CN101689052A - 单平台或多平台系统的健康管理 - Google Patents
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Abstract
公开了用于健康数据管理的系统与方法。在一个实施例中，监控多平台系统的健康信息的一种方法包括从多个平台的一个或多个子系统接收健康信息，以及利用一个或多个推理机运算分析健康信息，其中该推理机运算被构造成预测该一个或多个子系统的潜在故障。根据预测到的潜在故障，本方法包括提供该一个或多个子系统的预测特征。在替换实施例中，本方法可进一步包括将该一个或多个子系统中的每一个的健康信息中的至少一些编译成通用格式，并将编译的健康信息存储到数据库中用以随后分析。
Description
技术领域
【0001】本发明的实施例一般涉及健康数据管理的系统与方法，包括健康数据处理与多种类型系统的预推理的健康管理系统与方法。
背景技术
【0002】包括复杂航空系统的复杂机器与系统的现代健康管理可能超出简单地监控操作条件。健康管理也可包括吸收可利用信号用以确定预测的故障模式和故障时间、可能的校正措施、计划和安排选择。因此，健康管理可提供多种互连与合作的功能以便综合地管理系统的健康。
【0003】尽管现有技术的系统与方法已取得期望的结果，但是仍有改进的余地。例如，飞行器的传统健康管理系统一般是高度个体化和使用定制构架、个体化的预运算、以及不同的数据管理与存储技术。当前，在各种健康管理系统之间缺乏共性，制约了将经过具体飞行器，或经过飞行器组(例如设置成具体飞行路线的飞行器中队或编队)的飞行器内与飞行器外所产生的各种类型数据合并的性能。因此，减少现有技术的这些不良特征的新颖系统与方法将具有实用性。
发明内容
【0004】根据本发明系统与方法的实施例涉及健康数据管理，其包括用于多平台系统的健康数据管理。这样的实施例可有利地增加飞行器系统的可靠性、安全性、可维护性、可用性和可购买性，这将改进飞行性能与操作能力。
【0005】在一个实施例中，用于多平台系统的监控健康信息的方法包括从多个平台中的一个或多个子系统接收健康信息，并利用被构造成预测该一个或多个子系统的潜在故障的一个或多个推理机运算(reasoner algorithm)而分析健康信息。根据预测的潜在故障，本方法包括提供以及该一个或多个子系统的预测特征。在替换实施例中，本方法进一步包括将用于该一个或多个子系统中的每一个的健康信息中的至少一些编译成通用格式，并将该编译后的健康信息存储到数据库中用于随后分析。
【0006】在进一步的实施例中，该多个平台可包括一个或多个飞行器，而且分析该健康信息可包括从数据库中提取编译后的健康数据，并利用一个或多个地面推理机运算而分析编译的健康信息。可替换地，提供预测特征可包括提供修理命令、替换命令、以及维护命令。
【0007】已经讨论的特征、功能、以及优点可在本发明的各个实施例中独立实现，或者可被组合在其他实施例中，参考下面的说明与附图可明白其进一步的细节。
附图说明
【0008】根据本发明系统与方法的实施例参考下面的附图，将在下面详细描述。
【0009】图1是执行根据本发明实施例的多平台系统的整合健康管理的方法的示意图；
【0010】图2是执行根据本发明实施例的多平台整合健康管理的系统的示意图；
【0011】图3示出用于军用飞行器与商用飞行器的代表性的多个健康数据源；
【0012】图4是在试验站正在被试验的军用飞行器的代表性试验数据收集过程；
【0013】图5是商用飞行器的代表性健康数据收集过程；
【0014】图6是军用飞行器的另一种代表性健康数据收集过程；
【0015】图7是另一种飞行器的另一种代表性健康数据收集过程；
【0016】图8是一种飞行器的又一种代表性健康数据收集过程；以及
【0017】图9示出适用于根据本发明替换实施例的系统与方法的代表性诊断推理运算。
具体实施方式
