中航飞机研发中心 陕西汉中 723000
摘要：随着航空业的高速发展，人们对飞机的安全性和稳定性有了更加严苛的要求。如何快速有效地将飞机的故障隐患解决在地面，是目前各家航空公司都亟需解决的重大问题。
关键词：故障树 ；专家系统；自动驾驶仪；故障诊断
引言
飞机自动驾驶仪系统控制环节多，逻辑关系复杂，容易发生故障。因此，对于自动驾驶仪系统所发生的故障及时作出准确判断、查明故障部位、找出故障原因及排除方法，可以减少飞机维护的盲目性，有效提高航空公司的经济效益。结合飞机的实际使用情况，开发了基于故障树的飞机自动驾驶仪故障诊断专家系统。
一、故障树分析法研究
1、故障树分析法（FaultTreeAnalysis，FTA）是指对可能造成产品故障的硬件、软件、环境、人为因素进行分析，并将系统故障形成的原因由总体至部分按树枝状逐级细化，以图形演绎的方法画出故障树，从而确定故障原因的各种可能组合方式和其发生概率，评价引发故障的各种因素的相关重要度的一种分析方式，具有下述优势：
（1）可根据最小路集和最小割集，确定系统全部正常模式和故障模式；
（2）可根据底事件发生概率，求出故障模式的发生概率，并可按概率大小排序，确定各个故障模式影响大小；
（3）在每个故障模式中，底事件按关键重要性排序，确定造成故障的各底事件影响大小；
（4）可据故障树层次结构，诊断进行到要求的某一级别层次的故障原因。
正是由于故障树图形化的形式，可以清楚地表示出导致顶事件的故障原因，具有层次性强，因果关系明确等特点，因此故障树分析法被广泛应用于复杂系统的故障树分析与诊断。
由于测控设备系统结构复杂、功能繁多，故障现象不计其数，因此，本文提出一种面向测控系统的故障树模型，通过获得合理的故障传递途径，在很大程度上降低故障征兆获取的难度，即通过提供定性、定量分析的算法规则，获得较高的故障诊断识别率，提高故障诊断系统的鲁棒性。
2、故障树推理机设计
测控系统故障诊断包括2个目的：一是故障定位，即找出故障征兆对故障事件产生影响传递途径，确定故障征兆对故障事件的影响；二是故障预测，即预测故障征兆可能导致故障，评估故障事件的发生可能性。对于测控系统来讲，采用正向推理和反向推理相结合的故障树双向混合推理机制能够很好地达成上述目的。其中，正向推理用于实现故障的预测功能，而反向推理则用于实现故障定位功能。此外，由于绝大部分识别的故障征兆为故障现象描述，对应于故障树的底事件。因此，推理机的工作方式应为先依据故障征兆正向推理预测故障事件，再根据预测的故障事件反向推理定位故障原因。这种方式首先利用基本征兆快速地对系统的故障进行正向推理，获取系统的故障以及故障的诊断结果，在此过程中也可以生成系统的顶层故障列表。当系统的顶层故障诊断定位不充分时，再采用逆向推理方法，综合利用过程知识和人工知识进一步推导系统故障原因。
另外，测控系统的故障树正、反向推理均采用了带阈值和权值的可信度推理方法。下面仅给出这两种方法的推理流程。
正向推理是从已知事实出发，按照底事件→中间事件→顶事件的方向逐层进行推理，直到故障树根节点或推理终点为止。推理流程如图1所示。
2、基于框架与规则的推理机实现
在基于故障树分析法的推理方法实现中，需要利用SQLServer2008建立起5张表，分别是结论表、规则对应事实表、事实表、框架与规则对应表和框架表。那么专家系统的推理就是基于这几张表进行的，具体的过程为：在用户输入故障名称后，通过事实表找到相应的事实号，通过事实号找到对应的框架，如果是直接框架，则可以直接输出故障原因，如果是间接故障，则通过规则表找到对应的事实号，然后重复上述过程就可以了。在这里需要特别说明的是，在故障诊断的过程中，会根据最小割集重要度的大小决定底事件的诊断次序。为了更加清晰地说明系统推理的具体过程，建立一张关系图如图3所示。
在输入故障现象后，如果没有相应匹配的故障结果，则需要在原故障树的基础上增加门事件和底事件，将新的故障子树添加到原故障树中。
三、故障诊断专家系统软件设计
飞机自动驾驶仪系统故障诊断专家系统软件的设计，主要是由Visual Studio2010（c＃）和SQLServer2008完成的。
图3表的关联图
故障诊断专家系统软件主要包括４个模块程序：大型故障树预处理模块、故障树到BDD的实现、故障树分析模块（主要包括定性分析和定量分析模块）和故障诊断模块。
在大型故障树的预处理模块中，将故障树分成几个模块子树，以方便对故障树进行定性定量分析。该算法是基于Tarjan算法的，通过对故障树对应的有向图进行2次DFLM遍历，来检测其所含有的独立模块。
故障树到BDD转化主要是通过ite（if－then－else）结构对象的运算实现的。同一个事件只有一个ite对象，根据逻辑门不同，对输入项所代表ite对象进行与或操作，从最低层开始递归，最后可得一个代表整个BDD图的ite对象。
在定性分析模块中，将故障树转化成BDD图之后，用哈夫曼编码算法求得最小割集。定量分析模块的功能，是将计算顶事件概率和最小割集重要度的求法写进程序，可以看作是一个计算器的功能。故障诊断模块的功能，是采用正向推理程序连接数据库，实现故障诊断功能。
结束语
专家系统和故障树结合，可以解决专家系统知识获取难的问题，而框架和规则的融合推理，则可以让故障诊断更加高效快捷。实验证明，故障树分析方法为飞机故障诊断提供了一种快速有效的途径。
参考文献：
[1]柯铭铭，路平.故障树在无人机发射机故障诊断中的应用[J].现代电子技术，2011，34（19）：18-20.
[2]田洪伟，黄开达.遥测装备基于故障树的诊断分析方法[J].现代电子技术，2012，35（7）：120-121.
[3]李艳，罗钧文.航天器遥测数据可信度分析与研究[J].国外电子测量技术，2008，27（6）：7-8.
[4]蔡宗平，汤正平，闵海波.故障树分析法的专家系统在故障诊断中的应用[J].微计算机信息，2006，22（8）：135-138.
论文作者:时静
论文发表刊物:《基层建设》2015年22期供稿
论文发表时间:2016/3/18
标签：故障论文; 故障诊断论文; 事件论文; 专家系统论文; 系统论文; 模块论文; 飞机论文; 《基层建设》2015年22期供稿论文;