基于QAR數(shù)據(jù)的飛機系統(tǒng)故障預(yù)測與故障診斷支持系統(tǒng)研究0淫蘇L航J空0本文介紹了基于QAR數(shù)據(jù)的飛機系統(tǒng)故障預(yù)測與故障診斷支持系統(tǒng)模型的構(gòu)成和實現(xiàn)技術(shù)文章中提出的基于動態(tài)鏈表的QAR數(shù)據(jù)譯碼技術(shù)為譯碼各種機型QAR原始數(shù)據(jù)提供了一種高效的方法另外系統(tǒng)將各種診斷知識組成知識庫以譯碼后的QAR數(shù)據(jù)為分析對象以知識庫中的知識為判據(jù)最后智能地根據(jù)飛行性能給出故障預(yù)測與故障診斷信息基于QAR數(shù)據(jù)的飛機系統(tǒng)故障預(yù)測與故障診斷支持系統(tǒng)研究弓I肓QARQUICKACCESSRECORDER監(jiān)控是保障飛行安全,提高運營效率的一項科學(xué)而有效的技術(shù)手段,其監(jiān)控結(jié)果是飛行技術(shù)檢查,安全評估,安全事件調(diào)查和維護飛機的重要依據(jù)目前西方發(fā)達國家將QAR數(shù)據(jù)應(yīng)用于故障預(yù)測與故障診斷方面的研究比較多,比如有著名的飛行操作質(zhì)量保證FOQA項目國內(nèi)在這方面的研究還處于起步階段,QAR參數(shù)的譯碼還采用一種幀格式一個固定代碼段這種不可擴展式的方法譯碼,可擴展性和維護性能都比較差另外,譯碼出來的參數(shù)大部分只是再現(xiàn)給飛機系統(tǒng)工程人員觀看,然后工程人員根據(jù)實際經(jīng)驗來判斷飛機的系統(tǒng)故障信息,智能化程度不高本研究提出的系統(tǒng)中,基于動態(tài)鏈表的QAR數(shù)據(jù)譯碼技術(shù)可以很好地解決各種不同幀格式的QAR數(shù)據(jù)譯碼的難題系統(tǒng)還將飛機歷史數(shù)據(jù),飛機飛行參數(shù)標準,事件標準,故障特點,排故經(jīng)驗等信息聯(lián)系起來組成數(shù)據(jù)庫和知識庫,通過比較,學(xué)習(xí),推理等方法,最終實現(xiàn)輸出飛機故障預(yù)測報告或故障診斷報告,具有很好的實用意義1系統(tǒng)總體設(shè)計本系統(tǒng)需要自動譯碼QAR原始數(shù)據(jù),卿立勇黃圣國林鈺森/南京航空航天大學(xué)圖L系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖然后進行智能診斷,最后輸出診斷報告,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示QAR譯碼子系統(tǒng)譯碼QAR原始數(shù)據(jù),得到飛行參數(shù)的工程值,然后送人數(shù)據(jù)庫,解決了診斷對象數(shù)據(jù)來源的問題數(shù)據(jù)庫中除了存放幀格式,QAR數(shù)據(jù),航材,工具信息等數(shù)據(jù)外,還包含知識庫知識庫包括了所有診斷需要的知識,是本系統(tǒng)的核心部分診斷子系統(tǒng)主要根據(jù)用戶選擇的診斷類型,調(diào)用相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫原始數(shù)據(jù),知識庫規(guī)則進行診斷用戶接口主要負責用戶使用和管理QAR譯碼子系統(tǒng),數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和診斷子系統(tǒng)下文將詳細介紹各部分的組成和實現(xiàn)技術(shù)11QAR譯碼子系統(tǒng)該子系統(tǒng)主要負責QAR原始數(shù)據(jù)到工程值的譯碼工作國內(nèi)各大航空公司飛機種類很