飞机故障诊断介绍20100115

飞机故障诊断中的知识表达：

① 知识的来源，飞机故障诊断知识与一般性知识对比所具有的特性； ② 如何表达：基于什么视角，从哪些方面来表达这些知识，如何建立模型来表达；比如从F-B-S。

③ 飞机故障诊断知识表达的作用和意义：飞机故障诊断方法中需要对知识表达等问题深入研究，为诊断提供基础和前提，为使用相关方法提供支撑。 ④

现代大型客机作为一种复杂的机电设备，由于人为失误、材料缺陷、制造误差及使用环境波动等因素的影响以及疲劳、磨损和老化等效应的存在，使得在飞机运行过程中不可避免地会发生各种故障[1-3]。所谓飞机故障诊断，就是鉴别飞机设备的技术状态是否正常，确定故障性质、故障部位及故障起因，提出相应维修措施以排除飞机故障的过程，是保证航班安全、正点的重要的措施[4]。（硕士论文：基于飞行数据的飞机故障预测与故障诊断系统研究，2007.1）

一、民航飞机故障诊断的特点

1、故障诊断必须满足适航性的要求

民用航空，包括民用航空器的设计、制造、使用和维修均处于有关国际组织和各国法规的严格控制之下。对飞机进行故障诊断的适航性要求主要体现在飞机制造商提供的AMM[28]、FIM[29]、CMM、MEL及CDL中。 2、故障征兆和故障原因间不一定有明确的对应关系

飞机系统由30多个子系统组成，子系统之间相互关联。并且子系统又包含了多个分系统。在子系统内，层次之间的信息联系又是不确定的。例如A320系列飞机的无线电导航系统、大气数据惯性基准系统（ADIRS）、飞行管理、制导计算机系统（FMGCS）、电子飞行仪表系统（EFIS）等都与飞行控制系统存在着数据通信。而飞行控制系统内部的分系统之间又存在相互交联信号。由此可见，故障具有纵向传播和横向传播特性。较高层次系统的故障来源于底层次系统故障，同一层次上的不同系统之间在结构和功能上存在许多联系和耦合。 3、故障诊断涉及的结构层次有所提高

随着飞机模块化、集成化程度的提高，故障诊断的结构层次也相应提高。尤 其是航线维护，当故障源查到某一部件层，就要求整体更换此部件来排除故障。 即航线维护就是诊断到部件级，而非元件级。 4、诊断时间要求紧

航线维护是在航前、航后、短停期间进行。为了减少因航班延误带来的损失，要求航线维护在规定时间内完成。尤其是短停，时间要求紧。 5、航线可更换件维修的难点集中在诊断逻辑部分

飞机系统故障诊断的步骤主要为：首先要检测到故障特征信号并完成故障征兆的提取；这一步可由飞机的自检设备完成并显示征兆信息。在大多数情况下无须维修人员参与。其次根据故障征兆确定故障原因，此处是故障诊断的难点，尤其是对于疑难故障，BITE难以做到对故障的准确定位。（硕士论文：民航飞机故障诊断方法集成研究，2009.3.31）

二、民航飞机故障诊断的知识来源

维修手册（故障信息）、维修大纲（经验知识）、可靠性分析报告（统计信息）[30]和专家经验是民航飞机故障诊断的主要知识来源。（思考：1针对三类不同的知识，分别采用不同的知识表达方法；还是从功能、行为、结构三方面来表达；）

1、维修手册

维修手册中包含了民航飞机的系统结构图、系统原理图、故障诊断步骤等信，维修人员在使用时按自己的理解形成推理规则。维修手册内容主要包括传统故障隔离和排除的全过程。由于维修手册是标准文件，未体现出飞机使用后的体特征

和环境差异，同时从维修手册中获取的规则往往比实际情况复杂。

目前，飞机维修[2][3]主要依据制造厂商提供的排故手册进行排故。排故手册涵盖了几乎所有可能引起该故障的组件，并给出了组件的拆换次序，这虽然能够解决绝大部分飞机维护中遇到的故障问题，但是排故过程烦琐，排故效率低。（后果和造成影响）尤其在飞机飞行短停过程遇到故障时，经常由于无法及时维修导致航班延误，造成航空公司的巨大损失。针对飞机维修工作量快速增长与维修效率低的矛盾，将人工智能方法应用于民航飞机故障诊断以提高维修效率成了一个研究趋势，目前以神经网络、专家系统、故障树等应用最多（故障手册为基于规则的诊断，专家系统是基于案例/现象的诊断；故障手册中重点研究知识搜索的方法，专家系统中重点研究知识如何表达）。

