直升機武器系統故障診斷研究范文

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《火力與指揮控制》2017年第1期

摘要：戰時快速準確地查找故障部件和制定排故方案是實施戰場搶修的前提和基礎。目前武裝直升機武器系統結構組成日趨復雜，功能模塊高度集成，僅憑人工經驗進行維護難度較大。為了提高故障診斷效率，采用故障樹分析與專家經驗相結合的方法，建立了某型武裝直升機武器系統故障模型，設計了一種快速故障診斷與輔助決策系統，有效減少了維修保障人員故障排除時間，提升了故障處置效率與準確度，具有重要的實際應用價值。

關鍵詞：故障診斷，故障處置，維修保障，故障樹

0引言

武裝直升機是陸軍主戰主用型裝備，隨著武器系統性能逐步提高，結構組成日趨復雜化，功能模塊高度集成化，維護手冊與故障知識等技術資料信息海量，這些給維護保障工作增加了難度。當前，武器系統出現故障后，由專業維護保障人員采集故障現象，根據自己的經驗或查閱維護規程和故障手冊進行分析診斷，做出處理決定。在瞬息萬變的戰場環境下，僅僅憑借人工記憶或經驗，故障診斷的時效性以及結果的準確性都得不到科學保障。因此，開展對武器系統故障診斷研究是非常緊迫且必要的。故障樹分析法（FaultTreeAnalysis，FTA）是自上而下逐層展開的圖形演繹分析法，也是一種成熟的故障分析技術，其定性分析的主要目的在于找出導致頂事件發生的所有可能的故障模式，指明故障源及故障原因，提供改進方案和維修建議。同時故障樹具有表達直觀、易于建模的特點，利用故障樹描述故障規則知識，在此基礎上實現診斷推理。為了解決上述難題，本文引入故障樹分析法，并結合某型武裝直升機武器系統的診斷實際，開展武器系統故障診斷研究。將維修保障資料信息化，故障診斷方式智能化，從而減輕維修保障人員的工作壓力與負擔，提高故障診斷的效率和準確度，為維護人員和決策者提供科學有效的決策依據。

1故障樹及其建立

故障樹是基于人工智能方法的故障診斷手段。故障樹由頂事件、中間事件和底事件組成，故障樹中把故障現象稱為事件。故障樹的建立就是把系統的某一故障作為頂事件，然后分析并列出引起頂事件的直接原因，即中間事件，逐級向下進行查找，一直追查到那些最基本的原因即底事件，并用相應符號逐級連接起來，這樣就構造成了一個因果關系清晰地故障分析圖。建樹步驟如下：（1）全面掌握領域知識。牢固掌握武器系統的結構組成、功能模塊和聯動關系，清楚判明各種故障狀態，快速鎖定導致故障的某個部件，結合維護經驗與故障手冊，合理處置各類故障。（2）確定頂事件。頂事件是武器系統的故障現象。某型武裝直升機武器系統由航炮武器系統、空空導彈武器系統、空地導彈武器系統、火箭彈武器系統組成。在武器系統使用過程中，這4類武器系統都可能會出現故障，將這4類故障作為故障樹中故障分析的頂事件。（3）確定故障樹。從頂事件展開分析，逐層查找，分別找出導致4個故障發生的所有可能原因，然后逐級向下分析，直到找到引起該故障的基本原因，確定故障部件為止。為便于進一步詳細分析，主要以航炮武器系統故障為例進行介紹。

2故障知識庫中樹狀結構的表示

知識庫中表示樹型結構的方法通常有字段表示法，即把節點在樹中的層次關系用若干個字段表示出來；代碼表示法，即把節點在樹中的層次關系用一個代碼來表示；靜態指針法，即利用“指針”表示節點在樹中的層次關系。研究中采用代碼表示法和靜態指針表示法相結合的方法在知識庫中表示故障樹。在知識庫中設計了3個表，分別是：故障子樹表，采用代碼表示法。

3故障推理機

推理機是故障診斷處理的核心部分，根據用戶提供的信息，利用知識庫中存儲的知識，按一定推理策略逐步求解問題。推理機主要包括推理方法和搜索策略兩部分。

3.1推理方法常用的故障推理方法

分為正向推理法和反向推理法兩種，由于某型武裝直升機武器系統故障樹比較復雜，引起故障的原因較多，因此，系統選用基于數據庫的正向推理模式，通過用戶不斷選擇被測節點的子節點來實現推理的深入，直至找出故障原因。

3.2搜索策略故障樹的各節點

采用面向對象的表示法，存儲在故障知識庫中，節點表示的事件相當于規則的結果，其子節點事件相當于規則的條件，節點的其他數據信息相當于描述規則的各種參數。故障樹的各節點根據節點編號的不同在數據庫中確定唯一的位置，節點指針指向該節點所在的位置，搜索當前節點的父節點和子節點分別可以找到以該事件為前提的所有事件和該事件的前因事件，故障診斷軟件以用戶給出的檢測結果為依據實現指針的位置變換，通過不斷搜索子節點指針表來最終確定故障部位。用戶還可以根據節點信息中提供的經驗故障樹，優先檢測專家推薦的最有可能發生故障的部件，提高故障診斷的效率。采用這種搜索策略，能夠有效地將故障樹診斷法、專家經驗和數據庫技術緊密結合在一起，大大縮短故障診斷時間，輔助用戶盡快找到故障部件。

4系統設計與實現

該系統基于visualbasic和access數據庫開發，由人機接口、知識庫、診斷推理機、診斷規則庫、對策推理機和對策規則庫組成。當某型武裝直升機武器系統出現故障后，維修保障人員通過人機接口，將故障輸入到診斷系統的事件庫中，診斷推理機搜索事件庫，從診斷規則庫中調取以該事件為頂事件的故障樹及相應的診斷規則，進行診斷推理，診斷結論放入事件庫中，通過事件庫輸出給用戶接口和對策推理機，對策推理機調用對策規則庫中的對策規則進行推理，確定故障排除的處置方法，輸出給用戶接口，由維修保障人員執行。

5結論

在實際的裝備維修保障活動中，快速準確地實施戰場搶修工作是克敵制勝的關鍵，那么及時查找故障部件和科學制定排故方案對于戰時裝備保障指揮具有重要的意義和作用。本文采用故障樹分析的方法，建立了某型武裝直升機武器系統故障模型，設計了快速故障診斷與輔助決策系統。不僅能夠有效減少了維修保障人員故障排除時間，還能夠大幅提升故障處置效率與準確度，具有重要的實際應用價值。為使維修保障人員更為形象直觀的進行操作，下一步將建立各個部件的三維圖像，將診斷過程表示在武器系統圖像中，使診斷更為生動、人性化，提高維修技能和使用效率。

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作者：董澤委，陳偉，王旭東，張君 單位：陸軍航空兵學院