CN115017016B - 一种多层次模型融合的机载健康管理域设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多层次模型融合的机载健康管理域设计方法，其包括：基于构建的飞机综合状态监测与诊断系统，形成状态监测数据包；构建机载健康管理域的状态转换图；划分飞机综合状态监测与诊断系统中的接口消息；对机载健康管理域进行模型层级划分；建立机载健康管理域的健康评估与诊断模型；划分机载健康管理域的数据库表，得到多个数据表；建立数据表之间的关联关系。本发明与机载系统层次划分一致，具备良好的可扩展性，便于设计变更和更新本地化，减少技术更新或退化对子系统的影响；提高了模型软件的代码质量和稳定性。

Description

一种多层次模型融合的机载健康管理域设计方法

技术领域

本发明涉及管理域设计技术领域，特别是一种多层次模型融合的机载健康管理域设计方法。

背景技术

随着电子信息技术的飞速发展，能够遂行多种作战任务、集成各类射频传感器功能的超大规模复杂机载系统已经出现。该类系统普遍采用高度综合化、模块化和通用化的开放式系统架构，具备技术新研、规模庞大、信号交联复杂、电路模块集成度高等特点，如何实现系统的高安全、高可靠与易维护成为新的挑战。机载系统硬件电路模块化、通用化设计以及软件动态可部署的特性使得故障重构成为提高系统故障容错能力与任务可靠性的关键技术手段，而故障重构要求系统具备实时故障检测与精确故障定位能力。但是，机载系统复杂性、层次性、相关性和不确定性的故障特征使得传统的机内测试（Built-in-Test，简称BIT）手段难以满足系统故障重构以及二级维修对故障检测、隔离提出的高要求。

机载系统数字和射频模块目前主要普遍采用ASAAC标准封装形式，电路集成度相对国内第一代航空综合化电子模块整体提升了4倍以上，体现在变频模块收发通道数量由最初的单收单发提高到现在的4收2发，信号处理模块内部集成电路芯片数量提升了一倍，芯片能力由单核变8核，模块每秒可处理的指令数提升了16倍。模块高度集成化带来电路布局、结构散热设计困难与硬件测试电路设计空间不足，传统针对底层硬件电路的BIT方法故障覆盖范围受限，需要采用新的技术方法来提升机载系统的测试诊断能力。

机载健康管理域利用先进的传感器和各种智能推理算法（如物理模型、神经网络、数据融合、模糊逻辑等）来监测机载系统自身的健康状态，完成故障的检测、隔离、预测和综合评估，以解决现代飞机不断提升的测试诊断能力要求与嵌入式测试电路体积、重量和可靠性的限制之间的矛盾。国外先进战机、民航客机与直升机均采用了机载健康管理域的设计方法，并在基础上开发了军机健康管理系统、民机中央维护系统以及直升机健康使用监控系统，提高了飞机的可靠性和安全性，降低了维护成本，取得了良好的经济效益。

目前，机载健康管理域的设计在应用到采用高度综合化架构的复杂机载系统上时，存在以下问题：1）机载系统高度综合化的设计增加了机载系统内部数字、射频信号交联的复杂性，数字总线种类由原来单一1553B总线扩展到RapidIO、CAN总线、百/千/万兆以太网等，射频信号种类和频段范围扩展了1倍以上，系统模式切换与功能重构导致数字、射频信号路由切换复杂，增加了故障传播的不确定性，叠加了电子产品故障随机性与间歇性的特点，使得系统健康评估与诊断难度加大，单个模型难以满足应用需求，需要在系统不同层次采用多模型融合解决。2）飞机健康管理域按照状态监测、故障诊断、趋势分析、故障预测、显示/记录、维修指南等功能进行结构划分，而高度综合化机载系统一般采用多模块集成的研发方式，在这种情况下，一个健康管理域的功能可能映射到多个不同的模块承制商，功能与承制商之间呈现多对多的关系，承制商工作界面划分与过程协同的难度加大。3）针对各层次的模型设计缺乏通用的诊断模型结构定义，不同能力水平的承制厂商开发出来的诊断模型质量参差不齐。

