CN113602526A - 飞机机电故障预测与健康管理系统的验证测试方法及系统 - Google Patents

飞机机电故障预测与健康管理系统的验证测试方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种飞机机电故障预测与健康管理系统的验证测试方法及系统，包含：整理出机电PHM系统涉及的各接口的接口属性及接口数据格式；确定机电PHM系统的综合诊断模型的版本及故障模式信息；以故障模式为对象，对故障规则进行配置；构造生成机电PHM系统的故障模拟数据，对故障模拟数据进行试验运行脚本设置，注入待验证的机电PHM系统；根据接收到的机电PHM系统的综合诊断结果对机电PHM系统进行评估。本发明实现机电PHM系统的验证测试过程，可以支撑不同型号飞机机电故障预测与健康管理系统的研发和试验工作。

Description

飞机机电故障预测与健康管理系统的验证测试方法及系统
技术领域
本发明属于故障预测与健康管理(prognostics and health management,PHM)技术领域，特别涉及一种飞机机电故障预测与健康管理系统的验证测试方法及系统。
背景技术
随着现代武器装备的迅速发展，其装备复杂性、综合化、智能化程度的不断提高，PHM技术应运而生。随着美英等军事强国的PHM技术发展及成效日益突显，国内在航空、航天、船舶等领域正逐步开展相关工程技术研究。
目前，在航空领域，围绕型号技术攻关，针对刹车系统、液压系统、防火系统、供电系统等飞机机电管理系统的PHM开展了工程应用研究。但是对于飞机机电PHM系统的智能验证测试方法或手段仍处于学术性研究阶段，缺乏可实际落地的验证测试设计引导。在探索飞机机电PHM系统的验证测试方法的道路上，由于机电管理系统内部组成及其交联关系复杂，表征机电管理系统的特征参数众多，其表征参数在机电管理系统内部传递关系错综复杂。针对这些错综复杂的机电参数，在开展机电PHM系统的验证测试时如何按机上数据接口要求模拟这些表征机电管理系统的参数，作为机电PHM系统的故障模式的故障注入数据是一个问题；同时，在进行机电PHM系统的验证测试时，面临针对不同型号飞机的机电PHM系统，如何设计可适配不同型号飞机的机电PHM系统的验证测试方法，以满足不同型号飞机的机电PHM系统的故障注入测试及验证需求，是另一个重要问题。
发明内容
本发明的发明目的在于提供一种飞机机电故障预测与健康管理系统的验证测试方法及一种飞机机电故障预测与健康管理系统的验证测试系统，利用数据模拟、拼接循环方式进行故障模式注入，实现机电PHM系统的验证测试过程，用于支撑不同型号飞机机电故障预测与健康管理系统的研发和试验工作。
本发明的发明目的通过以下技术方案实现：
一种飞机机电故障预测与健康管理系统的验证测试方法，包含如下过程：
过程1、整理出待验证的机电PHM系统涉及的各接口的接口属性及接口数据格式；
过程2、确定待验证的机电PHM系统的综合诊断模型的版本，从而确定综合诊断模型中的故障模式信息；
过程3、以过程2确定的故障模式为对象，对故障规则进行配置；
过程4、以过程3配置的故障模式规则为故障模拟数据的逻辑过程，构造生成机电PHM系统的故障模拟数据，对故障模拟数据进行试验运行脚本设置，并按照过程1整理出的待验证的机电PHM系统的各接口的数据格式将试验运行脚本注入待验证的机电PHM系统；
过程5、以机电PHM系统为对象，进行测试验证监控，根据接收到的机电PHM系统的综合诊断结果对机电PHM系统进行评估。
优选地，接口属性包括：ICD数据块名称、版本、数据传输协议、数据块长度、收/发属性、通信端口、传输速率；接口数据格式包括：数据项名称、数据项序号、起始字节、起始位、长度、符号位、参数类型、数值类型、数据项范围上/下限、LSB、还原方式、显示方式。
优选地，故障规则配置包括：确定故障规则涉及的接口的ICD数据块和版本，以及该版本的ICD数据块内涉及的数据项的组合逻辑判断方程配置；同时对故障规则涉及的数据项的值、范围、上限、下限进行配置。
优选地，试验运行脚本设置包括：故障模拟数据选择，发送条目数设置、发送周期/间隔设置。