【0018】本发明涉及健康数据管理的系统与方法，其包括多平台系统的健康数据管理。特定实施例的许多具体细节在下面的说明以及在图1-9中进行了说明，以便提供对这样的实施例的全面理解。然而，本领域的技术人员将理解，本发明可具有其他的实施例，或在无需下面说明中所述的多个细节的情况下可以实施本发明。
【0019】通常，根据本发明的系统与方法的实施例可提供从多种飞行器健康管理数据源进行编译、用通用格式存储、查看、分析、合并、以及处理数据(通过基于模式或非基于模式的诊断与预运算)的能力。这样的系统与方法可使得通用运算被重复使用以操作来自多种飞行器类型、以及来自多个飞行器健康管理数据源的数据，其中所述多种飞行器类型及多个飞行器健康管理数据源的数据包括：1)操作数据(例如参数数据与故障(fault))，2)维护数据(例如维护动作、部件安装与移除、以及试验台数据)，以及3)参考数据(例如，飞行记录器构造、软件构造、容错水平、预期参数、试验台构造数据、系统与子系统机构、以及工程单位)。
【0020】图1是执行根据本发明的一个实施例的多平台系统的整合健康管理的方法100的示意图。方法100包括在方框102处，从多个平台104的一个或多个子系统接收健康信息。在图1所示的实施例中，平台104被描画成各种类型的商用与军用飞行器。然而，要理解的是，在替换实施例中，其他适合类型的平台也可被监控。当出现从该多个平台接收的健康信息未使用通用格式的情况时，则该健康信息可在方框106处，被适当地编译成通用格式，并可在方框108处被存储在通用的可共同操作的健康管理数据库中。
【0021】如图1进一步所示，在方框110处，健康信息利用一个或多个推理机运算而被分析。在一些实施例中，该一个或多个推理机运算被构造成诊断和/或预测一个或多个子系统的潜在故障，例如，包括故障模式、故障时间等。根据诊断或预测的潜在故障，在方框110处执行的分析可进一步提供该一个或多个子系统的诊断或预测特征，例如修理命令，替换命令，维护命令，或任何其他适合的预测特征。在方框110处执行的分析也可包括挖掘(mining)以及趋势分析，或者其他需要的分析。
【0022】图2是执行根据本发明的实施例的多平台整合的监控管理的系统120的示意图。如上所述，系统120包括一个或多个编译器122，其可将从多个平台104接收的健康信息转换为通用的格式。如上所述，平台104可以是飞行器或任何其他适合类型的平台。可替换地，健康信息可通过维护人员、维护系统、以及部件或子系统试验105而被提供，例如可以在试验台、实验室、风洞、或任何其他适合的试验环境中进行。该一个或多个编译器122可根据数据交换规范(specification)124而运作，以便适当地将健康信息转换成所需的通用格式。
【0023】系统120进一步包括推理机模块126。推理机126利用一个或多个推理机运算128分析健康信息。如上所述，一个或多个推理机运算128可被构造成诊断故障，以便提供预测、实现数据挖掘与趋势分析、或者任何其他需要类型的分析。推理机模块126可处理一个或多个数据文件130，该数据文件130可通过推理机运算128而被存取，从而执行需要的分析。一个或多个数据文件130可被用于存储大容量的高采样率(例如针对几个飞行小时频率为100HZ)数据，该数据很少被推理机模块126用于例如专门的事件驱动的分析。数据文件可被压缩以便有效长期存储，并被最优化以便从历史数据中快速取出。例如，利用第五版分级数据格式(HDF5)，即一种用于存储科学数据的通用的、与机器无关的标准，其由美国国家超级计算应用中心(NCSA)研发。数据文件130可被链接(经由软件指示器/指针)到用于推理机运算128的关系数据库134。