发明内容

鉴于此，本发明提供了一种多层次模型融合的机载健康管理域设计方法，与机载系统层次划分一致，具备良好的可扩展性，便于设计变更和更新本地化，减少技术更新或退化对子系统的影响；提高了模型软件的代码质量和稳定性。

本发明公开了一种多层次模型融合的机载健康管理域设计方法，包括以下步骤：

步骤1：基于构建的飞机综合状态监测与诊断系统，形成状态监测数据包；

步骤2：构建所述机载健康管理域的状态转换图；

步骤3：划分所述飞机综合状态监测与诊断系统中的接口消息；

步骤4：对所述机载健康管理域进行模型层级划分；

步骤5：建立所述机载健康管理域的健康评估与诊断模型；

步骤6：划分所述机载健康管理域的数据库表，得到多个数据表；

步骤7：建立所述数据表之间的关联关系。

进一步地，所述步骤1包括：

步骤11：将数据处理及分发层设置在数据采集及预处理层之上；其中，所述数据处理及分发层为所述机载健康管理域，且所述数据处理及分发层与采集及预处理层、数据传输层、显控及存储层共同构成所述飞机综合状态监测与诊断系统；

步骤12：所述数据采集及预处理层对机载系统的状态监测数据进行采集、预处理和封装，形成状态监测数据包，并将所述状态监测数据包通过所述数据传输层上传至所述机载健康管理域。

进一步地，所述步骤2包括：

步骤21：将所述机载健康管理域的状态划分为四种：上电自检状态、周期自检状态、维护自检状态和故障状态；

步骤22：若上电初始化成功，则由上电自检状态转换到周期自检状态；若上电初始化失败，则由上电自检状态转换到故障状态；

步骤23：在周期自检状态下，若发生致命故障，则转换到故障状态，若接收到维护自检指令，则进入到维护自检状态；

步骤24：在故障状态下，若接收到维护自检指令，则进入到维护自检状态；在维护自检状态下，若维护自检失败，则转换到故障状态，若接收到退出维护模式指令，则转换到周期自检状态。

进一步地，所述步骤3包括：

将所述机载健康管理域的外部接口消息划分为所述数据采集及预处理层与所述机载健康管理域之间的接口消息，以及所述机载健康管理域与所述显控及存储层之间的接口消息。

进一步地，所述步骤4包括：

将所述机载健康管理域划分为模块级、功能线程级、子系统级、系统级共四个层级，并设置每个层级的任务、输入和输出信息。

进一步地，所述模块级的任务为模块内部多通道电路单元之间的测试协同管控、故障时间应力分析与模块健康评估；

所述模块级的输入包括模块模型更新指令和模块启动自检指令；

所述模块级的输出包括模块工作与环境应力监测参数、模块健康评估与诊断结果；

所述功能线程级的任务为多模块测试协同管控、模块间故障关联分析与功能健康状态评估；

所述功能线程级的输入包括模块级输出的模块工作与环境应力监测参数、模块健康评估与诊断结果，以及子系统级输入的功能线程模型更新指令、功能启动自检指令；

所述功能线程级的输出包括功能线程状态监测参数、功能健康评估与诊断结果；

所述子系统级的任务为多线程测试协同管控、多线程故障关联分析与子系统剩余能力评估；

所述子系统级的输入包括功能线程级输出的功能线程状态监测参数、功能健康评估与诊断结果信息，以及系统级输入的子系统模型更新指令、子系统启动自检指令；

所述子系统级的输出包括子系统状态监测参数、软件故障报告和子系统健康评估与诊断结果；

所述系统级的任务为子系统间测试协同管控、跨子系统故障诊断与系统剩余能力评估；

所述系统级的输入包括子系统输出的子系统状态监测参数、软件故障报告和子系统健康评估与诊断结果；

所述系统级的输出包括系统健康状态概要信息和系统健康状态详细信息。

进一步地，所述步骤5包括：

基于构建的数据管理单元、诊断模型、健康评估单元、增强诊断单元、故障预测单元和诊断过程管理单元，建立机载健康管理域的健康评估与诊断模型。

进一步地，所述数据管理单元对关键信息进行响应，更新本地缓存，将外部输入信息映射到所述诊断模型，完成外部输入数据与诊断模型之间的转换；所述关键信息包括外部输入的故障报告、测试数据包、配置消息、消耗品、状态参数；

