一种基于FACE架构的机载PHM系统的制作方法

一种基于face架构的机载phm系统
技术领域
1.本技术属于机载系统设计技术领域，特别涉及一种基于face架构的机载phm系统。


背景技术：

2.航空器机载phm系统设计与研制的复杂程度不断提升，机载phm系统软件的功能及复杂度也不断增加，单一的故障规则推理、诊断知识库等功能已经不能满足工程化机载phm系统的功能需求，亟需扩展多类型复合故障诊断方法以及配套的状态监测、地面测试、软硬件配置管理等功能。同时随着下一代机载软件环境架构（face）不断推广应用，机载phm系统软件需要在满足face架构的基础上开展设计工作。face架构的主要目的是提高航空软件在不同的软硬件目标平台上的移植性和复用性，规范业务流程，促进不同的架构之间可复用功能组件的开发。因此face架构特别注重软件功能点分离解耦以及软件功能重用，基于分层解耦设计了包括操作系统、i/o 服务、特定的平台服务（pss）、传输服务（tss）、可移植组件的五层框架结构，基于该目标可以实现在航空器设备整体层面的研发集成难度与成本的降低，但同时将导致机载设备软件研制过程中需要对接face架构设计的标准层次或接口，提升了特定机载设备软件的设计复杂程度，特别是机载phm系统软件在工程实际应用过程中需要与航空器诸多系统或部件进行信息交互，导致机载phm系统软件设计实现难度急剧增加。


