CN113076619A - 航空发动机故障模拟机和方法、计算机可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种航空发动机故障模拟机和方法、计算机可读存储介质。该航空发动机故障模拟方法包括：获取发动机产品的功能架构以及功能层次关系；基于发动机产品的功能架构以及功能层次关系，进行故障演绎、传递及影响分析。本公开可以通过定义产品功能层次、功能关系以及功能逻辑，实现故障的标定、传递与仿真，从而可以验证、修正FMECA分析的完整性与正确性。

Description

航空发动机故障模拟机和方法、计算机可读存储介质

技术领域

本公开涉及航空发动机领域，特别涉及一种航空发动机故障模拟机和方法、计算机可读存储介质。

背景技术

在航空发动机研发设计过程中，会识别大量的故障模式，研发过程中，通过FMECA(Failure Mode,Effects and Criticality Analysis，故障模式、影响和危害性分析)工具进行故障模式分析。

发明内容

发明人通过研究发现：相关技术中由于分析人员的经验不同，对FMECA分析的故障模式识别可能不够全面，且故障传递、影响分析不直观，无法验证FMECA分析的完整性与正确性，通过发动机实物验证FMECA分析工作，验证难度大、周期长、成本高。对于发动机研发企业，员工经验差异较大，公司可提供接触实物、参与维修维护实操培训的机会无法长期普及。对于设计研发人员，直观接触发动机结构、分析发动机故障及其影响是十分重要的。

鉴于以上技术问题中的至少一项，本公开提供了一种航空发动机故障模拟机和方法、计算机可读存储介质，可以基于发动机数字样机，建立故障模拟、仿真、传递的数字化模拟机。

根据本公开的一个方面，提供一种航空发动机故障模拟方法，包括：

获取发动机产品的功能架构以及功能层次关系；

基于发动机产品的功能架构以及功能层次关系，进行故障演绎、传递及影响分析。

在本公开的一些实施例中，所述获取发动机产品的功能架构以及功能层次关系包括：

建立完整的发动机三维数字样机；

获取发动机功能信息；

在三维数字样机的基础上，定义发动机各层次功能架构以及功能逻辑关系。

在本公开的一些实施例中，所述建立完整的发动机三维数字样机包括：

获取发动机的物料清单信息；

获取各部件系统的三维数字样机；

获取货架产品的零组件编号信息；

建立发动机完整的三维数字样机，其中，发动机完整的三维数字样机包含发动机主要的零组件信息，并明确各零组件、单元体的结构层次关系与零组件编号信息。

在本公开的一些实施例中，所述基于发动机产品的功能架构以及功能层次关系，进行故障演绎、传递及影响分析包括：

接收故障模式、影响和危害性分析FMECA工具输出的发动机零组件级及部件系统级的故障模式信息；

基于三维数字样机，将FMECA工具分析的各种故障模式通过系统进行故障演绎，形成故障的传递、影响结果；

在三维数字样机模型上，进行故障传递影响的硬件体现，并形成仿真动画，直观演示故障的影响与结果。

在本公开的一些实施例中，所述航空发动机故障模拟方法还包括：

根据数字样机故障演绎的结果，验证FMECA工具分析工作的完整性与正确性，及时反馈、纠正、完善FMECA工具的分析结果。

在本公开的一些实施例中，所述航空发动机故障模拟方法还包括：

根据数字样机故障演绎的结果，识别发动机设计环节中的薄弱环节；

将所述薄弱环节反馈回涉及模块，进行相应设计更改、完善与优化。

在本公开的一些实施例中，所述航空发动机故障模拟方法还包括：

纠正分析有错误的故障仿真信息；

保存正确的故障仿真信息，建立完整的发动机故障仿真库，其中，所述发动机故障仿真库为发动机故障信息与影响数据库。

在本公开的一些实施例中，所述航空发动机故障模拟方法还包括：

形成完整的故障模拟仿真教练机，以便维修、维护人员可通过故障演绎操作，识别故障位置，模拟维修操作，了解发动机结构，掌握故障信息，识别设计薄弱环节。

根据本公开的另一方面，提供一种航空发动机故障模拟机，包括：

功能架构获取模块，用于获取发动机产品的功能架构以及功能层次关系；

故障模拟模块，用于基于发动机产品的功能架构以及功能层次关系，进行故障演绎、传递及影响分析。

在本公开的一些实施例中，所述航空发动机故障模拟机用于执行实现如上述任一实施例所述的航空发动机故障模拟方法的操作。

根据本公开的另一方面，提供一种航空发动机故障模拟机，包括：

存储器，用于存储指令；

处理器，用于执行所述指令，使得所述装置执行实现如上述任一实施例所述的航空发动机故障模拟方法的操作。

根据本公开的另一方面，提供一种计算机可读存储介质，其中，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述指令被处理器执行时实现如上述任一实施例所述的航空发动机故障模拟方法。