所述诊断模型对系统诊断状态相关的先验知识进行管理；

所述健康评估单元进行功能线程和模块异常检测、系统级剩余能力评估；

所述增强诊断单元采用与所述诊断模型相对独立的通用诊断推理机，进行故障溯源、故障确认以及故障关联分析；

所述故障预测单元采用基于特征趋势的预测方法，针对退化特征明显、故障规律可寻的产品或部件，进行数据收集、参数退化趋势跟踪与预测特征提取；

所述诊断过程管理单元对模型输入数据集合以及健康评估、增强诊断和故障预测过程进行协同管理，将所述健康评估单元输出的功能线程和模块的故障或退货状态传输至所述增强诊断单元或所述故障预测单元，消除关联故障，匹配退化模式，预测故障发生时间；

所述诊断过程管理单元将所述增强诊断单元和所述故障预测单元输出的结果再反馈至所述健康评估单元，为机载系统剩余能力评估提供输入。

进一步地，所述步骤6包括：

将所述机载健康管理域的数据库表划分为系统表、跨子系统诊断结果表、子系统表、软件故障报告表、网络节点状态表、功能表、功能BIT结果表、功能运行参数表、模块表、模块BIT结果表、模块工作参数表和静态BIT配置表；

所述系统表包括系统标识、跨子系统诊断结果和子系统健康状态概要信息；

跨子系统诊断结果表包括诊断结果标识、诊断时间、故障隔离结果和功能评估结果信息；

所述子系统表包括子系统标识、子系统健康状态详细信息、所属功能标识、软件故障报告以及网络节点状态信息；

所述软件故障报告表包括软件标识、故障时间、故障类型、类标识、处理器节点标识；

所述网络节点状态表包括网络标识、采集时间、节点个数、节点标识、节点状态；

所述功能表包括功能标识、功能健康状态、所属模块标识、功能自检结果、功能运行参数信息；

所述功能BIT结果表包括功能标识、采集时间、测试点数量、测试点标识或ID、测试点状态；

所述功能运行参数表包括功能标识、采集时间、参数个数、参数标识或ID、参数值；

所述模块表包括模块标识、模块健康状态、模块BIT结果和模块工作参数；

所述模块BIT结果表包括模块标识、采集时间、测试点数量、测试点标识、测试点状态；

所述模块工作参数表包括模块标识、采集时间、参数标识、参数值；

所述静态BIT配置表包括测试点数量、测试点标识、滤波类型、阈值、测试参数类型。

进一步地，所述步骤7包括：

所述系统表通过诊断结果标识与跨子系统诊断结果表关联，通过所属子系统标识与子系统表关联；

所述子系统表通过软件标识与软件故障报告表关联，通过网络标识与网络节点状态表关联，通过所属功能标识与功能表关联；

所述功能表通过功能标识与功能BIT结果表、功能运行参数表关联，通过所属模块标识与模块表关联；

所述模块表通过模块标识与模块BIT结果表、模块工作参数表关联，通过测试点标识与静态BIT配置表关联。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：

（1）本发明涉及的多层次模型融合的机载健康管理域设计方法采用了松耦合、层次化、模块化的组成架构，可保证不同层次、不同对象模型之间的独立性，便于设计变更和更新本地化，支持独立插入新技术，减少技术更新或退化对子系统的影响。

