CN110011829A - 综合机载任务系统健康管理子系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的一种综合机载任务系统健康管理子系统，旨在提供一种可实时监控机载任务系统功能、总线网络和硬件模块健康状态的管理系统。本发明通过下述方案予以实现：系统健康管理软件从健康信息采集网络获取各区域的健康状态信息，完成诊断信息融合处理和上报，以及维护自检指令、故障门限查询和设置指令分发；健康信息采集网络由以太网交换机、CAN总线网络管理单元、SRIO总线网络管理单元、区域软件状态管理单元和区域BIT管理单元组成，完成以太网状态、CAN总线网络状态、SRIO总线网络状态、软件故障监控数据和BIT数据收集；健康显控组件以图形化的方式显示任务系统功能、模块和总线网络健康状态，并支持用户启动维护自检和进行故障门限的查询与设置。

Description

综合机载任务系统健康管理子系统
技术领域
本发明是关于一种用于飞机复杂综合模块化机载任务系统的健康管理子系统。
背景技术
飞机复杂机载任务系统的健康管理子系统是一种能够在飞机执行任务过程中实时监测机载设备内部的运行状态，并且在地面维护时可控制机载任务系统维护自检过程的子系统。它的基本原理是通过统一的机载维护总线实时采集任务系统内部各模块的健康数据，送到状态监控模块进行信息集中处理和分发，最后由机载显控组件进行显示，从而达到对机载任务系统的运行状态进行实时监测的目的。随着航空电子技术的飞速发展,机载任务系统的设计呈现综合化、通用化和一体化的发展趋势，任务系统功能越来越复杂，规模越来越庞大，系统的故障现象具备复杂性、层次性、相关性和不确定性的特点，给机载任务系统的维护保障提出了越来越高的要求。复杂机载电子系统的故障诊断及健康管理技术成为各个研发单位寻求突破的瓶颈。当前的故障诊断技术同时需要机内测试(BIT)和场外自动化测试设备 (ATE)的测试结果才能得出诊断结果，传统基于机内测试(BIT)和自动测试装备(ATE) 结合的故障诊断技术，当飞机发生故障时，需要根据BIT的检测结果，将可疑部件取出采用 ATE进行进一步的故障诊断。这种离线方法的诊断效率低，诊断成本高，诊断时间长。为了提高机载电子系统故障诊断的可靠性与准确性,确保飞机的高可靠性、高安全性和高维修保障性，大型飞机机载系统均装备了先进的故障预测与健康管理(PHM)系统以实现高可靠运行和健康服役。现有技术的健康管理子系统在解决综合模块化机载任务系统维护保障问题时主要存在以下三个方面的不足之处：
一是无法在线监测机载总线网络的健康状态。目前已有的机载电子系统BIT或健康管理子系统主要采集各组成设备或模块的BIT信息，不具备万兆以太网、SRIO总线网络、CAN总线网络等机载总线网络健康状态信息的在线监测能力。
二是健康显控组件设计简单、显示的信息不全，纯文本的显示方式可读性较差。对于超大规模综合模块化机载任务系统，外场可更换模块数量众多(400多个)，且分布集中(集中分布在少数几个综合机架中)，维护人员将故障代码与实物模块准确关联比较困难。
三是健康管理子系统自身的可维护性较差。机载任务系统健康管理子系统自身的配置参数，如状态监测参数的故障门限，在使用阶段初期往往会因为虚警和漏检的原因需要进行调整。目前已有的机载健康管理子系统未提供各类状态监测参数故障门限的在线查看、修改功能，故障门限修正困难。
发明内容
本发明的目的是针对传统机载诊断技术需要离线检测，检测效率低，检测时间长，检测成本高等不足之处，提供一种可实时、全面监控机载任务系统各组成部分健康状态，包括功能健康状态、模块健康状态、机载总线网络健康状态，并且以图形化的方式直观显示系统健康状态信息，支持状态监控参数故障门限在线更新的健康管理子系统。
