CN106741988A - 一种基于物联网的飞机自主式保障系统与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于物联网的飞机自主式保障系统与方法，包括PHM子系统、飞机信息一体化管理子系统、飞机地面综合健康管理子系统，该方法包括以下步骤：S1：通过PHM子系统与飞机信息一体化管理子系统进行信息交互传递飞机参数和故障诊断结果。S2：飞机地面综合健康管理子系统通过对飞机的关键设备进行性能衰退趋势分析，及早预测和诊断潜在故障。S3：飞机信息一体化管理子系统对传递数据信息进行分析，确定故障等级和故障解决方案，合理调度分配相应的部队维修人员、其他保障人员、维修设备，并对全程监控飞机维修的状况。本发明实现了飞机维修保障中的由“计划维护”向“视情维护”的转变，在保障飞机的飞行安全、提高维护性，提升任务成功率及使用效能等方面具有重要作用。
Description
技术领域
本发明涉及飞机自主式保障领域，具体涉及一种基于物联网技术的飞机自主式保障系统与方法。
背景技术
PHM技术是指利用设备上各种传感器在线监测、定期巡检和离线检测相结合的方法，广泛获取设备状态信息。该技术借助各种智能推理算法来评估设备本身的健康状态。自主式保障系统类似于人体的自主式神经系统，是一种主动自主反应的保障系统，其目的是通过借助现代信息技术等高新技术，将保障要素综合起来形成一种无缝的后勤保障系统。
物联网就是将各种信息传感设备与互联网结合起来而形成的一个巨大网络。物联网技术是通过射频识别（RFID）全球定位系统、红外感应器、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，将任何物品与互联网相互连接，并进行信息通讯和信息交换，以实现智能化识别、定位、追踪、监控和管理的一种网络技术。物联网技术已经从理论研究阶段过渡到各学科的应用实践融合阶段，而在现代信息化战争背景下，物联网技术在军事领域体现出重要技术价值及战略意义。
现代飞机是一个由多个子系统构成的、涉及众多学科的复杂系统，目前我军飞机维修保障方式采用事后维修、定期维修、预防性维修等，而事后维修往往会造成故障频发，预防性维修又容易导致维修资源浪费，现有我军的飞机维修保障方式存在故障诊断能力差、维修资源繁多、保障费用急剧增长等亟需解决的实际问题。
发明内容
本发明为克服现有我军飞机维修保障方式中存在故障诊断能力差、维修资源繁多、保障费用急剧增长的缺陷，提供一种基于物联网的飞机自主式保障系统与方法。
为解决上述存在的问题，本发明的技术方案如下：一种基于物联网的飞机自主式保障系统，包括PHM子系统、飞机信息一体化管理子系统、飞机地面综合健康管理子系统和后勤保障综合管理子系统，其中，
PHM子系统，与飞机信息一体化管理子系统进行信息交互，传递飞机飞行的各参数和PHM子系统对故障诊断的结果信息；
飞机地面综合健康管理子系统，连续跟踪记录飞机飞行过程中的各参数、设备的运行和检测维修数据，对飞机的关键设备进行性能、衰退趋势分析，预测和诊断潜在故障，并与飞机信息一体化管理子系统进行信息交互，传递潜在故障信息；
飞机信息一体化管理子系统，对传递的数据信息进行分析，确定故障等级和故障解决方案，将生成的故障警告信息通知后勤保障人员，并与后勤保障综合管理子系统进行信息交互。
还包括后勤保障综合管理子系统，根据传递来的故障警告信息，调度分配相应的部队维修人员、其他保障人员维修设备，全程监控飞机维修的状况，并与飞机信息一体化管理子系统进行信息交互。
所述传递飞机飞行的各参数包括飞行高度、速度、加速度、姿态角、姿态角速度、电源系统参数、结构损坏程度。
所述PHM子系统实时监测来自机载传感器采集的参数，并对监测的数据进行诊断，并判断是否存在故障；如果存在，对故障进行诊断与定位，并确定故障的位置、性质和程度。