（2）机载健康管理域通用诊断模型结构的建立可促进模型软件开发过程的规范化和标准化，提高模型软件的代码质量和稳定性。

（3）面向对象的健康管理数据库设计具备良好的可扩展性，全面记录了机载系统各类型对象的状态监测与诊断数据，可用于机下进一步的间歇故障分析和复杂故障诊断。

（4）本发明提供的多层次模型融合的机载健康管理域设计方法可用于飞机综合状态监测与诊断系统设计开发，具备良好的经济效益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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发明实施例中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的一种多层次模型融合的机载健康管理域设计方法的流程示意图；

图2为本发明实施例的机载健康管理域外部接口关系示意图；

图3为本发明实施例的机载健康管理域状态转换示意图；

图4为本发明实施例的机载健康管理域接口消息示意图；

图5为本发明实施例的机载健康管理域层次划分示意图；

图6为本发明实施例的机载健康管理域通用诊断模型结构示意图；

图7为本发明实施例的机载健康管理域数据表关系示意图。

具体实施方式

结合附图和实施例对本发明作进一步说明，显然，所描述的实施例仅是本发明实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明实施例保护的范围。

参阅图1，本发明提供了一种多层次模型融合的机载健康管理域设计方法的实施例，其包括以下步骤：

S1：基于构建的飞机综合状态监测与诊断系统，形成状态监测数据包；

参阅图2，机载健康管理域处于飞机综合状态监测与诊断系统中。飞机综合状态监测与诊断系统与传统BIT系统最大的差异在于：从专业聚焦的角度，在成员级健康数据采集及预处理层之上设计了数据处理及分发层，即机载健康管理域。机载健康管理域集成各类智能推理算法及各种健康评估与诊断模型，最大化利用底层采集的各类状态监测数据，提升系统健康感知与诊断能力，支持传感器智能调度管理与自主式保障。

飞机综合状态监测与诊断系统从逻辑上可分为数据采集与预处理、数据传输、数据处理与分发、显控及存储共4个部分。机载健康管理域主要实现数据处理与分发功能，包括多个成员子系统的健康管理模型及跨子系统健康管理模型软件。健康管理域对各区域管理单元采集的模块、功能及网络的健康信息进行解析后，完成故障综合诊断与功能评估，形成故障日志记录，并按需进行健康信息分发和报告。

机载健康管理域向下通过数据传输部分和数据采集与预处理部分有接口关系。数据采集及预处理层对机载系统的状态监测数据进行采集、预处理和封装，形成状态监测数据包，并将状态监测数据包通过数据传输层上传至机载健康管理域。

数据传输部分包括两种：一种是成员级内部健康数据传输，传输手段包括CAN总线、RS485总线、百兆网、千兆网等，其中，CAN总线用于机架内模块的健康数据传输；RS485总线、百兆网用于各独立设备、天线接口单元或天线的健康数据传输；千兆网用于显控计算机模块的健康数据传输。另一种是用于各成员子系统与系统健康管理域、健康显控及存储服务器之间大规模的健康数据传输，主要采用光纤万兆网。

机载健康管理域向上通过数据传输与显控与存储部分有接口关系。其中，显控单元按空勤、地勤和维护等不同使用对象提供相应的健康信息显示和控制界面，完成功能、模块、总线网络健康状态信息显示及维护自检过程控制功能。存储单元采用数据库完成各层次健康状态信息的存储。

S2：构建机载健康管理域的状态转换图；

参阅图3，步骤21：将机载健康管理域的状态划分为四种：上电自检状态、周期自检状态、维护自检状态和故障状态；

其中，上电自检状态是机载健康管理域在飞机上电启动后自动进入的一种自检状态，在该状态下机载系统进行模块上电自检、总线网络节点状态检测和功能线程链路资源自检。

其中，周期自检状态是机载健康管理域在初始化成功后自动进入的一种周期性自检状态，在该状态下机载系统在不打断系统自身正常工作的前提下，周期性检测机载总线网络节点状态、关键硬件资源及软件的运行状态；

其中，维护自检状态是在维护模式下进行的一种深度自检状态，在该状态下机载健康管理域拥有全部的资源控制权限，具备完整的故障检测与隔离能力，可分别针对单个或多个功能及模块启动维护自检过程，设置自检参数，进行故障门限的查询和设置。