多,記錄器也各不相同如英美制HONEYWELL,I_CKHEED,FAIRCHILD等公司的記錄器不同機型,不同記錄器,其QAR系統(tǒng)記錄的參數(shù)個數(shù),采樣頻率,參數(shù)所在位置等信息又是不一樣的因此我們必須建立各種QAR數(shù)據(jù)幀格式的譯碼方法傳統(tǒng)的譯碼方法是對于每一種幀格式的QAR數(shù)據(jù),根據(jù)其幀格式信息,為每個參數(shù)分別編寫固定的代碼而且,對于每種幀格式的QAR譯碼,軟件只能譯碼預(yù)先設(shè)置好的一些固定參數(shù)然而,隨著工程應(yīng)用的需要,可能需要譯碼更多的參數(shù),或者要求譯碼的精度更高,需要修改參數(shù)譯碼的系數(shù),這就導(dǎo)致了原有軟件不能適應(yīng)這些新的需要本系統(tǒng)將各種幀格式的QAR參數(shù)分為模擬量,數(shù)字量,離散混合量三大類型,每種類型的參數(shù)使用一種譯碼方法系統(tǒng)首先為每一種類型建立一個動態(tài)鏈表,鏈表的節(jié)點是一個結(jié)構(gòu)體包含了一個參數(shù)的名稱,位置,譯碼需要的系數(shù),譯碼方法等信息事先由譯碼工程人員根據(jù)每種QAR數(shù)據(jù)幀格式將每個參數(shù)的名稱,位置,譯碼需要的系數(shù),譯碼方法等信息輸人相應(yīng)的參數(shù)幀格式數(shù)據(jù)庫構(gòu)造鏈表的時候,只需要查詢參數(shù)幀格式數(shù)據(jù)庫中當前譯碼幀格式QAR信息,然江蘇航空/2006第2期后給結(jié)構(gòu)體賦值,即構(gòu)造出動態(tài)鏈表譯碼的時候只需要查詢動態(tài)鏈表的信息,構(gòu)造相應(yīng)的計算公式來完成對每一個參數(shù)的譯碼這樣一來,各種幀格式的QAR譯碼都只是調(diào)用這三個大類型的譯碼方法,節(jié)省了大量的代碼,而且,用戶可以通過訪問數(shù)據(jù)庫改動參數(shù)譯碼信息,同樣增強了系統(tǒng)的擴展性和可維護性12數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫的組成由航空公司的數(shù)據(jù)和系統(tǒng)需求來確定,主要包括參數(shù)幀格式數(shù)據(jù)庫,用于保存各種QAR幀格式參數(shù)信息QAR工程值數(shù)據(jù)庫,用于存放譯碼出的各架飛機一段時間以來的QAR數(shù)據(jù)航材數(shù)據(jù)庫,用于記錄航材的件號,件名和數(shù)量等信息工具設(shè)備數(shù)據(jù)庫,用于保存工具設(shè)備號,工具設(shè)備名,數(shù)量和可使用狀態(tài)等信息參數(shù)標準數(shù)據(jù)庫,用于保存飛機系統(tǒng)參數(shù)標準數(shù)據(jù)值,飛機系統(tǒng)參數(shù)偏差門限值,飛機系統(tǒng)參數(shù)偏差告警值知識庫,用于保存進行飛機系統(tǒng)事件報告,飛行技術(shù)評估,飛行參數(shù)趨勢分析,故障預(yù)測與診斷等問題求解需要的知識系統(tǒng)診斷的依據(jù)從知識庫而來因此知識庫成為本系統(tǒng)的核心知識的表達方式有很多,比如語義網(wǎng)絡(luò),框架,產(chǎn)生式系統(tǒng),腳本等模式本系統(tǒng)采用關(guān)系模式來表達,通過表格數(shù)據(jù)來表示和實現(xiàn)兩個實體間的聯(lián)系,即用二維表來表示知識知識庫可分為事實庫和規(guī)則庫事實庫由一張張事實表構(gòu)成事實表的索引定義為事實的編號,其余字段是有關(guān)事實的說明信息,因此事實表可以看作一個數(shù)據(jù)字典規(guī)則庫主要用來存儲控制,分類和維護,使用事實的規(guī)則