某型武装直升机武器系统故障诊断研究

董泽委，陈伟，王旭东，张君

（陆军航空兵学院，北京101123）

某型武装直升机武器系统故障诊断研究

董泽委，陈伟，王旭东，张君

（陆军航空兵学院，北京101123）

战时快速准确地查找故障部件和制定排故方案是实施战场抢修的前提和基础。目前武装直升机武器系统结构组成日趋复杂，功能模块高度集成，仅凭人工经验进行维护难度较大。为了提高故障诊断效率，采用故障树分析与专家经验相结合的方法，建立了某型武装直升机武器系统故障模型，设计了一种快速故障诊断与辅助决策系统，有效减少了维修保障人员故障排除时间，提升了故障处置效率与准确度，具有重要的实际应用价值。

故障诊断，故障处置，维修保障，故障树

0 引言

武装直升机是陆军主战主用型装备，随着武器系统性能逐步提高，结构组成日趋复杂化，功能模块高度集成化，维护手册与故障知识等技术资料信息海量，这些给维护保障工作增加了难度。

当前，武器系统出现故障后，由专业维护保障人员采集故障现象，根据自己的经验或查阅维护规程和故障手册进行分析诊断，做出处理决定。在瞬息万变的战场环境下，仅仅凭借人工记忆或经验，故障诊断的时效性以及结果的准确性都得不到科学保障。因此，开展对武器系统故障诊断研究是非常紧迫且必要的。

故障树分析法（Fault Tree Analysis，FTA）是自上而下逐层展开的图形演绎分析法，也是一种成熟的故障分析技术［1］，其定性分析的主要目的在于找出导致顶事件发生的所有可能的故障模式，指明故障源及故障原因，提供改进方案和维修建议。同时故障树具有表达直观、易于建模的特点，利用故障树描述故障规则知识，在此基础上实现诊断推理。为了解决上述难题，本文引入故障树分析法，并结合某型武装直升机武器系统的诊断实际，开展武器系统故障诊断研究。将维修保障资料信息化，故障诊断方式智能化，从而减轻维修保障人员的工作压力与负担，提高故障诊断的效率和准确度，为维护人员和决策者提供科学有效的决策依据。

1 故障树及其建立

故障树是基于人工智能方法的故障诊断手段。故障树由顶事件、中间事件和底事件组成，故障树中把故障现象称为事件。故障树的建立就是把系统的某一故障作为顶事件［2］，然后分析并列出引起顶事件的直接原因，即中间事件，逐级向下进行查找，一直追查到那些最基本的原因即底事件，并用相应符号逐级连接起来，这样就构造成了一个因果关系清晰地故障分析图。建树步骤如下：

（1）全面掌握领域知识。牢固掌握武器系统的结构组成、功能模块和联动关系，清楚判明各种故障状态，快速锁定导致故障的某个部件，结合维护经验与故障手册，合理处置各类故障。

（2）确定顶事件。顶事件是武器系统的故障现象。某型武装直升机武器系统由航炮武器系统、空空导弹武器系统、空地导弹武器系统、火箭弹武器系统组成。在武器系统使用过程中，这4类武器系统都可能会出现故障，将这4类故障作为故障树中故障分析的顶事件。

（3）确定故障树。从顶事件展开分析，逐层查找，分别找出导致4个故障发生的所有可能原因，然后逐级向下分析，直到找到引起该故障的基本原因，确定故障部件为止。为便于进一步详细分析，主要以航炮武器系统故障为例进行介绍，故障树模型如图1所示。

2 故障知识库中树状结构的表示

知识库中表示树型结构的方法通常有字段表示法，即把节点在树中的层次关系用若干个字段表示出来；代码表示法，即把节点在树中的层次关系用一个代码来表示；静态指针法，即利用“指针”表示节点在树中的层次关系。

研究中采用代码表示法和静态指针表示法相结合的方法在知识库中表示故障树。在知识库中设计了3个表，分别是：

故障子树表，表结构如表1所示，采用代码表示法。表1中字段GZZS1表示故障子树中的顶事件，分别表示4个故障树中的第1层。

表1 故障子树表

故障现象和部位表，表结构如表2所示，采用代码表示法和静态指针法相结合的方法。表2中字段GZZS2（故障子树2层）所表示的是每个故障子树的第2级节点，如3-2表示该节点是第3个故障子树第2层的第2个节点，即表示中间事件。

表2 故障现象及部位表

故障原因及处置方法表，表结构如表3所示，表3中字段GZZS3所表示的是每个故障子树的第3级节点，如1-2-3表示该节点属于第1个故障子树的第3层，且是节点1-2的第3个子节点，字段GZYY表示故障原因即底事件也就是第4级节点，字段GZCZ表示针对该故障的处置方法。