其中，系统故障状态是机载系统初始化失败或发生致命故障后进入的一种状态，在该状态下可通过维护自检转换到维护自检状态，若维护自检失败则回归到系统故障状态。

步骤22：若上电初始化成功，则由上电自检状态转换到周期自检状态；若上电初始化失败，则由上电自检状态转换到故障状态；

步骤23：在周期自检状态下，若发生致命故障，则转换到故障状态，若接收到维护自检指令，则进入到维护自检状态；

步骤24：在故障状态下，若接收到维护自检指令，则进入到维护自检状态；在维护自检状态下，若维护自检失败，则转换到故障状态，若接收到退出维护模式指令，则转换到周期自检状态。

S3：划分飞机综合状态监测与诊断系统中的接口消息；

参阅图4，将机载健康管理域的外部接口消息划分为数据采集及预处理层与机载健康管理域之间的接口消息，以及机载健康管理域与显控及存储层之间的接口消息。

更为具体地，数据采集及预处理层与机载健康管理域之间的接口消息细分为子系统健康管理请求、子系统加电自检/启动自检结果概要信息、子系统加电自检/启动自检结果详细信息、子系统周期自检结果概要信息、子系统周期结果详细信息、子系统配置数据报告、子系统静态BIT数据报告和子系统软件故障报告共八种消息类型。

更为具体地，机载健康管理域与显控及存储层之间的接口消息细分为系统健康信息查询、系统健康状态概要信息、系统健康状态详细信息、健康管理配置参数查询、健康管理配置参数设置、重点健康对象设置共六种消息类型。

S4：对机载健康管理域进行模型层级划分；

参阅图5，为便于各类算法模型的开发与集成，机载健康管理域采用松耦合、层次化、模块化的开放式模型架构，并采取如下设计原则：

1）成员子系统的结构、行为模型数据以及接口编码等专用信息应包含在子系统模型中；

2）从子系统模型中分离出通用算法，与子系统的专用诊断知识模型独立开发；

3）子系统特有的算法包含在子系统模型中；

4）基于系统配置加载模型数据库，基于子系统硬件/软件配置报告初始化模型配置。

基于上述原则，机载健康管理域的层次结构划分应该与系统自身的物理或逻辑结构划分一致，分为模块级、功能线程级、子系统级、系统级4个层次，并设置每个层级的任务、输入和输出信息。

本实施例中，模块级的任务为模块内部多通道电路单元之间的测试协同管控、故障时间应力分析与模块健康评估；

模块级的输入包括模块模型更新指令和模块启动自检指令；

模块级的输出包括模块工作与环境应力监测参数、模块健康评估与诊断结果；

功能线程级的任务为多模块测试协同管控、模块间故障关联分析与功能健康状态评估；

功能线程级的输入包括模块级输出的模块工作与环境应力监测参数、模块健康评估与诊断结果，以及子系统级输入的功能线程模型更新指令、功能启动自检指令；

功能线程级的输出包括功能线程状态监测参数、功能健康评估与诊断结果；

子系统级的任务为多线程测试协同管控、多线程故障关联分析与子系统剩余能力评估；

子系统级的输入包括功能线程级输出的功能线程状态监测参数、功能健康评估与诊断结果信息，以及系统级输入的子系统模型更新指令、子系统启动自检指令；

子系统级的输出包括子系统状态监测参数、软件故障报告和子系统健康评估与诊断结果；

系统级的任务为子系统间测试协同管控、跨子系统故障诊断与系统剩余能力评估；

系统级的输入包括子系统输出的子系统状态监测参数、软件故障报告和子系统健康评估与诊断结果；

系统级的输出包括系统健康状态概要信息和系统健康状态详细信息。

S5：建立机载健康管理域的健康评估与诊断模型；

参阅图6，机载健康管理域由不同层次、不同对象的健康评估与诊断模型构成，为便于模型软件的开发，需要定义通用的健康评估与诊断模型结构。健康评估与诊断模型组成包括数据管理、诊断模型、健康评估、增强诊断、故障预测及诊断过程管理单元。