技术实现要素：

3.为了解决上述技术问题至少之一，本技术设计了一种基于face架构的机载phm系统，解决工程化机载phm系统软件设计研制复杂不易维护等问题。
4.本技术提供的基于face架构的机载phm系统，所述机载phm系统以face架构中的可移植组件形式与由face架构形成的操作系统进行数据交互，所述机载phm系统包括：故障诊断模块，用于对接收的数据进行故障诊断，并将诊断结果发送至综合数据处理模块，以及通过数据适配模块向外输出；状态监测执行模块，持续运行，用于通过数据适配模块接收机载监测数据，对于监测的异常数据发送给所述故障诊断模块，由故障诊断模块进行故障诊断；地面测试执行模块，用于对接收到故障诊断模块或数据适配模块传递的请求数据启动辅助诊断，并将辅助诊断执行结果发送至故障诊断模块和数据适配模块；软硬件配置管理执行模块，用于对接收到故障诊断模块或数据适配模块传递的请求数据启动配置管理操作；综合数据处理模块，用于记载所述机载phm系统的历史运行数据，供所述故障诊断模块在进行故障诊断时的调用；以及数据适配模块，用于将机载phm系统内部的故障诊断执行模块、状态监测执行模块、地面测试执行模块、软硬件配置管理执行模块、综合数据处理模块使用的数据与机载
phm系统外部的操作系统的数据进行相互之间的转换。
5.优选的是，所述故障诊断模块包括基于规则故障诊断方法、基于案例故障诊断方法、基于寿命预测预警方法、基于智能健康评估方法共计四种故障诊断方法，所述故障诊断模块被配置成基于数据事件触发运行，用于对接收的数据依次执行上述四种故障诊断方法。
6.优选的是，所述故障诊断模块还被配置成，在执行基于寿命预测预警方法或者基于智能健康评估方法的过程中，向所述综合数据处理模块请求调用设定时间段的历史数据。
7.优选的是，所述故障诊断模块还被配置成，在执行故障诊断过程中，向所述地面测试执行模块发送由地面设备辅助完成测试的请求数据。
8.优选的是，所述地面测试执行模块在接收到故障诊断模块或数据适配模块传递的请求数据后，进一步包括基于地面测试配置数据确定对应于请求数据的测试信息，基于所述测试信息启动辅助诊断。
9.优选的是，所述数据适配模块包括数据分区处理单元，用于将接收到的数据划分为电子区域数据、控制区域数据、机械区域数据、动力区域数据。
10.优选的是，所述机载phm系统还包括配置数据，所述配置数据包括用于指示所述故障诊断模块执行的故障诊断配置数据，用于指示所述状态监测执行模块执行的状态监测配置数据，用于指示所述地面测试执行模块执行的地面测试配置数据，以及用于指示所述软硬件配置管理执行模块执行的软硬件配置管理配置数据。
11.优选的是，所述数据适配模块包括符合face架构要求的操作系统服务接口和数据传输服务接口，所述操作系统服务接口为所述机载phm系统提供基础的文件操作、运行时操作；所述数据传输服务接口为所述机载phm系统提供数据输入输出操作。
12.本技术提供了多类型复合故障诊断方法以及配套的健康管理功能，有效提升了机载phm系统软件研制能力及在航空器中工程化应用运行的效率。
附图说明
13.图1是本技术基于face架构的机载phm系统的一实施方式的系统架构图。
14.图2为本技术图1所示实施例的a部分结构放大示意图。
具体实施方式
15.为使本技术实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施方式中的附图，对本技术实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施方式是本技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，旨在用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。基于本技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本技术保护的范围。下面结合附图对本技术的实施方式进行详细说明。
16.本技术提供了一种基于face架构的机载phm系统，如图1及图2所示，所述机载phm系统以face架构中的可移植组件形式与由face架构形成的操作系统进行数据交互，所述机
载phm系统包括：故障诊断模块，用于对接收的数据进行故障诊断，并将诊断结果发送至综合数据处理模块，以及通过数据适配模块向外输出；状态监测执行模块，持续运行，用于通过数据适配模块接收机载监测数据，对于监测的异常数据发送给所述故障诊断模块，由故障诊断模块进行故障诊断；地面测试执行模块，用于对接收到故障诊断模块或数据适配模块传递的请求数据启动辅助诊断，并将辅助诊断执行结果发送至故障诊断模块和数据适配模块；软硬件配置管理执行模块，用于对接收到故障诊断模块或数据适配模块传递的请求数据启动配置管理操作；综合数据处理模块，用于记载所述机载phm系统的历史运行数据，供所述故障诊断模块在进行故障诊断时的调用；以及数据适配模块，用于将机载phm系统内部的故障诊断执行模块、状态监测执行模块、地面测试执行模块、软硬件配置管理执行模块、综合数据处理模块使用的数据与机载phm系统外部的操作系统的数据进行相互之间的转换。