本公开可以通过定义产品功能层次、功能关系以及功能逻辑，实现故障的标定、传递与仿真，从而可以验证、修正FMECA分析的完整性与正确性。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本公开航空发动机故障模拟方法一些实施例的示意图。

图2为本公开航空发动机故障模拟方法另一些实施例的示意图。

图3为本公开航空发动机故障模拟机一些实施例的示意图。

图4为本公开航空发动机故障模拟机另一些实施例的示意图。

具体实施方式

下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。

同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

图1为本公开航空发动机故障模拟方法一些实施例的示意图。优选的，本实施例可由本公开航空发动机故障模拟机执行。该方法包括步骤11和步骤12，其中：

在步骤11中，获取发动机产品的功能架构以及功能层次关系。

在本公开的一些实施例中，步骤11可以包括步骤111-步骤113，其中：

在步骤111中，建立完整的发动机三维数字样机。

在本公开的一些实施例中，步骤111可以包括：获取发动机的物料清单信息；获取各部件系统的三维数字样机；获取货架产品的零组件编号信息；建立发动机完整的三维数字样机，其中，发动机完整的三维数字样机包含发动机主要的零组件信息，并明确各零组件、单元体的结构层次关系与零组件编号信息。

在步骤112中，获取发动机功能信息。

在步骤113中，在三维数字样机的基础上，定义发动机各层次功能架构以及功能逻辑关系。

在步骤12中，基于发动机产品的功能架构以及功能层次关系，进行故障演绎、传递及影响分析。

在本公开的一些实施例中，步骤12可以包括步骤121-步骤123，其中：

在步骤121中，接收故障模式、影响和危害性分析FMECA工具输出的发动机零组件级及部件系统级的故障模式信息。

在步骤122中，基于三维数字样机，将FMECA工具分析的各种故障模式通过系统进行故障演绎，形成故障的传递、影响结果。

在步骤123中，在三维数字样机模型上，进行故障传递影响的硬件体现，并形成仿真动画，直观演示故障的影响与结果。

基于本公开上述实施例提供的航空发动机故障模拟方法，可以基于发动机数字样机，建立故障模拟、仿真、传递的数字化模拟机；本公开上述实施例可以通过定义产品功能层次、功能关系以及功能逻辑，实现故障的标定、传递与仿真，进而验证、修正FMECA分析的完整性与正确性。

本公开上述实施例在发动机三维数字样机的基础上，以发动机产品功能架构以及功能层次关系为逻辑，建立发动机故障模拟机。该逻辑层次关系的分析与导入，是本公开上述实施例的创新点与技术难点。

本公开上述实施例的模拟机支持在三维数字样机相应的硬件结构上添加故障，并通过预先定义好的、完整的发动机功能组成以及功能架构关系，演绎故障影响与传递路径，可验证设计过程中进行的FMECA的完整性与正确性。

图2为本公开航空发动机故障模拟方法另一些实施例的示意图。优选的，本实施例可由本公开航空发动机故障模拟机执行。该方法包括步骤201至步骤213，其中：

在步骤201中，获取发动机的BOM(Bill of Materials，物料清单)信息。

在步骤202中，获取货架产品的零组件编号信息；之后执行步骤204。

在步骤203中，获取各部件系统设计的三维数字样机。

在步骤204中，建立完整的发动机三维数字样机，之后执行步骤206，其中，发动机完整的三维数字样机包含发动机主要的零组件信息，并明确各零组件、单元体的结构层次关系与零组件编号信息。由此，本公开上述实施例可以保证三维数字样机的完整性与正确性。

在步骤205中，获取发动机功能信息。

在步骤206中，在三维数字样机的基础上，定义发动机各层次功能架构以及功能逻辑关系，作为支持该平台分析逻辑，实现硬件和功能的对应；之后执行步骤208。该逻辑层次关系的分析与导入，是本公开的创新点与技术难点。