数据管理单元是外部输入数据与诊断模型之间的转换器，对输入的故障报告、测试数据包、配置消息、消耗品、状态参数消息进行响应，根据这些消息更新本地缓存，并将消息映射到诊断模型，通过触发诊断模型的更新来对参数变化以及故障指示做出反应。数据管理单元同时管理对子系统的测试请求，建立数据请求到测试请求之间的映射。

诊断模型作为系统诊断状态的知识库，被定义为一个数据库结构对象或包含相关程序的节点，包括与诊断相关的先验知识，如参数状态、故障历时、先决条件与模型的节点关联等。针对机载系统，诊断模型应能体现故障的随机性与间歇性特点，以及故障在复杂系统层次结构模型中横向与纵向传播的不确定性行为。

健康评估单元实现对功能线程和模块的异常检测与状态评估，以及系统层次的剩余能力评估。针对机载系统的功能线程和模块，健康评估单元通过基于多参数综合的异常检测与故障时间应力分析，识别功能线程或模块的故障模式，同时确定是“硬故障”或某种工作与环境应力条件下的间歇故障。系统剩余能力评估主要综合所有功能线程和模块当前或未来的健康状态（正常、失效或退化），结合系统现阶段的工作模式和资源配置或未来时刻飞机任务要求装配的系统工作模式和资源配置，评估当前或未来时刻系统的剩余能力。

增强诊断单元采用与诊断模型开发相对独立的通用诊断推理机，实现故障溯源、故障确认以及故障关联分析（关联故障消除、虚警和漏检识别）等功能。针对机载系统，诊断推理机设计需突破测试证据不可靠、故障传播不确定以及多故障共存等工程应用难题。为了减小模糊组，诊断过程可能需要额外的测试数据，从而产生对子系统的测试请求。

故障预测单元采用基于特征趋势的预测方法，针对退化特征明显、故障规律可寻的部分产品或部件开展预测，例如模拟/射频电路性能退化（由于老化、环境或部件制作工艺可能导致其性能漂移的现象）、通信错误（由于退化引起链路非随机或过多的通信信息丢失）、直流电压漂移等情况。机上故障预测主要完成数据收集、参数退化趋势跟踪与预测特征提取，剩余寿命估计在机下完成。

诊断过程管理单元实现对模型输入数据集合以及健康评估、增强诊断和故障预测过程的协同管理。健康评估单元输出功能线程和模块的健康状态：正常、故障或退化。针对故障状态，启动增强诊断过程，消除关联故障或虚警，定位故障原因；针对退化状态，启动故障预测过程，匹配退化模式，分析退化趋势，预测故障发生时间。增强诊断和故障预测的结果再反馈到健康评估单元，为系统剩余能力评估提供输入。

S6：划分机载健康管理域的数据库表，得到多个数据表；

参阅图7，机载健康管理域数据库采用面向对象的设计理念，以系统、子系统、功能线程和模块为对象，设计高内聚、低耦合的数据结构，形成各层级对象的健康数据记录表，满足机载系统多层次的架构特点。将机载健康管理域的数据库表划分为系统表、跨子系统诊断结果表、子系统表、软件故障报告表、网络节点状态表、功能表、功能BIT结果表、功能运行参数表、模块表、模块BIT结果表、模块工作参数表和静态BIT配置表。

