直升機(jī)武器系統(tǒng)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(zhàn)時快速準(zhǔn)確地查找故障部件和制定排故方案是實施戰(zhàn)場搶修的前提和基礎(chǔ)。目前武裝直升機(jī)武器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成日趨復(fù)雜，功能模塊高度集成，僅憑人工經(jīng)驗進(jìn)行維護(hù)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(jīng)驗相結(jié)合的方法，建立了某型武裝直升機(jī)武器系統(tǒng)故障模型，設(shè)計了一種快速故障診斷與輔助決策系統(tǒng)，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(zhǔn)確度，具有重要的實際應(yīng)用價值。

關(guān)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(jī)是陸軍主戰(zhàn)主用型裝備，隨著武器系統(tǒng)性能逐步提高，結(jié)構(gòu)組成日趨復(fù)雜化，功能模塊高度集成化，維護(hù)手冊與故障知識等技術(shù)資料信息海量，這些給維護(hù)保障工作增加了難度。當(dāng)前，武器系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，由專業(yè)維護(hù)保障人員采集故障現(xiàn)象，根據(jù)自己的經(jīng)驗或查閱維護(hù)規(guī)程和故障手冊進(jìn)行分析診斷，做出處理決定。在瞬息萬變的戰(zhàn)場環(huán)境下，僅僅憑借人工記憶或經(jīng)驗，故障診斷的時效性以及結(jié)果的準(zhǔn)確性都得不到科學(xué)保障。因此，開展對武器系統(tǒng)故障診斷研究是非常緊迫且必要的。故障樹分析法（FaultTreeAnalysis，F(xiàn)TA）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(shù)，其定性分析的主要目的在于找出導(dǎo)致頂事件發(fā)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(jìn)方案和維修建議。同時故障樹具有表達(dá)直觀、易于建模的特點，利用故障樹描述故障規(guī)則知識，在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)診斷推理。為了解決上述難題，本文引入故障樹分析法，并結(jié)合某型武裝直升機(jī)武器系統(tǒng)的診斷實際，開展武器系統(tǒng)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(fù)擔(dān)，提高故障診斷的效率和準(zhǔn)確度，為維護(hù)人員和決策者提供科學(xué)有效的決策依據(jù)。

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(xiàn)象稱為事件。故障樹的建立就是把系統(tǒng)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(jìn)行查找，一直追查到那些最基本的原因即底事件，并用相應(yīng)符號逐級連接起來，這樣就構(gòu)造成了一個因果關(guān)系清晰地故障分析圖。建樹步驟如下：（1）全面掌握領(lǐng)域知識。牢固掌握武器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成、功能模塊和聯(lián)動關(guān)系，清楚判明各種故障狀態(tài)，快速鎖定導(dǎo)致故障的某個部件，結(jié)合維護(hù)經(jīng)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(tǒng)的故障現(xiàn)象。某型武裝直升機(jī)武器系統(tǒng)由航炮武器系統(tǒng)、空空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)、空地導(dǎo)彈武器系統(tǒng)、火箭彈武器系統(tǒng)組成。在武器系統(tǒng)使用過程中，這4類武器系統(tǒng)都可能會出現(xiàn)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(dǎo)致4個故障發(fā)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(jìn)一步詳細(xì)分析，主要以航炮武器系統(tǒng)故障為例進(jìn)行介紹。

2故障知識庫中樹狀結(jié)構(gòu)的表示

知識庫中表示樹型結(jié)構(gòu)的方法通常有字段表示法，即把節(jié)點在樹中的層次關(guān)系用若干個字段表示出來；代碼表示法，即把節(jié)點在樹中的層次關(guān)系用一個代碼來表示；靜態(tài)指針法，即利用“指針”表示節(jié)點在樹中的層次關(guān)系。研究中采用代碼表示法和靜態(tài)指針表示法相結(jié)合的方法在知識庫中表示故障樹。在知識庫中設(shè)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(jī)

推理機(jī)是故障診斷處理的核心部分，根據(jù)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(jī)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(jī)武器系統(tǒng)故障樹比較復(fù)雜，引起故障的原因較多，因此，系統(tǒng)選用基于數(shù)據(jù)庫的正向推理模式，通過用戶不斷選擇被測節(jié)點的子節(jié)點來實現(xiàn)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(jié)點

采用面向?qū)ο蟮谋硎痉ǎ鎯υ诠收现R庫中，節(jié)點表示的事件相當(dāng)于規(guī)則的結(jié)果，其子節(jié)點事件相當(dāng)于規(guī)則的條件，節(jié)點的其他數(shù)據(jù)信息相當(dāng)于描述規(guī)則的各種參數(shù)。故障樹的各節(jié)點根據(jù)節(jié)點編號的不同在數(shù)據(jù)庫中確定唯一的位置，節(jié)點指針指向該節(jié)點所在的位置，搜索當(dāng)前節(jié)點的父節(jié)點和子節(jié)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(jié)果為依據(jù)實現(xiàn)指針的位置變換，通過不斷搜索子節(jié)點指針表來最終確定故障部位。用戶還可以根據(jù)節(jié)點信息中提供的經(jīng)驗故障樹，優(yōu)先檢測專家推薦的最有可能發(fā)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(jīng)驗和數(shù)據(jù)庫技術(shù)緊密結(jié)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(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

該系統(tǒng)基于visualbasic和access數(shù)據(jù)庫開發(fā)，由人機(jī)接口、知識庫、診斷推理機(jī)、診斷規(guī)則庫、對策推理機(jī)和對策規(guī)則庫組成。當(dāng)某型武裝直升機(jī)武器系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，維修保障人員通過人機(jī)接口，將故障輸入到診斷系統(tǒng)的事件庫中，診斷推理機(jī)搜索事件庫，從診斷規(guī)則庫中調(diào)取以該事件為頂事件的故障樹及相應(yīng)的診斷規(guī)則，進(jìn)行診斷推理，診斷結(jié)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(jī)，對策推理機(jī)調(diào)用對策規(guī)則庫中的對策規(guī)則進(jìn)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(zhí)行。

5結(jié)論

在實際的裝備維修保障活動中，快速準(zhǔn)確地實施戰(zhàn)場搶修工作是克敵制勝的關(guān)鍵，那么及時查找故障部件和科學(xué)制定排故方案對于戰(zhàn)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(jī)武器系統(tǒng)故障模型，設(shè)計了快速故障診斷與輔助決策系統(tǒng)。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(zhǔn)確度，具有重要的實際應(yīng)用價值。為使維修保障人員更為形象直觀的進(jìn)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(tǒng)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(xué)院