在本公开的一些实施例中，步骤206可以包括：按照发动机正向设计的研发思路，确定完整的功能层次以及功能架构关系，是所有模拟、仿真的支撑逻辑。

在步骤207中，接收故障模式、影响和危害性分析FMECA工具输出的发动机零组件级及部件系统级的故障模式信息。

在本公开的一些实施例中，步骤207可以包括：分析人员将通过FMECA分析工作获取的发动机零组件级及部件系统级的故障模式信息录入该模拟机。

在步骤208中，基于三维数字样机，将FMECA工具分析的各种故障模式通过系统进行故障演绎，形成故障的传递、影响结果；在三维数字样机模型上，进行故障传递影响的硬件体现，并形成仿真动画，直观演示故障的影响与结果；之后，执行步骤209和步骤211。

在步骤209中，根据数字样机故障演绎的结果，验证FMECA工具分析工作的完整性与正确性，及时反馈、纠正、完善FMECA工具的分析结果。本公开上述实施例可以输出完善的、有效的、与设计紧密结合的FMECA分析结果。

在步骤210中，根据数字样机故障演绎的结果，识别发动机设计环节中的薄弱环节；将所述薄弱环节反馈回涉及模块，进行相应设计更改、完善与优化。

在步骤211中，纠正分析有错误的故障仿真信息；并保存正确的故障仿真信息。

在步骤212中，保留完善的故障仿真信息，逐步建立完整的发动机故障仿真库，其中，所述发动机故障仿真库为发动机故障信息与影响数据库。

在本公开的一些实施例中，步骤212可以包括：在设计过程中，通过定义、演绎、分析、纠正、完善，形成完整的发动机故障信息与影响数据库，由此本公开上述实施例可供设计人员在设计过程中学习发动机结构知识、故障知识。

在步骤213中，形成完整的故障模拟仿真教练机，以便维修、维护人员通过故障演绎操作，识别故障位置，模拟维修操作；以便维修、维护人员演绎、学习和仿真具体操作，从而提高了人员水平，降低了培训成本；以便设计人员演绎、学习，了解发动机结构，掌握故障信息，识别设计薄弱环节；以便设计人员在未获得实物的前提下，了解产品结构，掌握结构以及故障传递情况，可作为提升设计人员水平的教练机。

本公开上述实施例的航空发动机故障模拟方法，提供了一种全新的基于发动机三维数字样机的故障模拟“教练”机，本公开上述实施例支持在该模拟机系统中，向各硬件模块、零组件添加功能信息、功能流信息以及故障信息。本公开上述实施例在功能传递逻辑下，支持在该模拟机上开展故障模式的模拟、传递以及影响演绎，可验证发动机设计FMECA分析的完整性与正确。在设计研发阶段，本公开上述实施例可通过故障定义、演绎验证，纠正FMECA分析的缺陷与不足。本公开上述实施例支持设计研发人员掌握发动机设计的薄弱环节，有利于开展设计完善、优化工作。本公开上述实施例支持维修维护人员，进行故障模拟、维护操作仿真，提升实操能力，尽早熟悉在研发动机产品。

图3为本公开航空发动机故障模拟机一些实施例的示意图。如图3所示，本公开航空发动机故障模拟机可以包括功能架构获取模块31和故障模拟模块32，其中：

功能架构获取模块31，用于获取发动机产品的功能架构以及功能层次关系。

在本公开的一些实施例中，功能架构获取模块31可以用于建立完整的发动机三维数字样机；获取发动机功能信息；在三维数字样机的基础上，定义发动机各层次功能架构以及功能逻辑关系。

在本公开的一些实施例中，功能架构获取模块31在建立完整的发动机三维数字样机的情况下，可以用于获取发动机的物料清单信息；获取各部件系统的三维数字样机；获取货架产品的零组件编号信息；建立发动机完整的三维数字样机，其中，发动机完整的三维数字样机包含发动机主要的零组件信息，并明确各零组件、单元体的结构层次关系与零组件编号信息。

故障模拟模块32，用于基于发动机产品的功能架构以及功能层次关系，进行故障演绎、传递及影响分析。

在本公开的一些实施例中，故障模拟模块32可以用于接收故障模式、影响和危害性分析FMECA工具输出的发动机零组件级及部件系统级的故障模式信息；基于三维数字样机，将FMECA工具分析的各种故障模式通过系统进行故障演绎，形成故障的传递、影响结果；在三维数字样机模型上，进行故障传递影响的硬件体现，并形成仿真动画，直观演示故障的影响与结果。