所述飞机信息一体化管理子系统对传递的数据信息进行分析，该传递的数据信息包括PHM子系统传递的飞机飞行的各参数、对故障诊断结果的信息和由飞机地面综合健康管理子系统传递的潜在故障信息。
所述故障等级分为Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级三个等级，其故障等级的高低是由故障信息对飞机安全飞行所造成的影响来确定的，影响越大，故障等级越高。
所述故障解决方案由飞机地面综合健康管理子系统依据故障信息、故障等级信息与该子系统的故障处理数据库的相关信息进行匹配得到。
所述后勤保障综合管理子系统中设置后勤部队数据库，该数据库包含人员配置和训练信息。
一种基于物联网的飞机自主式保障方法，包含以下步骤：
S1：PHM子系统通过与飞机信息一体化管理子系统进行信息交互，传递飞机飞行的各参数和PHM子系统对故障诊断的结果信息；
S2：飞机地面综合健康管理子系统连续跟踪记录飞机飞行过程中的各参数及设备的运行、检测维修数据，对飞机的关键设备进行性能，衰退趋势分析，预测和诊断潜在故障，并与飞机信息一体化管理子系统进行信息交互，传递潜在故障信息；
S3：飞机信息一体化管理子系统对传递的数据信息进行分析，确定故障等级和故障解决方案，将生成的故障警告信息通知后勤保障人员。
所述飞机信息一体化管理子系统与后勤保障综合管理子系统进行信息交互，调度分配相应的部队维修人员、其他保障人员维修设备，并全程监控飞机维修的状况。
所述步骤S1中PHM子系统实时监测来自机载传感器采集的飞机飞行的各参数，该参数包括飞行高度、速度、加速度、姿态角、姿态角速度、电源系统参数、结构损坏程度，并对监测的数据进行诊断，并判断是否存在故障；如果存在，对故障进行诊断与定位，并确定故障的位置、性质和程度。
所述步骤S1中当PHM子系统诊断出飞机故障时，通过对故障系统对飞行控制系统进行控制律重构，在保持飞机的稳定性的前提下，尽可能地恢复原来的操纵品质，避免飞行事故的发生。
步骤S3中所述飞机信息一体化管理子系统对传递的数据信息进行分析，该传递的数据信息包括PHM子系统传递的飞机飞行的各参数、对故障诊断结果的信息和由飞机地面综合健康管理子系统传递的潜在故障信息。
步骤S3中所述传递的数据信息为潜在故障信息时，通过PHM子系统将该故障信息通知飞机驾驶人员。
所述步骤S3中的故障等级分为Ⅰ级，Ⅱ级，Ⅲ级三个等级，其故障等级的高低是由故障信息对飞机安全飞行所造成的影响来确定的，影响越大，故障等级越高。
所述步骤S3中的故障解决方案由飞机地面综合健康管理子系统依据故障信息、故障等级的信息与故障处理数据库的相关信息进行匹配得到。
所述步骤S3中的调度分配维修方案的方式是：通过故障等级和故障解决方案，与当前后勤保障综合管理子系统中后勤部队数据库的人员配置和训练信息以及来自使用部队和装备保障部门的维修保障信息由该子系统综合分析处理后，调度分配相应的部队维修人员、其他保障人员维修设备。
本发明的优点在于：本发明的基于物联网的飞机自主式保障系统的实现方法，将物联网技术和飞机自主式保障技术相结合，通过PHM子系统、飞机信息一体化管理子系统、飞机地面综合健康管理子系统和后勤保障综合管理子系统实现对飞机飞行健康状态的在线故障诊断和飞机的飞机潜在故障的及早预测，通过确定故障等级和故障解决方案，合理调度分配相应的相关资源实现对飞机的及时有效维修保障。本发明实现了飞机维修保障中的由“计划维护”向“视情维护”的转变，在保障飞机的飞行安全、提高维护性，提升任务成功率及使用效能等方面具有重要作用。
附图说明
图1：基于物联网的飞机自主式保障系统应用场景图
图2：基于物联网的飞机自主式保障方法流程图。
具体实施方式
本发明一种基于物联网的飞机自主式保障系统与方法，其中飞机自主式保障系统包括PHM子系统、飞机信息一体化管理子系统、飞机地面综合健康管理子系统和后勤保障综合管理子系统，包括以下步骤 ：
S1：PHM子系统通过与飞机信息一体化管理子系统进行信息交互，传递飞机的飞行的各参数、数据和PHM子系统对故障诊断结果的信息。