优选地，在测试验证监控过程中，记录测试的开始时间和结束时间；记录试验模拟数据的发送总条目数；记录各种故障模式注入数据的起始发送时刻和持续时间；依据发送故障模拟数据的起始时刻和持续时间，与接收机电PHM系统的故障上报项及上报时间进行匹配对比，生成试验报告。
一种飞机机电故障预测与健康管理系统的验证测试系统，包括接口配置管理模块、综合诊断模型管理模块、故障模式规则配置管理模块、故障模拟数据输出模块和仿真验证监控模块；
接口配置管理模块提供一套对接口的接口属性和接口数据格式进行配置的管理工具，供用户输入待验证的机电PHM系统的各接口的接口属性及接口数据格式，待用户输入完成后，生成数据格式文件；
综合诊断模型管理模块提供一套对机电PHM系统的综合诊断模型进行管理的管理平台，用于对导入的机电PHM系统的综合诊断模型文件进行识别，确定综合诊断模型的版本，从而确定综合诊断模型中的故障模式信息；
故障模式规则配置管理模块用于在确定机电PHM系统综合诊断模型的故障模式后，接收用户对故障模式所配置的故障规则，在用户配置完成后将故障规则配置信息导出为规则信息文件；
故障模拟数据输出模块根据数据格式文件和规则信息文件自动模拟拼接构造故障模式对应的故障模拟数据，供用户对故障模拟数据进行试验运行脚本设置，该试验运行脚本为机电PHM系统的验证测试的数据输入；
仿真验证监控模块以机电PHM系统为对象，接收机电PHM系统输出的综合诊断结果，统计其诊断处理能力，并进行结果显示。
优选地，综合诊断模型管理模块还支持对机电PHM系统的综合诊断模型进行版本管理。
优选地，故障模式规则配置管理模块还支持用户查看每个故障模式的故障规则信息。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明支持不同型号飞机/项目的机电PHM系统的测试验证；
(2)本发明为机电PHM系统的验证提供可视化的操作支持；
(3)本发明为机电PHM系统的验证过程提供数据接口配置、故障模式规则配置及管理支持；
(4)本发明为机电PHM系统的验证过程提供故障注入试验运行脚本配置及管理支持；
(5)本发明可对机电PHM系统的综合诊断结果进行统计分析；
(6)利用本发明可以对机电PHM系统的综合诊断模型设计迭代过程起到积极促进的作用，达到节约时间和维护成本的目的。
附图说明
图1为本发明的实施技术路线图。
图2为数据接口配置管理过程图。
图3为机电PHM系统综合诊断模型管理过程图。
图4为故障规则配置管理-新增规则过程图。
图5为机电PHM系统测试验证监控过程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例一
参见图1所示，本实施例所示的一种飞机机电故障预测与健康管理系统的验证测试方法，包含如下过程：
过程1、参见所示，整理出待验证的机电PHM系统涉及的各接口的接口属性及接口数据格式。接口属性包括：ICD数据块名称、版本、数据传输协议、数据块长度、收/发属性、通信端口、传输速率等。接口数据格式包括：数据项名称、数据项序号、起始字节、起始位、长度、符号位、参数类型、数值类型、数据项范围上/下限、LSB、还原方式、显示方式等。
该过程为过程4构造生成机电PHM系统的故障注入模拟数据提供了数据结构，解决了针对不同型号飞机，按机上数据接口模拟故障注入数据的问题。
过程2、确定待验证的机电PHM系统的综合诊断模型的版本，从而确定综合诊断模型中的故障模式信息。
针对不同型号飞机，机电PHM系统的综合诊断模型不同、故障模式不同，因此通过对综合诊断模型文件进行识别，可以确定综合诊断模型的版本，从而得到该版本的综合诊断模型的故障模式信息，解决了机电PHM系统研制过程中综合诊断模型的迭代过程的模型版本管理问题，为过程3提供了规则管理对象。
过程3、以过程2确定的故障模式为对象，对故障规则进行配置。故障规则配置包括：确定故障规则涉及的接口的ICD数据块和版本，以及该版本的ICD数据块内涉及的数据项的组合逻辑判断方程配置。同时对故障规则涉及的输入信号(即数据项)的值、范围、上限、下限等进行配置。每种故障模式支持配置多种故障规则。