在本公开的一些实施例中，所述航空发动机故障模拟机还可以用于根据数字样机故障演绎的结果，验证FMECA工具分析工作的完整性与正确性，及时反馈、纠正、完善FMECA工具的分析结果。

在本公开的一些实施例中，所述航空发动机故障模拟机还可以用于根据数字样机故障演绎的结果，识别发动机设计环节中的薄弱环节；将所述薄弱环节反馈回涉及模块，进行相应设计更改、完善与优化。

在本公开的一些实施例中，所述航空发动机故障模拟机还可以用于纠正分析有错误的故障仿真信息；保存正确的故障仿真信息，建立完整的发动机故障仿真库，其中，所述发动机故障仿真库为发动机故障信息与影响数据库。

在本公开的一些实施例中，所述航空发动机故障模拟机还可以用于形成完整的故障模拟仿真教练机，以便维修、维护人员可通过故障演绎操作，识别故障位置，模拟维修操作，了解发动机结构，掌握故障信息，识别设计薄弱环节。

在本公开的一些实施例中，所述航空发动机故障模拟机可以用于执行实现如上述任一实施例(例如图1-图2任一实施例)所述的航空发动机故障模拟方法的操作。

基于本公开上述实施例提供的航空发动机故障模拟机，是一种基于发动机三维数字样机的故障模拟机，本公开上述实施例基于发动机产品的功能架构以及功能层次关系，可进行故障演绎、传递及影响分析。

本公开上述实施例支持在三维数字样机指定的硬件位置定义故障，并基于功能层次关系演绎故障传递及影响，分析人员可对于演绎的结果进行审核、校正、纠正。

本公开上述实施例支持通过在三维数字样机的故障演绎，可验证设计过程中定义的FMECA的完整性与正确性；

本公开上述实施例通过演绎故障传递、影响与分析，可识别设计环节中的薄弱环节，供设计人员进行设计完善与改进，提升发动机产品可靠性水平。

本公开上述实施例在完善的发动机故障信息演绎、录入的基础上，可形成传递路径以及视，供设计人员、维护维修人员阅览、学习，作为故障“教练机”用于发动机设计研发、试验验证以及维护维修过程中，以便提升相关人员能力，提升工作效率。

图4为本公开航空发动机故障模拟机另一些实施例的示意图。如图4所示，本公开航空发动机故障模拟机可以包括存储器41和处理器42，其中：

存储器41，用于存储指令。

处理器42，用于执行所述指令，使得所述装置执行实现如上述任一实施例(例如图1-图2任一实施例)所述的航空发动机故障模拟方法的操作。

本公开上述实施例提供一种基于发动机数字样机以及产品功能架构的发动机故障模拟“教练”机。本公开上述实施例主要应用于航空发动机，属于航空发动机系统设计与试验验证领域。

本公开上述实施例的航空发动机故障模拟机可以是一种故障模拟教练机，本公开上述实施例的故障模拟教练机可以为一种应用在航空发动机设计研发、试验以及维护维修过程中的故障仿真系统，通过模拟发动机故障传递，确定故障影响及造成的结果。本公开上述实施例的故障模拟教练机支持故障处理仿真操作，用以培训发动机维修及维护人员。

本公开上述实施例在发动机三维数字样机的基础上，以发动机产品功能架构以及功能层次关系为逻辑，建立发动机故障模拟机。该逻辑层次关系的分析与导入，是本公开上述实施例的创新点与技术难点。

本公开上述实施例的模拟机支持在三维数字样机相应的硬件结构上添加故障，并通过预先定义好的、完整的发动机功能组成以及功能架构关系，演绎故障影响与传递路径，可验证设计过程中进行的FMECA的完整性与正确性。

本公开上述实施例可保存硬件故障以及影响传递关系，最终形成在研产品完整的三维数字样机的故障信息与故障传递库，可支持设计人员识别潜在设计风险以及薄弱环节，有助于进行设计完善、优化，提升产品可靠性水平与能力。

本公开上述实施例可以通过定制、完善的模拟机具有“教练机”的作用，支持使用者查看故障传递、影响的演绎，并仿真具体操作。

根据本公开的另一方面，提供一种计算机可读存储介质，其中，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述指令被处理器执行时实现如上述任一实施例(例如图1-图2任一实施例)所述的航空发动机故障模拟方法。