S2：飞机地面综合健康管理子系统通过连续跟踪记录飞机飞行过程中的各参数、数据及设备的运行、检测维修数据，对飞机的关键设备进行性能，衰退趋势分析，及早预测和诊断潜在故障，并与飞机信息一体化管理子系统进行信息交互，传递潜在故障信息。
S3：飞机信息一体化管理子系统对传递数据信息进行分析，确定故障等级和故障解决方案，并在把该故障警告信息通知到后勤保障人员，并与后勤保障综合管理子系统进行信息交互，合理调度分配相应的部队维修人员、其他保障人员、维修设备，并对全程监控飞机维修的状况。
进一步地，所述步骤S1中PHM子系统实时监测来自机载传感器采集的数据，并对监测数据快递诊断，并判断是否存在故障。如果存在，对故障进行快递诊断与定位，并确定故障的位置，性质和程度。
进一步地，所述步骤S1中当PHM子系统诊断出飞机故障时，通过对故障系统进行控制律重构，在保持飞机的稳定性的前提下，尽可能地恢复原来的操纵品质，避免飞行事故的发生。
进一步地，所述步骤S3中的所述数据信息是由PHM子系统传递的飞机的飞行的各参数、数据和对故障诊断的结果的信息或由飞机地面综合健康管理子系统传递的潜在故障信息。
进一步地，所述步骤S3中的所述当数据信息为潜在故障信息时，通过PHM子系统将该故障信息通知到飞机驾驶人员。
进一步地，所述步骤S3中的所述故障等级分为Ⅰ级，Ⅱ级，Ⅲ级三个等级，其故障等级的高低是由故障信息对飞机安全飞行所造成的影响来确定的，影响越大，故障等级越高，而故障解决方案是由飞机地面综合健康管理子系统依据故障信息、故障等级的信息与故障处理数据库的相关信息进行匹配得到的。
进一步地，所述步骤S3中的所述合理调度分配维修方案的方式是：通过故障等级和故障解决方案，与当前后勤保障综合管理子系统中后勤部队数据库的人员配置和训练信息以及来自使用部队和装备保障部门的维修保障信息综合分析后，合理调度分配相应的部队维修人员、其他保障人员、维修设备。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
如图1-2所示，本发明中基于物联网的飞机自主式保障系统包括PHM子系统、飞机信息一体化管理子系统、飞机地面综合健康管理子系统和后勤保障综合管理子系统。
基于该系统结构本发明方法的具体实施方式包括如下步骤：
S1：PHM子系统通过与飞机信息一体化管理子系统进行信息交互，传递飞机的飞行的各参数、数据和PHM子系统对故障诊断的结果的信息。
S2：飞机地面综合健康管理子系统通过连续跟踪记录飞机飞行过程中的各参数、数据及设备的运行、检测维修数据，对飞机的关键设备进行性能衰退趋势分析（该分析方法的出处于青岛科技大学张万英硕士论文《基于飞行数据的故障预测与健康管理系统的研究》第3.5小节健康评估，具体实现方式主要包括：
1）通过连续跟踪记录飞机飞行过程中的遥测数据，设备的运行、检测及维修数据。
2）通过构建设备健康寿命预测模型，利用趋势分析模块对关键设备健康特征参数进行趋势分析，得到该设备剩余寿命和健康发展趋势情况）
S3：飞机信息一体化管理子系统对传递数据信息进行分析，确定故障等级和故障解决方案（该分析方法是所述故障等级分为Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级三个等级，Ⅰ级故障是飞机飞行整体性能降低15-20%，该故障对飞机安全飞行造成影响较低，飞机在该故障情况下能正常飞行。Ⅱ级故障是飞机飞行整体性能降低20-35%，该故障对飞机安全飞行较有影响，飞机在该故障情况下能基本正常飞行，但是存在失效的风险。Ⅲ级故障是飞机飞行整体性能降低35-45%，该故障对飞机安全飞行有很大影响，飞机在该故障情况下基本不能正常飞行。）并在把该故障警告信息通知到后勤保障人员，并与后勤保障综合管理子系统进行信息交互，合理调度分配相应的部队维修人员、其他保障人员、维修设备，并对全程监控飞机维修的状况。