该过程为机电PHM系统的各种故障模式进行个性化规则配置，解决了同一型号飞行因个体差异，而导致相同故障模式验证测试注入所涉及的故障注入规则不同的问题；解决了针对不同型号飞机，各种故障模式验证测试注入所涉及的规则能够分别设置及管理的问题。
过程4、以过程3配置的故障模式规则为故障模拟数据的逻辑过程，构造生成机电PHM系统的故障模拟数据，对故障模拟数据进行试验运行脚本设置，并按照过程1整理出的待验证的机电PHM系统的各接口的数据格式将试验运行脚本注入待验证的机电PHM系统。
试验运行脚本设置包括：故障模拟数据选择，发送条目数设置、发送周期/间隔设置等。建成的试验运行脚本为机电PHM系统测试验证的试验输入。
该过程为不同机电PHM系统的故障注入验证测试提供注入试验运行脚本设置及管理，解决了不同型号飞机或不同机电PHM系统的故障注入验证测试运行脚本设置及管理问题。
过程5、以机电PHM系统为对象，进行测试验证监控，根据通过总线接收到的机电PHM系统的综合诊断结果对机电PHM系统进行评估。
在测试验证监控过程中，记录测试的开始时间和结束时间；记录试验模拟数据的发送总条目数；记录各种故障模式注入数据的起始发送时刻和持续时间。依据发送故障模拟数据的起始时刻和持续时间，与接收机电PHM系统的故障上报项及上报时间进行匹配对比，支持生成试验报告。
该过程通过对验证试验的故障注入项和机电PHM系统输出的故障诊断结果项的一致性比对，通过对机电PHM系统输出的故障诊断结果的时效性进行监控，实现对机电PHM系统处理能力的监控。解决了验证不同型号飞机电PHM系统的故障检测率/隔离率是否满足设计要求的问题，以及处理能力是否满足设计要求的问题。
实施例二
本实施例提供了一种飞机机电故障预测与健康管理系统的验证测试系统，包括接口(interface control document,ICD)配置管理模块、综合诊断模型管理模块、故障模式规则配置管理模块、故障模拟数据输出模块和仿真验证监控模块等。
参见图2所示，接口配置管理模块提供一套对接口的接口属性和接口数据格式进行配置的管理工具，供用户输入待验证的机电PHM系统的各接口的接口属性及接口数据格式，待用户输入完成后，生成统一的数据格式XML文件，为实现数据的自动模拟构造提供格式依据。
其中，接口属性包括：数据块名称、版本、数据传输协议、数据块长度、收/发属性、通信端口、传输速率等。接口数据格式包括：数据项名称、数据项序号、起始字节、起始位、长度、符号位、参数类型、数值类型、数据项范围上/下限、LSB、还原方式、显示方式等。
参见图3所示，综合诊断模型管理模块提供一套对机电PHM系统的综合诊断模型进行管理的管理平台，用于对导入的机电PHM系统的综合诊断模型EXCEL文件进行识别，确定综合诊断模型的版本，从而确定综合诊断模型中的故障模式信息，为机电PHM系统的故障模式规则配置提供对象(故障模式)输入。同时，综合诊断模型管理模块还支持对机电PHM系统的综合诊断模型进行版本管理。
机电PHM系统的综合诊断模型是由建模工具进行模型建立的，完成后可导出为综合诊断模型EXCEL文件。针对不同型号飞机，机电PHM系统的综合诊断模型不同、故障模式不同，通过综合诊断模型版本识别及管理，解决了机电PHM系统研制过程中综合诊断模型的迭代过程的模型版本管理问题。
参见图4所示，故障模式规则配置管理模块用于在确定机电PHM系统综合诊断模型的故障模式后，接收用户对故障模式所配置的故障规则，在用户配置完成后将故障规则配置信息导出为统一的规则信息XML文件。故障模式规则配置管理模块还支持用户查看每个对象(故障模式)的故障规则信息，为机电PHM系统验证测试的故障模拟数据构造提供规则依据。
故障规则配置包括：确定故障规则涉及的接口的ICD数据块和版本，以及该版本的ICD数据块内涉及的数据项的组合逻辑判断方程配置。同时对故障规则涉及的输入信号(即数据项)的值、范围、上限、下限等进行配置。每种故障模式支持配置多种故障规则。
参见图5所示，故障模拟数据输出模块根据数据格式XML文件和规则信息XML文件自动模拟拼接构造对象(故障模式)故障模拟数据，供用户对故障模拟数据进行试验运行脚本设置，包括故障数据选择、数据条目数设置、发送周期设置等，为机电PHM系统验证测试的过程提供数据输入。