2、维修大纲

维修大纲是民航飞机故障诊断依据的计划性文件，主要包含了部件的计划维信息，包括故障发生的维修间隔、维修等级、计划维修项目、零部件的重要度信息。通过维修大纲可以估计故障出现的时间，用这一时间与实际的工作时间较，可以指导故障诊断。维修手册与维修大纲都是设计人员制订的。

3、可靠性报告

可靠性报告是由飞机制造商和航空公司定时发布的，是故障统计历史信息的录，其实质是故障的经验统计，是一种使用后的行为，也是智能故障诊断方法用的主要领域。

“可靠性”是指产品在规定条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。在用航空维修业中，可靠性管理是通过可靠性管理方案来体现和落实的。可靠性告是可靠性管理的一个环节。可靠性管理方案是根据中国民航适航当局的要求，确保飞机运行于连续有效的持续适航维修大纲之上，以达到保障飞机飞行安全、低维修成本和提高维修质量的目的而编制的、用于对飞机维修方案实施动态监和调整的指导性文件，它是持续适航维修大纲的重要组成部分。为持续保证维方案的有效性，确保在适当的时候进行正确的维修工作，防止飞机状态的恶化，复和改善飞机内在的可靠性水平，就需要对飞机、发动机、及机载设备的故障损坏前各种有意义的征象(如疲劳、腐蚀、磨损等)进行收集、分析、评估、处和监控，并据此对维修方案进行持续不断的优化。而收集的各种数据就是可靠

报告的内容。可靠性管理是一个持续分析和监督的闭环管理过程。其流程图见下图：

可靠性报告数据采集：

在航空器的使用维修过程中，会产生大量数据，例如结构／系统／零部件和发动机的可靠性数据，这些数据可以反映维修的质量特性，并为衡量维修质量水平提供参考基础。可靠性报告数据包括：

（1）机组和维修人员故障报告（来源：飞行记录本）； （2）航班不正常事件报告（来源：维修和维修运行控制）； （3）部附件拆换情况报告（来源：监控）； （4）发动机非计划拆换报告（来源：监控）；

（5）发动机空中停车报告（来源：技术管理部和各维修单位）； （6）飞机/发动机运行数据（来源：飞行记录本）； （7）非例行检查发现（来源：维修单位）； （8）飞机重大结构修理报告（来源：维修单位）； （9）飞机重复故障处理情况报告（来源：维修单位）。 典型性能参数：

（1）航班不正常千次率=1000×影响航班任务正常执行次数/营运起落次数； （2）延误率=100×延误次数/营运起落次数； （3）飞机故障率=1000×故障次数/总飞行时间；

（4）平均非计划拆换间隔时间(MTBUR)=空中时间*装机数/非计划拆换次数；

（5）非计划拆换率＝1000×非计划拆换次数/（空中时间×装机数）； （6）平均故障拆换间隔时间（MTBF）=空中时间*装机数/确认故障拆换次数。（硕士论文：民航飞机故障诊断方法集成研究，2009.3.31）

三、民航飞机一般排故流程

1、在短停、航后阶段查阅机组人员的飞行记录。并对相关设备进行检查； 2、如果发现故障，根据机型号和故障信息查阅MEL（最低设备清单）和CDL（外形缺省清单），判断该故障是否在放行的范围内。如果飞机在故障未被排除的情况下被放行，其推迟维修的项目必须是MEL和CDL中规定的内容，并满足规定的条件；

3、在排故过程中，对于经常发生的、简单故障，维修人员根据经验可直接实施故障隔离过程。而一些不常发生的、比较复杂的故障，则参照FIM实施故障隔离程序；

4、查找FIM的流程如下：1）、根据FIM中的故障信息索引（Fault Code Index），由记录的故障征兆可找到FIM Fault Code（故障码）和FIM TASK（任务号），2）、飞行控制系统中，如果任务号为22-11TASK801/802/803，则要根据任务中的内容做相关BITE，然后根据CDU上显示的结果，通过维护索引（Maintenance Message Index）找到相应的任务号。3）、根据任务号找到对应的故障隔离程序。它提供了导致该故障信息发生的几乎所有可能原因（Possible Cause）及排除故障的步骤，同时需要参考AMM和WDM手册中对应的内容；

5、根据排除故障需要参考的AMM和WDM手册中对应内容，例如AMM中对应的TASK号，生成排故工作单，根据它实施具体排故； 6、根据排故结果填写故障历史记录。

四、飞机故障诊断方法

目前飞机故障诊断方法可以大体分为两种： 1)传统诊断方法

该方法完全基于对故障信息和故障机理的数学处理，包括信号处理和建模处理两大内容[5]。信号处理的主要内容是统计分析、相关性分析、频谱分析、小波分析及模态分析等，其理论基础是数理统计与随机过程[6]。建模处理的主要内容是参数估计、系统辨识和模式识别，理论基础是系统论、信息论和控制论

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