在具体实施过程中，步骤S1中，所述PHM子系统实时监测来自机载传感器采集的数据，并对监测数据快递诊断，并判断是否存在故障。如果存在，对故障进行快递诊断与定位，并确定故障的位置，性质和程度。
在具体实施过程中，步骤S1中，所述当PHM子系统诊断出飞机故障时，通过对故障系统进行控制律重构（该方法是利用公知技术基于模型跟随法的控制律重构，其思想是根据故障信息，在线调节控制参数，重新设计控制律，使得故障系统的输出精确的跟踪参考模型。其具体实现可参考西北工业大学王群伟硕士论文的《无人机飞控系统控制律重构技术研究》中第四章可重构控制系统的模型跟随法研究），在保持飞机的稳定性的前提下，尽可能地恢复原来的操纵品质，避免飞行事故的发生。
在具体实施过程中，步骤S3中，所述数据信息是由PHM子系统传递的飞机的飞行的各参数、数据和对故障诊断的结果的信息或由飞机地面综合健康管理子系统传递的潜在故障信息。
在具体实施过程中，步骤S3中，所述当数据信息为潜在故障信息时，通过PHM子系统将该故障信息通知到飞机驾驶人员。
在具体实施过程中，步骤S3中，所述故障等级分为Ⅰ级，Ⅱ级，Ⅲ级三个等级，其故障等级的高低是由故障信息对飞机安全飞行所造成的影响来确定的，影响越大，故障等级越高，而故障解决方案是由飞机地面综合健康管理子系统依据故障信息、故障等级的信息与故障处理数据库的相关信息进行匹配得到的。
在具体实施过程中，步骤S3中，所述合理调度分配维修方案的方式是：通过故障等级和故障解决方案，与当前后勤保障综合管理子系统中后勤部队数据库的人员配置和训练信息以及来自使用部队和装备保障部门的维修保障信息综合分析后，合理调度分配相应的部队维修人员、其他保障人员、维修设备。（该分析方法具体实现方式是：在后勤保障综合管理子系统中数据库分别存放后勤部队的人员配置信息和训练信息，该信息包括了后勤人员的数量及人员负责的工种，每日出勤训练人员数量，位置等信息，同时结合部队和保障部门的传递的维修保障信息，该信息主要包括出勤训练人员当前任务量，任务预计完成时间，飞机配件存储数量，型号，位置，入库时间等信息。通过这些信息，结合故障的等级和解决方案分析，在保证飞机能及时得到维修的情况下，合理调度分配相应的部队维修人员、其他保障人员、维修设备）。
Claims (17)
1.一种基于物联网的飞机自主式保障系统，其特征在于：包括PHM子系统、飞机信息一体化管理子系统、飞机地面综合健康管理子系统和后勤保障综合管理子系统，其中，
PHM子系统，与飞机信息一体化管理子系统进行信息交互，传递飞机飞行的各参数和PHM子系统对故障诊断的结果信息；
飞机地面综合健康管理子系统，连续跟踪记录飞机飞行过程中的各参数、设备的运行和检测维修数据，对飞机的关键设备进行性能、衰退趋势分析，预测和诊断潜在故障，并与飞机信息一体化管理子系统进行信息交互，传递潜在故障信息；
飞机信息一体化管理子系统，对传递的数据信息进行分析，确定故障等级和故障解决方案，将生成的故障警告信息通知后勤保障人员，并与后勤保障综合管理子系统进行信息交互。
2.根据权利要求1所述的基于物联网的飞机自主式保障系统，其特征在于：还包括后勤保障综合管理子系统，根据传递来的故障警告信息，调度分配相应的部队维修人员、其他保障人员维修设备，全程监控飞机维修的状况，并与飞机信息一体化管理子系统进行信息交互。
3.根据权利要求1所述的基于物联网的飞机自主式保障系统，其特征在于：所述传递飞机飞行的各参数包括飞行高度、速度、加速度、姿态角、姿态角速度、电源系统参数、结构损坏程度。
4.根据权利要求1所述的基于物联网的飞机自主式保障系统，其特征在于：所述PHM子系统实时监测来自机载传感器采集的参数，并对监测的数据进行诊断，并判断是否存在故障；如果存在，对故障进行诊断与定位，并确定故障的位置、性质和程度。
5.根据权利要求1所述的基于物联网的飞机自主式保障系统，其特征在于：所述飞机信息一体化管理子系统对传递的数据信息进行分析，该传递的数据信息包括PHM子系统传递的飞机飞行的各参数、对故障诊断结果的信息和由飞机地面综合健康管理子系统传递的潜在故障信息。
