航空设备故障预测与健康管理设备

维修管理中国国防科技网张嘉钟 张利国 2009-10-31 15:22:49

 

    航空装备的安全性是飞行安全的基础[1]。近10多年间,世界航空发达国家为提高航空安全水平,在以前地面安全监控手段的基础上,通过构建设备健康管理系统[2],提高飞行设备的安全性和可靠性。该系统包括设备的状态检测、状态预报、故障诊断、故障评估、故障处理等。先进民航飞机所采用的预测和健康管理系统可以通过诊断、预兆和异常状态推理程序来确定飞机可能出现的故障,并生成状态报告。在飞行过程中,如果预测和健康管理系统的状态报告对近期任务产生影响,则通过机载超高频设备直接传送给地面站,在飞机到达下一站之前,地勤人员可以做好维修方案,确保航班高效运行。
 
    预测和健康管理系统也已应用在第4代战机F-22、F-35上,在执行任务过程中,飞机自动进行状态监控和管理,自动记录和分析飞机及各系统的状态,并进行状态的预测、故障的检测和隔离,根据预测和状态信息完成系统重构,上述信息在空中通过JIDS传递给地面保障系统[2]。美国X系列超高声速飞机在设计之初就同步开展了其故障预测和健康管理系统的研究工作,这表明,维修决策工作现代化的重要途径是采用状态监测和故障诊断的智能化系统。
    我国在航空设备的故障诊断研究上也开展了多方面的工作,例如沈阳飞机设计研究所研发的飞机发动机故障诊断专家系统,北京航空航天大学研发的飞机电源系统故障诊断专家系统,以及其他单位研发的电子和电器设备故障诊断系统。然而上述工作与国外相比或与其他行业的研究工作相比依然太少,航空研究院所应充分借鉴其他行业(如电力工业系统、石油化工工业系统、电子工业系统、机械工业系统)在设备健康管理方面业已取得的成果,并将其应用到航空领域。
    由于飞机的特殊要求,如重量轻、体积小、系统复杂、机载设备多、安全性要求高等,在将其他工业系统的技术移植到航空工业的过程中,必然还有许多问题需要进一步开发、研究解决。这类问题是多方面的,例如传感器的布置,由于飞机相当多的部件在设计之初并未考虑故障诊断问题,因此未预留传感器的安装位置,或没有足够的几何空间供传感器安装,导致必要的信号无法测量;又如,由于征兆和故障并不是一一对的,所以存在如何根据征兆来判别故障的问题;还有如何提取故障征兆信息的问题,等等。所以应当对上述理论和技术开展深入的研究。
    故障预测和健康管理平台的功能与结构
    任何一种设备都是根据预定的设计目的和功能实施的,该设备应包括三大基本功能,即故障预测、故障诊断和维修决策。其结构层次可视具体功能而定,例如,武器装备故障预测及健康管理系统由用户层、应用层和支撑层组成,采用分布式C/S结构。故障诊断预测模块接收异常状态信息并进行判断,故障趋势预测模块接收趋势信息,将诊断和预测结果供给分析决策模块综合诊断预测结果,以采取相应的控制措施,并提供维修需求信息[3]。由于采用的技术不同,系统的构建也是多样化的,例如飞机发动机故障诊断测试系统。由自动化测试设备(ATE)对发动机进行实时检测和全面的数据采集,完成测试控制功能。ATE采用现代流行的VXI总线技术实现,专家系统可通过数据共享或网络通信的方式获取ATE测试数据库的数据,调用诊断知识库中的知识和规则进行推理,完成发动机的故障诊断。
    1 大型故障分析系统
    大型系统多采用分布式总线结构,如图2所示的的机械设备工况监视与故障诊断系统,计算机监测分析与诊断系统不但可以在线实时监测大型系统的运行状态,还可以根据现场的检测数据实现越限报警、实时故障分析与诊断等功能。前端智能采集器具有多种形式,目前的趋势是采用小型化的系统,如智能信号变送器,CSi变送器模块即是其中的一种。CSi9210机械设备状态变送器是艾默生公司为机械设备健康管理研制的状态变送器,通过在智能仪表中植入预测诊断软件来监测和分析旋转设备的健康状态,该仪表可向操作及维护人员传输操作信息以预防生产的中断。CSi9210机械设备状态变送器是第一种能诊断电机和泵的轴承失效、联轴器不对中、电机电气问题、泵的气蚀及不平衡等的智能化现场总线仪表。新的设备使用内置的分析引擎,可精确地发现潜在的故障。这些信息将通过现场总线协议传送到过程自动化系统和AMS™Suite设备,智能设备管理系统预测诊断软件为用户提供了一种获得电机泵类设备实时状态信息的有效方法。有了这些实时信息,操作人员可以方便地查看旋转设备状态,获得有关机械设备的信息并采取措施改进工厂机械设备的可用性和性能。这款全新的仪表是工厂机械设备健康管理的基础

上一篇石化企业检修安全要点 下一篇民用飞机上复合材料的应用与维修
[责任编辑:流苏]