【0024】如图2进一步所示，健康管理系统120的推理机模块126包括关系数据库134。关系数据库134可被用于存储(由编译器122提供的)多种类型的飞行器健康管理数据。它也可包括存取高速数据文件130，该高速数据文件130在外部存储到关系数据库，用于对专用数据参数的少有的事件驱动的详细分析。在进一步的实施例中，关系数据库134可有利地使得下面的三种基本飞行器健康管理数据中的一个或多个相关联：1)来自相同数据源而相关的多个数据集(例如，从一次飞行到下一次飞行相比较的飞行器飞行数据)，2)来自相同飞行器的两个不同数据源(例如，与维护动作数据相比的飞行器飞行数据，与试验台数据相比的飞行器飞行数据，用于具体部件)，以及3)多个不同飞行器平台(例如飞行器至螺旋飞机)。推理机126也可包括支持数据库132。支持数据库可包括经验的或分析推导的信息，该信息涉及各种平台104的一个或多个子系统的故障模式、系统设计规范、以及维护信息、和操作者/运营商知识。推理机模块126也可包括数据可视化部件136，其能够可视化分析(例如图形分析)健康信息，来自关系数据库134的关系信息，以及由推理机运算128执行的分析结果。
【0025】根据本发明的方法与系统的实施例可用于监控与管理具有多种健康信息源的多平台系统。例如，图3示出用于代表军用飞行器140与代表商用飞行器141的多个健康数据源。对于军用飞行器140，该多个健康数据源包括提供水平尾翼面的位置控制的平尾翼组件142的一个或多个部件，用于控制副翼位置的副翼组件144的一个或多个部件，用于控制对称特征的LEF(前缘襟翼)组件146的一个或多个部件，用于启动飞行器阻流板的LEX(前缘延伸)组件148的一个或多个部件，前起落架组件150的一个或多个部件，前轮转向组件152的一个或多个部件，LEF HDU(液压传动单元)组件154的一个或多个部件，TEF(后缘襟翼)组件156的一个或多个部件，以及方向舵控制组件158的一个或多个部件。当然，可利用任何其他需要的健康数据源，包括航空电子系统、发动机与其他推进系统部件，以及任何其他需要的系统与子系统。
【0026】相似地，对于商用飞行器141，多个健康数据源包括用于升降舵控制的升降舵致动器143，用于控制副翼位置的副翼组件145，LEF或LES(前缘缝翼)组件147的一个或多个部件，用于致动飞行器阻流板的阻流板致动器149，起落架组件151的一个或多个部件，前轮转向组件153的一个或多个部件，TEF组件157的一个或多个部件，以及方向舵控制组件159的一个或多个部件。飞行器141的其他航空电子、电学、以及机械部件也可被监控。
【0027】应该理解的是，根据本发明的系统与方法的实施例可使用从各种平台类型的系统与子系统上进行的试验获得的监控信息。例如，图4是用于在试验站162处正在被试验的军用飞行器140的代表性试验数据收集过程160。在图4所示的实施例中，试验站162被描述为伺服缸试验站(STS)，其是用于以中级和厂级(intermediate and depotlevels)对飞行控制伺服致动机和从军用飞行器140移除的伺服致动机子组件执行完全自动化的性能验证与诊断故障隔离的液压试验站。这样的试验站可用于各种类型的飞行器与飞行器部件。
【0028】在图4中所示的数据收集过程160提供在飞行器140的所有健康信息源上执行的试验结果的数字数据，其包括上述关于图3的飞行控制致动器。控制部件168可将试验计划或试验限制的规定集170提供给试验站162，以便确保在试验时获得期望的健康信息。利用实验站162获得的试验数据164可包括试验结果的总和，以及试验期间捕获的实际原始数据流。这些数据164可被存储在存储装置中，或经由(例如，局域网、全球网、调制解调器、无线电线路，等)通信网络166而被传送，以便用于随后的后处理与分析。
【0029】试验数据164传送到飞行器模块172，在本实施例中，该飞行器模块172被示为控制部件168的一部分。分析模块172可执行根据本发明的管理健康信息的方法，例如上述关于图1与2的方法。可替换地，分析模块172可执行上述方法的所选部分，例如将试验数据164编译为需要的格式，以便传送并随后被一个或多个推理机运算分析。在进一步的实施例中，来自控制部件168的输出数据174可保持未被处理并可被输入到独立的系统，例如上述并在图2显示的系统120，以用于处理与分析。