其中，系统表包括系统标识、跨子系统诊断结果和子系统健康状态概要信息；

跨子系统诊断结果表包括诊断结果标识、诊断时间、故障隔离结果和功能评估结果信息；

子系统表包括子系统标识、子系统健康状态详细信息、所属功能标识、软件故障报告以及网络节点状态信息；

软件故障报告表包括软件标识、故障时间、故障类型、类标识、处理器节点标识；

网络节点状态表包括网络标识、采集时间、节点个数、节点标识、节点状态；

功能表包括功能标识、功能健康状态、所属模块标识、功能自检结果、功能运行参数信息；

功能BIT结果表包括功能标识、采集时间、测试点数量、测试点标识或ID、测试点状态；

功能运行参数表包括功能标识、采集时间、参数个数、参数标识或ID、参数值；

模块表包括模块标识、模块健康状态、模块BIT结果和模块工作参数；

模块BIT结果表包括模块标识、采集时间、测试点数量、测试点标识、测试点状态；

模块工作参数表包括模块标识、采集时间、参数标识、参数值；

静态BIT配置表包括测试点数量、测试点标识、滤波类型、阈值、测试参数类型。

S7：建立数据表之间的关联关系。

系统表通过诊断结果标识与跨子系统诊断结果表关联，通过所属子系统标识与子系统表关联；

子系统表通过软件标识与软件故障报告表关联，通过网络标识与网络节点状态表关联，通过所属功能标识与功能表关联；

功能表通过功能标识与功能BIT结果表、功能运行参数表关联，通过所属模块标识与模块表关联；

模块表通过模块标识与模块BIT结果表、模块工作参数表关联，通过测试点标识与静态BIT配置表关联。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种多层次模型融合的机载健康管理域设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：基于构建的飞机综合状态监测与诊断系统，形成状态监测数据包；

步骤2：构建所述机载健康管理域的状态转换图；

步骤3：划分所述飞机综合状态监测与诊断系统中的接口消息；

步骤4：对所述机载健康管理域进行模型层级划分；

步骤5：建立所述机载健康管理域的健康评估与诊断模型；

步骤6：划分所述机载健康管理域的数据库表，得到多个数据表；

步骤7：建立所述数据表之间的关联关系；

所述步骤4包括：

将所述机载健康管理域划分为模块级、功能线程级、子系统级、系统级共四个层级，并设置每个层级的任务、输入和输出信息；

所述模块级的任务为模块内部多通道电路单元之间的测试协同管控、故障时间应力分析与模块健康评估；

所述模块级的输入包括模块模型更新指令和模块启动自检指令；

所述模块级的输出包括模块工作与环境应力监测参数、模块健康评估与诊断结果；

所述功能线程级的任务为多模块测试协同管控、模块间故障关联分析与功能健康状态评估；

所述功能线程级的输入包括模块级输出的模块工作与环境应力监测参数、模块健康评估与诊断结果，以及子系统级输入的功能线程模型更新指令、功能启动自检指令；

所述功能线程级的输出包括功能线程状态监测参数、功能健康评估与诊断结果；

所述子系统级的任务为多线程测试协同管控、多线程故障关联分析与子系统剩余能力评估；

所述子系统级的输入包括功能线程级输出的功能线程状态监测参数、功能健康评估与诊断结果信息，以及系统级输入的子系统模型更新指令、子系统启动自检指令；

所述子系统级的输出包括子系统状态监测参数、软件故障报告和子系统健康评估与诊断结果；

所述系统级的任务为子系统间测试协同管控、跨子系统故障诊断与系统剩余能力评估；

所述系统级的输入包括子系统输出的子系统状态监测参数、软件故障报告和子系统健康评估与诊断结果；

所述系统级的输出包括系统健康状态概要信息和系统健康状态详细信息；

所述步骤5包括：

基于构建的数据管理单元、诊断模型、健康评估单元、增强诊断单元、故障预测单元和诊断过程管理单元，建立机载健康管理域的健康评估与诊断模型；

所述数据管理单元对关键信息进行响应，更新本地缓存，将外部输入信息映射到所述诊断模型，完成外部输入数据与诊断模型之间的转换；所述关键信息包括外部输入的故障报告、测试数据包、配置消息、消耗品、状态参数；