6.根据权利要求1所述的基于物联网的飞机自主式保障系统，其特征在于：所述故障等级分为Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级三个等级，其故障等级的高低是由故障信息对飞机安全飞行所造成的影响来确定的，影响越大，故障等级越高。
7.根据权利要求1所述的基于物联网的飞机自主式保障系统，其特征在于：所述故障解决方案由飞机地面综合健康管理子系统依据故障信息、故障等级信息与该子系统的故障处理数据库的相关信息进行匹配得到。
8.根据权利要求2所述的基于物联网的飞机自主式保障系统，其特征在于：所述后勤保障综合管理子系统中设置后勤部队数据库，该数据库包含人员配置和训练信息。
9.一种基于物联网的飞机自主式保障方法，其特征在于包含以下步骤：
S1：PHM子系统通过与飞机信息一体化管理子系统进行信息交互，传递飞机飞行的各参数和PHM子系统对故障诊断的结果信息；
S2：飞机地面综合健康管理子系统连续跟踪记录飞机飞行过程中的各参数及设备的运行、检测维修数据，对飞机的关键设备进行性能，衰退趋势分析，预测和诊断潜在故障，并与飞机信息一体化管理子系统进行信息交互，传递潜在故障信息；
S3：飞机信息一体化管理子系统对传递的数据信息进行分析，确定故障等级和故障解决方案，将生成的故障警告信息通知后勤保障人员。
10.根据权利要求9所述的基于物联网的飞机自主式保障方法，其特征在于：所述飞机信息一体化管理子系统与后勤保障综合管理子系统进行信息交互，调度分配相应的部队维修人员、其他保障人员维修设备，并全程监控飞机维修的状况。
11.根据权利要求9所述的基于物联网的飞机自主式保障方法，其特征在于：所述步骤S1中PHM子系统实时监测来自机载传感器采集的飞机飞行的各参数，该参数包括飞行高度、速度、加速度、姿态角、姿态角速度、电源系统参数、结构损坏程度，并对监测的数据进行诊断，并判断是否存在故障；如果存在，对故障进行诊断与定位，并确定故障的位置、性质和程度。
12.根据权利要求9所述的基于物联网的飞机自主式保障方法，其特征在于：所述步骤S1中当PHM子系统诊断出飞机故障时，通过对故障系统对飞行控制系统进行控制律重构，在保持飞机的稳定性的前提下，尽可能地恢复原来的操纵品质，避免飞行事故的发生。
13.根据权利要求9所述的基于物联网的飞机自主式保障方法，其特征在于：步骤S3中所述飞机信息一体化管理子系统对传递的数据信息进行分析，该传递的数据信息包括PHM子系统传递的飞机飞行的各参数、对故障诊断结果的信息和由飞机地面综合健康管理子系统传递的潜在故障信息。
14.根据权利要求9所述的基于物联网的飞机自主式保障方法，其特征在于：步骤S3中所述传递的数据信息为潜在故障信息时，通过PHM子系统将该故障信息通知飞机驾驶人员。
15.根据权利要求9所述的基于物联网的飞机自主式保障方法，其特征在于：所述步骤S3中的故障等级分为Ⅰ级，Ⅱ级，Ⅲ级三个等级，其故障等级的高低是由故障信息对飞机安全飞行所造成的影响来确定的，影响越大，故障等级越高。
16.根据权利要求9所述的基于物联网的飞机自主式保障方法，其特征在于：所述步骤S3中的故障解决方案由飞机地面综合健康管理子系统依据故障信息、故障等级的信息与故障处理数据库的相关信息进行匹配得到。
17.根据权利要求9、15、16所述的基于物联网的飞机自主式保障方法，其特征在于：所述步骤S3中的调度分配维修方案的方式是：通过故障等级和故障解决方案，与当前后勤保障综合管理子系统中后勤部队数据库的人员配置和训练信息以及来自使用部队和装备保障部门的维修保障信息由该子系统综合分析处理后，调度分配相应的部队维修人员、其他保障人员维修设备。
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