【0030】图5是从一个或多个商用飞行器182收集健康信息的代表性健康数据收集过程180。在本实施例中，过程180包括一个或多个飞行器运营商(例如商用航空公司)的人员，以便支持健康数据183的研发。更为具体地，健康数据183可包括由空中乘务员或维护人员做的报道与报告184(它们可被汇编/剪辑成飞行器维护日志188)，以及来自运转的飞行器的燃料检索数据186。在一些实施例中，用于商用飞机182的数据源与健康数据可包括飞行器状态监控系统(ACMS)报告，飞行器维护日志，以及快速存取记录器(QAR)数据。可替换地，商用飞行器的健康数据可从实验室收集的数据以及其他适于存取健康管理数据的装置中获得，其中该装置提供了展示多种类型(例如，故障编码、后续处理、离散、采样的高带宽、环境等)交叉平台数据的样本，且优选地有益于由先进的诊断推理机使用。
【0031】如图5进一步所示，健康数据183可被输入到数据收集部件190，其可包括品质保证部分192以及一个仪器与校准部分194。然后健康数据183被传送到健康数据管理部件196，其包括根据本发明的系统以及实施方法，例如上面更全面描述的系统与方法。
【0032】图6是另一个代表性的健康数据收集过程200。在本实施例中，过程200包括第一分支201，其收集来自新建的、预交付的飞行器202a的数据、以及第二分支203，其收集来自服役飞行器202b的数据。第一与第二分支201、203具有几个共同的部件，并因此，为了简便，下面的说明将用于第一与第二分支201、203两者，除非有其他声明。如图6所示，军用飞行器202a、202b包括可操作地连结到存储器单元206的任务计算机204。补充的软件程序208被加载到存储器单元206(以及在开机时被加载到任务计算机204)。补充的软件程序208被构造成执行下面功能，例如，在任务计算机204的更新之间，禁止已知的有害信息。
【0033】来自存储器单元206的健康数据被传送到服务器210，并且在第二分支203中，被传送到档案文件211用于存储。然后健康数据被传送(例如作为数据文件212)到仓储服务器214，其同样接收来自其他数据源216的健康数据。如图10所示，可提供对所有下载自存储器单元的数据的存取，或可替换地，如果由于被包含在每一个存储器单元上的全部容量的数据，在服务器上不能实际地容纳所有数据，则这些数据的选择性子集可被识别并得到。健康数据的所选集或子集可被提供到第二仓储服务器218，并且最终的健康数据220可以以多种格式，利用各种使用上述方法与系统后续分析的存储介质从第二仓储服务器218输出。
【0034】图7是用于另一种飞行器232的另一种代表性健康数据收集过程230。在本实施例中，飞行器232包括在飞行器上的控制器234，其包括数据记录器。在具体实施例中，在飞行器上的控制器234是安装在飞行器232的电子设备架上的先进无线开放式数据系统(AWODS)。数据记录器介质或在飞行器上的控制器234从飞行器232上移除并被连结到服务器236，其下载需要的健康数据。上述的方法100的一个或多个部分可在服务器236上执行(例如，将健康数据编译并格式化成通用格式)，或可替换地，健康数据可被传送到机队管理服务器238，其可执行根据本发明的方法(或其部分)的一个或多个剩余部分。故障数据库240包含在机队管理服务器238中。来自飞行器上的控制器234的健康数据242可被存储在故障数据库240中，并可与健康管理系统(例如上述系统120)通信以用于进一步分析。
