如当测得反流断割器“F”接线柱的电压为0～5 V时，即发电机电压为0～5 V时，确定发电机不发电故障（图4）。此时的电压为激磁绕组的剩磁所产生电压，即发电机励磁线路出现短路故障。

然后再通过测量“12Y”保险丝正常、调压器插头1～6等，采用电阻测量法经行故障部位查找。最终确定具体故障原因（图5）。

4.2 集成测试仪器环境（TAPS）

在测试设备方面，主要仪器包含以下几点。

（1）PCI测试机箱：集成多种测试板卡，可综合测量、显示多种数据（图6）。

（2）PCI控制器：综合显控主机（图7）。

（3）NI万用表测试板卡（图8）。

（4）IETM显示设备及IETM专用浏览器（图9）。

（5）其他设备（传感器等）装置。

4.3 连接原理图

系统连接原理图，如图10所示。

4.4 IETM集成

IETM集成主要涉及到測试设备软界面开发和IETM基础数据的交互功能。该研究中设计NI万用表板卡软界面显示，由IETM读取软界面数据，然后经处理赋值给IETM导航节点变量，从而控制导航;并且进一步激活IETM数据显示界面，读取软界面实时数据状态，进一步在IETM中显示装备实施数据。

5 结语

通过该研究，应用S1000D技术标准，结合世界先进技术出版物编制管理系统，实现技术出版物编制的标准流程验证;同时集成成熟测试诊断技术，实现原型航空机载设备的IETM和诊断测试技术的结合;以及结合硬件配套的完整解决方案。从而为国内这一技术领域应用提供广泛借鉴，并为后续应用实践提供经验。

参考文献

[1] 董建军.飞机供电系统[M].信阳：空军第一航空学院，2012：198-204.

[2] 朱兴动.武器装备交互式电子技术手册：IETM[M].国防工业出版社，2009.

[3] 徐宗昌.装备IETM技术标准实施指南[M].国防工业出版社，2012.

[4] 刘永.飞机故障隔离手册编制方法研究[J].中国新技术新产品，2013（15）：185-187.

[5] 陈金宇.飞机故障隔离手册编制方法浅析[J].科技创新导报，2011（31）：59-60.

[6] 谢远锋，刘慧林.基于网络森林的故障隔离方法[J].质量与可靠性，2005（6）：9-13，44.

[7] 刘永.机载维护系统对故障隔离手册的作用和影响分析[J].科技创新导报，2013（14）：86-87.

[8] 崔平远，臧荣春，崔祜涛.基于改进联邦滤波的故障隔离与系统重构[J].系统工程与电子技术，2007（5）：832-834.

[9] 赵洪利，文星辰，郭庆.基于S1000D的飞机故障隔离手册规范研究与应用[J].航空维修与工程，2013（6）：86-89.