本发明的上述目的可以通过以下措施来达到：一种综合机载任务系统健康管理子系统，包括：与系统健康管理软件传输显控数据的健康显控组件和存储数据的健康管理数据库，以及与系统健康管理软件进行通信的以太网交换机、CAN总线网络管理单元、SRIO总线网络管理单元、区域软件状态管理单元和区域BIT管理单元及其相关的以太网、CAN总线网络、SRIO总线网络组成的健康信息采集网络，其特征在于：系统健康管理软件从健康信息采集网络获取各区域的健康状态信息，进行数据解析、故障确认、隔离和功能评估，产生机载任务系统功能、模块和总线网络的健康状态并发送给健康显控组件，分发来自健康显控组件的维护自检指令、状态监控参数故障门限查询指令和故障门限设置指令；以太网交换机监测并统计以太网各通信端口的端口号、端口工作状态和端口工作速率信息；CAN总线网络管理单元监测并统计CAN总线网络各从节点的在位状态、接收包数、发送包数、丢包数、发送失败包数、接收字节数和发送字节数信息；SRIO总线网络管理单元监测并统计SRIO 总线网络各通信端口的端口号、收发缓冲区长度、收发缓冲区个数、已处理数据个数、已处理数据长度和丢弃包个数信息；区域软件状态管理单元监控其所在综合机柜区域内各软件监控节点的运行状态；区域BIT管理单元收集其所在综合机柜区域内各模块BITE采集的比特BIT数据，并向模块BITE发送维护BIT指令；健康显控组件以图形化的方式显示来自系统健康管理软件的功能、模块和总线网络的健康状态，并支持用户在界面上启动维护自检和进行故障门限查询与设置。
本发明相比于现有技术具有以下有益效果。
本发明中的机载总线网络状态监控设计通过定义统一的机载总线网络健康状态信息接口，由系统健康管理软件向以太网交换机、SRIO网络管理单元和CAN总线网络管理单元，获取以太网、SRIO总线网络、CAN总线网络的网络状态信息，最终在图形化健康显控组件上进行显示。该设计可在不借助任何外场检测设备的条件下实时监测任务系统以太网 /SRIO/CAN总线网络上各个节点的网络通信概要信息，如在位状态、丢包数等，以便在装机联试及外场排故中确定故障链路点位置。
本发明中采用态监控参数故障门限在线更新设计使得系统工程师和外场维护人员在线查看和修改状态监控参数的故障门限成为可能，解决了以往工程中更新状态监控参数故障门限流程复杂、耗时长的问题。以往工程中更新状态监控参数故障门限的工作流程为：首先，由软件设计人员通过软件修改的方式对嵌入式诊断软件中状态监控参数的故障门限进行修改；然后，将修改后的嵌入式诊断软件通过光盘等方式寄送外场维护人员，由维护人员在外场通过软件配置项升级来完成状态监控参数故障门限的更新。
本发明中状态监控参数故障门限在线更新设计大大简化了状态监控参数故障门限更新流程，提升健康管理子系统自身的可维护性。
本发明健康显控组件通过将产品健康状态信息与产品数字模型结合，可以在系统数字模型上直接查看各系统内部设备或模块、总线网络和软件的健康状态，同时通过对数字模型进行操作，可实现对系统维护自检过程进行控制，以及查看维护自检结果信息。健康显控组件的图形化设计改变了传统机载设备故障清单的文字化显示方式，显示的健康状态信息内容更加丰富，形式更加直观，便于维护人员从综合机架众多组成模块中准确定位故障模块，减少维护时间。
本发明可用于在飞机执行任务过程中对其机载任务系统的功能及软硬件(含功能软件、组成设备和模块、机载总线网络等)的健康状态信息进行实时采集、传输、处理、分发和显示，同时，支持在维护模式下查看系统故障日志信息和健康趋势监控数据，大大减少了从发生故障到发现故障以及定位故障的时间，充分利用BIT测试的信息实现在线故障检测和隔离，从而提高诊断效率，降低诊断成本，缩短诊断时间。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明专利进一步说明。
图1是本发明的健康管理子系统组成框图；
图2是本发明机载总线网络健康监控示意图；
图3是本发明的状态监控参数故障门限在线更新流程图。
具体实施方式