【0035】图8是用于飞行器252的另一个代表性健康数据收集过程250，该飞行器252包括数据管理计算机254，以及连结到数据管理计算机254的记录器256。在具体实施例中，记录器256可以是光学快速存取记录器(OQAR)。服务器258接收来自记录器256的健康数据，并可以以第一格式260(例如Zip文件)输出这些数据。在中间方框262处，健康数据可以被修改，例如通过从记录器256提取一部分数据用于进一步分析。然后，结果数据在接口模块264被接收，该模块264可包括飞行器(A/C)时间文件266，光学时间文件268，或其他分类文件。来自接口模块264的数据可在进入数据库272之前，在方框270经历转换，例如一种工程单位的转换。然后，利用分析工具274可选择地存取健康数据用于随后分析与管理。
【0036】图9示出适于用根据本发明替换实施例的系统与方法的多个代表性诊断推理运算280。推理运算280包括基于模式的技术282与基于非模式的技术284。更具体地，推理运算280可包括一个或多个数据挖掘运算286，数据分组288(例如利用格子图(Trellis Diagram)与费舍尔分类测量的数据分组)，主元或独立元分析(PCA或ICA)运算290，以及任何其他适合的预处理或推理运算292，诸如分组自组织图(SOM)运算、光学数据特征运算的微波预处理、基于模式的故障检测与识别(ID)运算、交互的多模式评估运算、以及混合概率神经网络(NN)分类器。
【0037】从前面的说明中，可以理解，根据本分明的系统与方法的实施例可有利地提供构建架构，包括数据编译、存储、以及诊断/预测分析工具，以便执行飞行器健康评价。这种系统与方法的长期优点可包括：1)研发了这样的技术，其解决了成本的降低、远征后勤、以及保护战士和提高安全性，2)通过传统系统的使用寿命的延长降低运行成本，以及改进诊断工具从而减少可移除的不必要部件的数目，3)改进遍及商用空中运输工业的可购买性以及安全性——具体地，由于改进了系统健康监控与预测，将减少航班登机口延误以及空中返航/转向的费用，4)新的状态基准维护的使用可以降低附加费用和改善安全性，5)能够成本有效的监控与评估现有的飞行器数据，6)增加可用的战士资产从而降低总购置成本，7)通过带有可重构控制的整合系统健康管理(ISHM)，提高无人空中飞行器(UAV)的任务完成，并提高生存力，以及8)更全面地利用可得到的数据以实现经济与安全目标。
【0038】在本文中，以一般的计算机可执行指令可描述多种种模块与技术，例如通过一个或多个计算机或其他装置执行的程序模块。一般地，程序模块包括例程(routines)、程序、对象、组件、数据结构等用于执行具体的任务。这些程序模块等在诸如虚拟机或其他即时编译执行环境中可被执行为本机编码或可被下载并执行。典型地，程序模块的功能可以是组合式或分布式，正如在各种实施例中需要的。这些模块与技术的实施可被存储或传送到一些形式的计算机可读介质上。
【0039】尽管本发明的优选与替换实施例已如上述被示出和描述，但是在不脱离本发明的精神与范围的情况下可以进行多种变化。因此，本发明的范围不限于公开的这些优选与替换实施例。取代的是，本发明应完全由其权利要求的内容确定。
Claims (18)
1.一种监控多平台系统的健康信息的方法，其包括：
从多个平台(104)中的一个或多个子系统接收健康信息；
利用一个或多个推理机运算(128)分析所述健康信息，该一个或多个推理机运算(128)被构造成对所述一个或多个子系统的潜在故障进行诊断与预测中的至少一项；
根据诊断的故障，提供推荐的操作动作；以及
根据预测的潜在故障，提供所述一个或多个子系统的预测特征。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
编译所述一个或多个子系统中的每一个的所述健康信息中的至少一些为通用格式；以及
将所述编译的健康信息存储到数据库(134)用于随后分析。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述多个平台包括一个或多个飞行器，并且其中分析所述健康信息包括：