基于本公开上述实施例提供的计算机可读存储介质，可以基于发动机数字样机，建立故障模拟、仿真、传递的数字化模拟机；本公开上述实施例可以通过定义产品功能层次、功能关系以及功能逻辑，实现故障的标定、传递与仿真，验证、修正FMECA分析的完整性与正确性；本公开上述实施例可以通过故障传递以及影响的演绎、修正、完善，形成完整、正确的发动机故障模式库与故障影响分析；使用本公开上述实施例的模拟机、教练机，通过维护、维修工作的仿真、模拟，可以对维护人员进行培训，从而提升了实操水平并掌握产品结构、故障信息。

在上面所描述的航空发动机故障模拟机可以实现为用于执行本申请所描述功能的通用处理器、可编程逻辑控制器(PLC)、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件或者其任意适当组合。

至此，已经详细描述了本公开。为了避免遮蔽本公开的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指示相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

本公开的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本公开限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本公开的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本公开从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (12)

1.一种航空发动机故障模拟方法，其特征在于，包括：

获取发动机产品的功能架构以及功能层次关系；

基于发动机产品的功能架构以及功能层次关系，进行故障演绎、传递及影响分析。

2.根据权利要求1所述的航空发动机故障模拟方法，其特征在于，所述获取发动机产品的功能架构以及功能层次关系包括：

建立完整的发动机三维数字样机；

获取发动机功能信息；

在三维数字样机的基础上，定义发动机各层次功能架构以及功能逻辑关系。

3.根据权利要求2所述的航空发动机故障模拟方法，其特征在于，所述建立完整的发动机三维数字样机包括：

获取发动机的物料清单信息；

获取各部件系统的三维数字样机；

获取货架产品的零组件编号信息；

建立发动机完整的三维数字样机，其中，发动机完整的三维数字样机包含发动机主要的零组件信息，并明确各零组件、单元体的结构层次关系与零组件编号信息。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的航空发动机故障模拟方法，其特征在于，所述基于发动机产品的功能架构以及功能层次关系，进行故障演绎、传递及影响分析包括：

接收故障模式、影响和危害性分析FMECA工具输出的发动机零组件级及部件系统级的故障模式信息；

基于三维数字样机，将FMECA工具分析的各种故障模式通过系统进行故障演绎，形成故障的传递、影响结果；

在三维数字样机模型上，进行故障传递影响的硬件体现，并形成仿真动画，直观演示故障的影响与结果。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的航空发动机故障模拟方法，其特征在于，还包括：

根据数字样机故障演绎的结果，验证FMECA工具分析工作的完整性与正确性，及时反馈、纠正、完善FMECA工具的分析结果。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的航空发动机故障模拟方法，其特征在于，还包括：

根据数字样机故障演绎的结果，识别发动机设计环节中的薄弱环节；

将所述薄弱环节反馈回涉及模块，进行相应设计更改、完善与优化。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的航空发动机故障模拟方法，其特征在于，还包括：

纠正分析有错误的故障仿真信息；

保存正确的故障仿真信息，建立完整的发动机故障仿真库，其中，所述发动机故障仿真库为发动机故障信息与影响数据库。

8.根据权利要求1-3中任一项所述的航空发动机故障模拟方法，其特征在于，还包括：

形成完整的故障模拟仿真教练机，以便维修、维护人员可通过故障演绎操作，识别故障位置，模拟维修操作，了解发动机结构，掌握故障信息，识别设计薄弱环节。

9.一种航空发动机故障模拟机，其特征在于，包括：

功能架构获取模块，用于获取发动机产品的功能架构以及功能层次关系；

故障模拟模块，用于基于发动机产品的功能架构以及功能层次关系，进行故障演绎、传递及影响分析。

10.根据权利要求9所述的航空发动机故障模拟机，其特征在于，所述航空发动机故障模拟机用于执行实现如权利要求2-8中任一项所述的航空发动机故障模拟方法的操作。

11.一种航空发动机故障模拟机，其特征在于，包括：

存储器，用于存储指令；

处理器，用于执行所述指令，使得所述装置执行实现如权利要求1-8中任一项所述的航空发动机故障模拟方法的操作。

12.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述指令被处理器执行时实现如权利要求1-8中任一项所述的航空发动机故障模拟方法。

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