参阅图1。在以下描述的优选实施例中，综合机载任务系统健康管理子系统主要包括：健康显控组件、系统健康管理软件和健康管理数据库，以及以太网交换机、CAN/SRIO网络管理单元、区域软件状态管理单元和区域BIT管理单元及其相关的以太网、SRIO总线网络、 CAN总线网络组成的健康信息采集网络。系统健康管理软件从健康信息采集网络获取各区域的健康状态信息，包括以太网状态、CAN总线网络状态、SRIO总线网络状态、软件故障监控数据和BIT数据，完成数据解析、故障确认、隔离和功能评估等健康信息综合处理活动，以及分发来自健康显控组件的维护自检指令、故障门限查询和设置指令；健康显控组件从系统健康管理软件获取整个任务系统的健康状态信息，并以图形化的方式提供任务系统内部组成设备或模块、软件、机载总线网络健康状态信息的显示，提供用户进行维护自检操作的接口；健康信息采集网络中以太网交换机监测并统计以太网各通信端口的端口号、端口工作状态、端口工作速率等信息，SRIO总线网络管理单元监测并统计SRIO总线网络各通信端口的端口号、收发缓冲区长度、收发缓冲区个数、已处理数据个数、已处理数据长度、丢弃包个数等信息，CAN总线网络管理单元监测并统计CAN总线网络各从节点的在位状态、接收包数、发送包数、丢包数、发送失败包数、接收字节数、发送字节数等信息，区域软件状态管理单元监控其所在综合机柜区域内各软件节点的运行状态，区域BIT管理单元收集其所在综合机柜区域内各模块BITE采集的比特BIT数据，并向模块BITE发送维护BIT指令。健康管理数据库存储了各类故障信息、状态信息、配置信息以及系统健康管理软件进行数据处理所用的各种模型和数据库。
参阅图2。机载总线网络在线监控由网络管理单元设有端口1、端口2…端口N的以太网交换机、设有端口1、端口2…端口N的SRIO总线网络管理单元、设有端口1、端口 2…端口N的CAN总线网络管理单元、系统健康管理软件和健康显控组件组成，其中，以太网交换机可以是万兆太网交换机。以太网交换机、SRIO网络管理单元和CAN总线网络管理单元分别通过数据总线将以太网状态、SRIO总线网络状态和CAN总线网络状态送入系统健康管理软件。系统健康管理软件定义统一的机载总线网络健康状态信息接口，设置状态监控参数故障门限在线更新，基于多信号模型的方法对综合机载任务系统进行测试性建模，并将网络状态信息进行缓存和分发，健康显控组件以查询的方式从系统健康管理软件获取以太网、SRIO总线网络和CAN总线网络的状态信息，并根据用户在界面上的操作以图形或表格方式显示网络状态信息。
参阅图3。状态监控参数故障门限在线更新由健康管理显控组件、系统健康管理软件、设备或模块BIT软件实现。在线更新流程如下：
维护人员或工程师在健康显控组件上打开设备或模块状态监控参数故障门限更新界面，选择要修改的对象，健康显控组件发出状态监控参数故障门限查询指令，经系统健康管理软件转发给设备或模块BIT软件。设备或模块BIT软件接收到查询请求后反馈状态监控参数故障门限，经系统健康管理软件转发给健康显控组件。维护人员在状态监控参数故障门限更新界面上直接修改故障门限值，点击“设置”后健康显控组件将修改后的故障门限通过“故障门限设置”指令下发到设备或模块。设备或模块BIT软件接收到“故障门限设置”指令后修改其存储在非易失存储器中的故障门限配置文件，并反馈故障门限设置结果。
状态监控参数故障门限在线更新主要将嵌入式诊断软件的监控参数抽取出来，形成配置文件，通过定义故障门限的在线查询、更新信息接口，实现状态健康参数故障门限的在线查看、修改功能。
图形化健康显控组件通过将产品健康状态信息与产品数字模型结合，可以在系统数字模型上直接查看各系统内部设备或模块、总线网络和软件的健康状态，同时通过对数字模型进行操作，可实现对系统维护自检过程进行控制，以及查看维护自检结果信息。图形化健康显控组件改变了传统机载设备故障清单的文字化显示方式，显示的健康状态信息内容更加丰富，形式更加直观，便于维护人员从综合机架众多组成模块中准确定位故障模块，减少维护时间。