参见图5所示，仿真验证监控模块以机电PHM系统为对象，接收机电PHM系统输出的综合诊断结果，统计其诊断处理能力，并进行结果显示。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种飞机机电故障预测与健康管理系统的验证测试方法，其特征在于包含如下过程：
过程1、整理出待验证的机电PHM系统涉及的各接口的接口属性及接口数据格式；
过程2、确定待验证的机电PHM系统的综合诊断模型的版本，从而确定综合诊断模型中的故障模式信息；
过程3、以过程2确定的故障模式为对象，对故障规则进行配置；
过程4、以过程3配置的故障模式规则为故障模拟数据的逻辑过程，构造生成机电PHM系统的故障模拟数据，对故障模拟数据进行试验运行脚本设置，并按照过程1整理出的待验证的机电PHM系统的各接口的数据格式将试验运行脚本注入待验证的机电PHM系统；
过程5、以机电PHM系统为对象，进行测试验证监控，根据接收到的机电PHM系统的综合诊断结果对机电PHM系统进行评估。
2.根据权利要求1所述的一种飞机机电故障预测与健康管理系统的验证测试方法，其特征在于接口属性包括：ICD数据块名称、版本、数据传输协议、数据块长度、收/发属性、通信端口、传输速率；接口数据格式包括：数据项名称、数据项序号、起始字节、起始位、长度、符号位、参数类型、数值类型、数据项范围上/下限、LSB、还原方式、显示方式。
3.根据权利要求1所述的一种飞机机电故障预测与健康管理系统的验证测试方法，其特征在于故障规则配置包括：确定故障规则涉及的接口的ICD数据块和版本，以及该版本的ICD数据块内涉及的数据项的组合逻辑判断方程配置；同时对故障规则涉及的数据项的值、范围、上限、下限进行配置。
4.根据权利要求1所述的一种飞机机电故障预测与健康管理系统的验证测试方法，其特征在于试验运行脚本设置包括：故障模拟数据选择，发送条目数设置、发送周期/间隔设置。
5.根据权利要求1所述的一种飞机机电故障预测与健康管理系统的验证测试方法，其特征在于在测试验证监控过程中，记录测试的开始时间和结束时间；记录试验模拟数据的发送总条目数；记录各种故障模式注入数据的起始发送时刻和持续时间；依据发送故障模拟数据的起始时刻和持续时间，与接收机电PHM系统的故障上报项及上报时间进行匹配对比，生成试验报告。
6.一种飞机机电故障预测与健康管理系统的验证测试系统，包括接口配置管理模块、综合诊断模型管理模块、故障模式规则配置管理模块、故障模拟数据输出模块和仿真验证监控模块，其特征在于：
接口配置管理模块提供一套对接口的接口属性和接口数据格式进行配置的管理工具，供用户输入待验证的机电PHM系统的各接口的接口属性及接口数据格式，待用户输入完成后，生成数据格式文件；
综合诊断模型管理模块提供一套对机电PHM系统的综合诊断模型进行管理的管理平台，用于对导入的机电PHM系统的综合诊断模型文件进行识别，确定综合诊断模型的版本，从而确定综合诊断模型中的故障模式信息；
故障模式规则配置管理模块用于在确定机电PHM系统综合诊断模型的故障模式后，接收用户对故障模式所配置的故障规则，在用户配置完成后将故障规则配置信息导出为规则信息文件；
故障模拟数据输出模块根据数据格式文件和规则信息文件自动模拟拼接构造故障模式对应的故障模拟数据，供用户对故障模拟数据进行试验运行脚本设置，该试验运行脚本为机电PHM系统的验证测试的数据输入；
仿真验证监控模块以机电PHM系统为对象，接收机电PHM系统输出的综合诊断结果，统计其诊断处理能力，并进行结果显示。
7.根据权利要求6所述的一种飞机机电故障预测与健康管理系统的验证测试系统，其特征在于综合诊断模型管理模块还支持对机电PHM系统的综合诊断模型进行版本管理。
8.根据权利要求6所述的一种飞机机电故障预测与健康管理系统的验证测试系统，其特征在于故障模式规则配置管理模块还支持用户查看每个故障模式的故障规则信息。
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