,是知識庫的主要部分規(guī)則由前提,結(jié)論構(gòu)成規(guī)則的表達采用IFTHEN這種條件/結(jié)論方式,一條規(guī)則可以有0到N個前提和結(jié)論組成其中前提和結(jié)論都是事實雖然規(guī)則的條件和結(jié)論可以是任意0R或,AND與的組合,但經(jīng)過適當?shù)霓D(zhuǎn)化,條件和結(jié)論都可以轉(zhuǎn)化為只包含OR或只包含AND的形式如某B737飛機“起飛滑行速度過大“的一般事件的判斷規(guī)則如IFGMUNDSPEED25ANDGROUNDSPEED8OTHEN一般事件知識庫的維護知識庫的知識要圖2數(shù)據(jù)流框圖隨著時間的推移而不斷增刪,修改,因此,知識庫的維護對系統(tǒng)的正常運行起到重要作用知識庫的維護工作主要有添加規(guī)則,知識庫的定期檢查,修改和刪除規(guī)則等方面在參考文獻中有詳細的敘述13診斷子系統(tǒng)診斷子系統(tǒng)主要以知識庫中的知識為判據(jù),以QAR工程值數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)為分析對象進行分析診斷,實現(xiàn)輸出事件報告,技術(shù)評估報告,飛行參數(shù)趨勢分析,故障預(yù)測報告等信息診斷的過程,有很大一部分是匹配過程,即判斷某些條件是否滿足系統(tǒng)采用關(guān)系模式來表達知識,并用RDBMS管理知識,可以有效利用RDBMS中優(yōu)化的查詢匹配能力,更好地執(zhí)行診斷14用戶接口用戶接口主要為用戶使用和管理系統(tǒng)提供方法對于QAR譯碼子系統(tǒng),用戶接口提供方法讓用戶選擇譯碼的QAR原始數(shù)據(jù)文件,QAR幀格式等信息,以告訴系統(tǒng)調(diào)用相應(yīng)的參數(shù)信息進行譯碼對于數(shù)據(jù)庫,用戶接口提供方法輸入數(shù)據(jù)庫的原始數(shù)據(jù),知識庫的知識等信息,并且將這些信息分廨成能數(shù)據(jù)庫中的關(guān)系表存儲,另外還提供數(shù)據(jù)庫查詢修改等功能對于診斷子系統(tǒng),用戶接口提供方法根據(jù)用戶選擇的診斷種類,調(diào)用相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)和知識庫知識進行診斷,最終輸出診斷結(jié)果2案例分析現(xiàn)在以事件報告為例,說明整個診斷流程數(shù)據(jù)流圖如圖2,可以分成幾個過程第一步,QAR譯碼系統(tǒng)譯碼QAR原始數(shù)據(jù),將QAP,數(shù)據(jù)存放人數(shù)據(jù)庫,同時將其它相關(guān)因素,如天氣,機場,飛行員操作情況等信息存人數(shù)據(jù)庫第二步,用戶選擇分析對象,分析類別事件報告等,然后系統(tǒng)自動從數(shù)據(jù)庫中調(diào)用相關(guān)數(shù)據(jù)參數(shù)值,標準值,因素等到內(nèi)存中供診斷使用第三步,系統(tǒng)根據(jù)用戶的選定,調(diào)用知識庫相關(guān)事件的判斷規(guī)則,結(jié)合數(shù)據(jù)庫送來的實測數(shù)據(jù)和相關(guān)因素等信息,確定診斷模式,最終將數(shù)據(jù)送入事件評估模塊和事件原因分析模塊第四步,事件評估模塊根據(jù)事件評估標準最終判定事件的類型,級別等信息第五步,事件原因分析模塊根據(jù)診斷出的事件,結(jié)合知識庫相關(guān)事件的知識,確定事件的原因最終結(jié)合事件評估和事件原因分析的結(jié)論,提供一個包括事件名稱,事件號,事件類別,事件有關(guān)參數(shù)的標準值,測量值,事件的原因信息的事件報告3總結(jié)本文介紹了