本发明不局限于上述实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种综合机载任务系统健康管理子系统，包括：与系统健康管理软件传输显控数据的健康显控组件和存储数据的健康管理数据库，以及与系统健康管理软件进行通信的以太网交换机、CAN总线网络管理单元、SRIO总线网络管理单元、区域软件状态管理单元和区域BIT管理单元及其相关的以太网、CAN总线网络、SRIO总线网络组成的健康信息采集网络，其特征在于：系统健康管理软件完成机载任务系统健康状态信息的统一收集、集中处理和上报以及维护指令的分发；以太网交换机监测并统计以太网各通信端口的端口号、端口工作状态和端口工作速率信息；CAN总线网络管理单元监测并统计CAN总线网络各从节点的在位状态、接收包数、发送包数、丢包数、发送失败包数、接收字节数和发送字节数信息；SRIO总线网络管理单元监测并统计SRIO总线网络各通信端口的端口号、收发缓冲区长度、收发缓冲区个数、已处理数据个数、已处理数据长度和丢弃包个数信息；区域软件状态管理单元监控其所在综合机柜区域内各软件监控节点的运行状态；区域BIT管理单元收集其所在综合机柜区域内各模块BITE采集的比特BIT数据，并向模块BITE发送维护BIT指令；健康显控组件以图形化的方式显示来自系统健康管理软件的功能、模块和总线网络的健康状态，并支持用户在界面上启动维护自检和进行故障门限查询与设置。
2.根据权利要求1所述的综合机载任务系统健康管理子系统，其特征在于：健康状态信息，包括以太网状态、CAN总线网络状态、SRIO总线网络状态、软件故障监控数据和BIT数据。
3.根据权利要求1所述的综合机载任务系统健康管理子系统，其特征在于：系统健康管理软件从健康信息采集网络获取各区域的健康状态信息，进行数据解析、故障确认、隔离和功能评估，产生机载任务系统功能、模块和总线网络的健康状态并发送给健康显控组件，分发来自健康显控组件的维护自检指令、状态监控参数故障门限查询指令和故障门限设置指令。
4.根据权利要求1所述的综合机载任务系统健康管理子系统，其特征在于：健康管理数据库存储了各类故障信息、状态信息、配置信息以及系统健康管理软件进行数据处理所用的各种模型和数据库。
5.根据权利要求1所述的综合机载任务系统健康管理子系统，其特征在于：健康信息采集网络由以太网和设有端口1、端口2…端口N的以太网交换机、SRIO总线网络和设有端口1、端口2…端口N的SRIO总线网络管理单元、CAN总线网络和设有端口1、端口2…端口N的CAN总线网络管理单元组成。
6.根据权利要求5所述的综合机载任务系统健康管理子系统，其特征在于：以太网交换机、SRIO网络管理单元和CAN总线网络管理单元分别通过数据总线将以太网状态、SRIO总线网络状态和CAN总线网络状态送入系统健康管理软件。
7.根据权利要求6所述的综合机载任务系统健康管理子系统，其特征在于：系统健康管理软件定义统一的机载总线网络健康状态信息接口，设置状态监控参数故障门限在线更新，基于多信号模型的方法对综合机载任务系统进行测试性建模，并将网络状态信息进行缓存和分发，健康显控组件以查询的方式从系统健康管理软件获取以太网、SRIO总线网络和CAN总线网络的状态信息，并根据用户在界面上的操作以图形或表格方式显示网络状态信息。
8.根据权利要求7所述的综合机载任务系统健康管理子系统，其特征在于：状态监控参数故障门限在线更新由健康管理显控组件、系统健康管理软件、设备或模块BIT软件实现；健康显控组件发出状态监控参数故障门限查询指令，经系统健康管理软件转发给设备或模块BIT软件。
9.根据权利要求8所述的综合机载任务系统健康管理子系统，其特征在于：设备或模块BIT软件接收到查询请求后反馈状态监控参数故障门限，经系统健康管理软件转发给健康显控组件。
10.根据权利要求9所述的综合机载任务系统健康管理子系统，其特征在于：健康显控组件将修改后的故障门限通过“故障门限设置”指令下发到设备或模块；设备或模块BIT软件接收到“故障门限设置”指令后修改其存储在非易失存储器中的故障门限配置文件，并反馈故障门限设置结果。
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