表3 故障原因及处置方法表

3 故障推理机

推理机是故障诊断处理的核心部分，根据用户提供的信息，利用知识库中存储的知识，按一定推理策略逐步求解问题［3］。推理机主要包括推理方法和搜索策略两部分。

3.1 推理方法

常用的故障推理方法分为正向推理法和反向推理法两种，由于某型武装直升机武器系统故障树比较复杂，引起故障的原因较多，因此，系统选用基于数据库的正向推理模式，通过用户不断选择被测节点的子节点来实现推理的深入，直至找出故障原因。

3.2 搜索策略

故障树的各节点采用面向对象的表示法，存储在故障知识库中，节点表示的事件相当于规则的结果，其子节点事件相当于规则的条件，节点的其他数据信息相当于描述规则的各种参数。故障树的各节点根据节点编号的不同在数据库中确定唯一的位置，节点指针指向该节点所在的位置，搜索当前节点的父节点和子节点分别可以找到以该事件为前提的所有事件和该事件的前因事件，故障诊断软件以用户给出的检测结果为依据实现指针的位置变换，通过不断搜索子节点指针表来最终确定故障部位。用户还可以根据节点信息中提供的经验故障树，优先检测专家推荐的最有可能发生故障的部件，提高故障诊断的效率。采用这种搜索策略，能够有效地将故障树诊断法、专家经验和数据库技术紧密结合在一起，大大缩短故障诊断时间，辅助用户尽快找到故障部件。具体推理过程如图2所示。

4 系统设计与实现

该系统基于visual basic和access数据库开发，由人机接口、知识库、诊断推理机、诊断规则库、对策推理机和对策规则库组成。系统结构组成如图3所示。

当某型武装直升机武器系统出现故障后，维修保障人员通过人机接口，将故障输入到诊断系统的事件库中，诊断推理机搜索事件库，从诊断规则库中调取以该事件为顶事件的故障树及相应的诊断规则，进行诊断推理，诊断结论放入事件库中，通过事件库输出给用户接口和对策推理机，对策推理机调用对策规则库中的对策规则进行推理，确定故障排除的处置方法，输出给用户接口，由维修保障人员执行。

5 结论

在实际的装备维修保障活动中，快速准确地实施战场抢修工作是克敌制胜的关键，那么及时查找故障部件和科学制定排故方案对于战时装备保障指挥具有重要的意义和作用。本文采用故障树分析的方法，建立了某型武装直升机武器系统故障模型，设计了快速故障诊断与辅助决策系统。不仅能够有效减少了维修保障人员故障排除时间，还能够大幅提升故障处置效率与准确度，具有重要的实际应用价值。为使维修保障人员更为形象直观的进行操作，下一步将建立各个部件的三维图像，将诊断过程表示在武器系统图像中，使诊断更为生动、人性化，提高维修技能和使用效率。

［1］张磊，李明军.基于故障树的地铁屏蔽门故障诊断专家系统的设计［J］.计算机测量与控制，2015，23（3）：770-772.

［2］倪松松，阳宁，李力.基于扩展故障树的采煤机故障诊断专家系统研究［J］.矿冶工程，2015，35（2）：15-19.

［3］周琦钧，赵秋颖，朱明明.基于故障树的航天测控系统故障诊断方法［J］.现代电S子技术，2015，38（7）：103-106.

［4］郭岱，朱兆霞，张福建.采煤机泵电机起启动故障树分析［J］.煤炭技术，2015，34（4）：283-285.

［5］陈德道，安虎平.基于模糊故障树的数控机床故障诊断方法［J］.机床与液压，2015，43（5）：177-180.

Research of a Certain Armed Helicopter Weapon System Fault Diagnosis

DONG Ze-wei，CHEN Wei，WANG Xu-dong，ZHANG Jun
（Army Aviation Institute,Beijing 101123，China）

In time of war,finding the failure parts and troubleshooting scheme rapidly and accurately is the premise and foundation of battlefield repair.At present,the armed helicopter weapon system structure is increasingly complex,and function module is highly integrated,maintenance only by artificial experience is very difficult.In order to improve the efficiency of fault diagnosis,this article adopts the method of combining fault tree analysis and expert experience,a certain armed helicopter weapon system failure model is established,a fast fault diagnosis and aided decision system is designed. It reduces the trouble clearing time of maintenance support personnel effectively,improves efficiency and accuracy of the fault disposal.Thus the research has the important practical application value.

fault diagnosis，fault disposal，maintenance support，fault tree

TP183

A

1002-0640（2017）01-0150-04

2015-11-12

2016-02-17

董泽委（1985-），男，河北人，硕士研究生。研究方向：航空军械。