从所述数据库提取所述编译的健康信息；以及
利用一个或多个地面推理机运算分析所述编译的健康信息。
4.根据权利要求1所述的方法，其中提供预测特征包括提供修理命令、替换命令和维护命令中的至少一项。
5.根据权利要求1所述的方法，其中分析所述健康信息包括利用关系数据库分析所述健康信息。
6.根据权利要求5所述的方法，其中利用关系数据库分析所述健康信息包括利用一种关系数据库分析所述健康信息，该关系数据库可实现下列数据关联中的至少一项：1)来自相同数据源而关联的多个数据集，2)来自相同飞行器的两个不同数据源，及3)多个不同飞行器平台。
7.一种监控多平台系统健康信息的系统，其包括：
第一部件(102)，其被构造成从多个平台(104)的一个或多个子系统接收健康信息；
第二部件(110)，其被构造成使用一个或多个推理机运算(128)分析所述健康信息，所述一个或多个推理机运算(128)被构造为执行对所述一个或多个子系统的潜在故障进行诊断与预测中至少一项；以及
第三部件(120)，其被构造成，根据诊断的故障，提供推荐的操作动作，并且根据预测的潜在故障，提供所述一个或多个子系统的预测特征。
8.根据权利要求7所述的系统，进一步包括：
第四部件(122)，其被构造成将所述一个或多个子系统中每一个的所述健康信息中的至少一些编译成通用格式；及
第五部件(126)，其被构造成将所述编译的健康信息存储到数据库(134)以用于随后分析。
9.根据权利要求8所述的系统，其中所述多个平台包括一个或多个飞行器，且其中所述第二部件进一步被构造成：
从所述数据库提取所述编译的健康信息；及
利用一个或多个地面推理机运算(128)分析所述编译的健康信息。
10.根据权利要求7所述的系统，其中所述第三部件被进一步构造为提供修理命令、替换命令、以及维护命令中的至少一项。
11.根据权利要求7所述的系统，其中所述第二部件被进一步构造为利用关系数据库分析所述健康信息。
12.根据权利要求7所述的系统，其中所述第二部件被进一步构造为利用一种关系数据库分析所述健康信息，该关系数据库能实现下列数据关联中的至少一项：1)来自相同数据源而关联的多个数据集，2)来自相同飞行器的两个不同数据源，及3)多个不同飞行器平台。
13.一种或多种计算机可读介质，其包括计算机可读指令，当被执行时，该计算机可读指令执行监控多平台系统健康信息的方法，其包括：
从多个平台(104)的一个或多个子系统接收健康信息；
利用一个或多个推理机运算(128)分析所述健康信息，该一个或多个推理机运算(128)被构造为执行对所述一个或多个子系统的潜在故障进行诊断与预测中的至少一项；
根据诊断的故障，提供推荐的操作动作，及
根据预测的潜在故障，提供所述一个或多个子系统的预测特征。
14.根据权利要求13所述的计算机可读介质，其中所述方法进一步包括：将所述一个或多个子系统中每一个的所述健康信息中的至少一些编译成通用格式；及
将所述编译的健康信息存储到数据库(134)以用于随后分析。
15.根据权利要求14所述的计算机可读介质，其中所述多个平台包括一个或多个飞行器，且其中分析所述健康信息包括：
从所述数据库提取所述编译的健康信息；及
利用一个或多个地面推理机运算分析所述编译的健康信息。
16.根据权利要求13所述的计算机可读介质，其中提供预测特征包括提供修理命令、替换命令、以及维护命令中的至少一项。
17.根据权利要求13所述的计算机可读介质，其中分析所述健康信息包括利用关系数据库分析所述健康信息。
18.根据权利要求13所述的计算机可读介质，其中利用关系数据库分析所述健康信息包括利用一种关系数据库分析所述健康信息，该关系数据库能实现下列数据关联中的至少一项：1)来自相同数据源而关联的多个数据集，2)来自相同飞行器的两个不同数据源，及3)多个不同飞行器平台。
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