所述诊断模型对系统诊断状态相关的先验知识进行管理；

所述健康评估单元进行功能线程和模块异常检测、系统级剩余能力评估；

所述增强诊断单元采用与所述诊断模型相对独立的通用诊断推理机，进行故障溯源、故障确认以及故障关联分析；

所述故障预测单元采用基于特征趋势的预测方法，针对退化特征明显、故障规律可寻的产品或部件，进行数据收集、参数退化趋势跟踪与预测特征提取；

所述诊断过程管理单元对模型输入数据集合以及健康评估、增强诊断和故障预测过程进行协同管理，将所述健康评估单元输出的功能线程和模块的故障或退货状态传输至所述增强诊断单元或所述故障预测单元，消除关联故障，匹配退化模式，预测故障发生时间；

所述诊断过程管理单元将所述增强诊断单元和所述故障预测单元输出的结果再反馈至所述健康评估单元，为机载系统剩余能力评估提供输入。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1包括：

步骤11：将数据处理及分发层设置在数据采集及预处理层之上；其中，所述数据处理及分发层为所述机载健康管理域，且所述数据处理及分发层与采集及预处理层、数据传输层、显控及存储层共同构成所述飞机综合状态监测与诊断系统；

步骤12：所述数据采集及预处理层对机载系统的状态监测数据进行采集、预处理和封装，形成状态监测数据包，并将所述状态监测数据包通过所述数据传输层上传至所述机载健康管理域。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2包括：

步骤21：将所述机载健康管理域的状态划分为四种：上电自检状态、周期自检状态、维护自检状态和故障状态；

步骤22：若上电初始化成功，则由上电自检状态转换到周期自检状态；若上电初始化失败，则由上电自检状态转换到故障状态；

步骤23：在周期自检状态下，若发生致命故障，则转换到故障状态，若接收到维护自检指令，则进入到维护自检状态；

步骤24：在故障状态下，若接收到维护自检指令，则进入到维护自检状态；在维护自检状态下，若维护自检失败，则转换到故障状态，若接收到退出维护模式指令，则转换到周期自检状态。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤3包括：

将所述机载健康管理域的外部接口消息划分为所述数据采集及预处理层与所述机载健康管理域之间的接口消息，以及所述机载健康管理域与所述显控及存储层之间的接口消息。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤6包括：

将所述机载健康管理域的数据库表划分为系统表、跨子系统诊断结果表、子系统表、软件故障报告表、网络节点状态表、功能表、功能BIT结果表、功能运行参数表、模块表、模块BIT结果表、模块工作参数表和静态BIT配置表；

所述系统表包括系统标识、跨子系统诊断结果和子系统健康状态概要信息；

跨子系统诊断结果表包括诊断结果标识、诊断时间、故障隔离结果和功能评估结果信息；

所述子系统表包括子系统标识、子系统健康状态详细信息、所属功能标识、软件故障报告以及网络节点状态信息；

所述软件故障报告表包括软件标识、故障时间、故障类型、类标识、处理器节点标识；

所述网络节点状态表包括网络标识、采集时间、节点个数、节点标识、节点状态；

所述功能表包括功能标识、功能健康状态、所属模块标识、功能自检结果、功能运行参数信息；

所述功能BIT结果表包括功能标识、采集时间、测试点数量、测试点标识或ID、测试点状态；

所述功能运行参数表包括功能标识、采集时间、参数个数、参数标识或ID、参数值；

所述模块表包括模块标识、模块健康状态、模块BIT结果和模块工作参数；

所述模块BIT结果表包括模块标识、采集时间、测试点数量、测试点标识、测试点状态；

所述模块工作参数表包括模块标识、采集时间、参数标识、参数值；

所述静态BIT配置表包括测试点数量、测试点标识、滤波类型、阈值、测试参数类型。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤7包括：

所述系统表通过诊断结果标识与跨子系统诊断结果表关联，通过所属子系统标识与子系统表关联；

所述子系统表通过软件标识与软件故障报告表关联，通过网络标识与网络节点状态表关联，通过所属功能标识与功能表关联；

所述功能表通过功能标识与功能BIT结果表、功能运行参数表关联，通过所属模块标识与模块表关联；

所述模块表通过模块标识与模块BIT结果表、模块工作参数表关联，通过测试点标识与静态BIT配置表关联。

Images