17.在一些可选实施方式中，所述故障诊断模块包括基于规则故障诊断方法、基于案例故障诊断方法、基于寿命预测预警方法、基于智能健康评估方法共计四种故障诊断方法，所述故障诊断模块被配置成基于数据事件触发运行，用于对接收的数据依次执行上述四种故障诊断方法。
18.在该实施例中，故障诊断执行模块被配置成能够提供复合的故障诊断方法，包括基于规则故障诊断方法、基于案例故障诊断方法、基于寿命预测预警方法、基于智能健康评估方法，模块通过加载各方法对应的配置数据获取执行逻辑，并基于模块的调度按顺序执行，模块基于数据事件触发运行，接收到数据适配模块以及其他模块传递的数据后启动故障诊断方法，依次进行规则、案例、寿命预测预警、智能健康评估操作；以航空器发动机部件为例，其数据周期性通过数据适配模块发送至故障诊断执行模块，模块接收到数据后首先进行规则诊断，若规则上未发现异常或需要进一步诊断的操作，则停止，若发现异常则调用对应故障诊断结论，同时依照规则确认是否进行案例、寿命预测预警、智能健康评估等操作，同理直至诊断流程结束。
19.在一些可选实施方式中，所述故障诊断模块还被配置成，在执行基于寿命预测预警方法或者基于智能健康评估方法的过程中，向所述综合数据处理模块请求调用设定时间段的历史数据。
20.该实施例中，寿命预测预警、智能健康评估可以在需要的情况下读取综合数据处理模块所保存的部分历史数据以配合完成更准确的诊断操作，寿命预测预警、智能健康评估等方法一般需要结合一段时间的历史数据实现诊断结果，通过读取存储的历史数据实现上述方法的故障诊断过程。
21.在一些可选实施方式中，所述故障诊断模块还被配置成，在执行故障诊断过程中，向所述地面测试执行模块发送由地面设备辅助完成测试的请求数据。
22.该实施例中，故障诊断执行模块能够向地面测试执行模块、软硬件配置管理执行模块发送请求数据，以航空器发动机部件为例，在航空器起飞前phm软件执行规则故障诊断发现发动机参数异常，则可向地面测试执行模块发送请求数据，地面测试执行模块接收请
求后通过数据适配模块发出发动机地面测试的指令数据，由发动机配合完成地面测试并通过数据适配模块返回测试结果，以辅助完成故障诊断过程。故障诊断执行模块诊断结果通过数据适配模块输出，同时存储至综合数据处理模块。
23.状态监测执行模块、地面测试执行模块、软硬件配置管理执行模块，被配置成能够为故障诊断执行模块提供配合功能；状态监测执行模块在运行过程中始终保持运行，通过数据适配模块接收机载监测数据，并实时依据状态监测配置数据给出判断，若出现异常则传递异常数据至故障诊断执行模块启动故障诊断，同时存储记录至综合数据处理模块；地面测试执行模块基于数据事件触发运行，接收到故障诊断模块或数据适配模块传递的请求数据后启动执行，加载地面测试配置数据中对应请求数据的测试信息，并执行测试，获取结果后发送至故障诊断模块和数据适配模块，同时存储至综合数据处理模块；软硬件配置管理执行模块基于数据事件触发运行，接收到故障诊断模块或数据适配模块传递的请求数据后启动执行，加载软硬件配置管理配置数据中对应请求数据的信息，并执行配置管理操作，获取配置管理数据后发送至请求数据的模块，同时存储至综合数据处理模块。
24.数据适配模块，被配置成用于对外提供数据收发服务，应对face架构提供的数据传输接口，对内将数据处理为可供故障诊断执行模块、状态监测执行模块、地面测试执行模块、软硬件配置管理执行模块、综合数据处理模块使用的数据内容；数据适配模块取消传统非基于face架构下机载phm系统软件一般设计具有的数据采集模块，通过face架构提供的数据传输接口接收航空器整机所有系统或设备传递的数据。
25.在一些可选实施方式中，所述数据适配模块包括数据分区处理单元，用于将接收到的数据划分为电子区域数据、控制区域数据、机械区域数据、动力区域数据。
26.该实施例中，机载phm系统取消了传统非基于face架构下机载phm系统软件一般设计具有的区域级phm软件，将区域级phm软件功能全部合并至机载phm系统软件功能中，保证机载phm系统软件能够接收到原始的航空器整机实时数据，以获取更为真实有效的航空器整机状态并进行故障诊断，为了应对庞大的数据信息，由数据适配模块进行数据分区处理，将接收到的数据划分为电子区域数据、控制区域数据、机械区域数据、动力区域数据并传递数据至软件其他模块，通过基于专业类别的分区整合数据使得故障诊断逻辑可以有针对性的基于分区专业进行实施，实现更为高效和精准的故障诊断运行。
27.本技术的综合数据处理模块，可以存储数据适配模块接收到的一段时间的历史数据快照，特别的，可以针对不同类型数据定义需要存储的时间，实现不同参数的不同存储方式；模块支持存储软件运行过程中产生的诊断结果数据、状态监测异常数据、地面测试结果数据、软硬件配置管理数据；同时，综合数据处理模块支持其他模块进行数据读取的操作。
28.在一些可选实施方式中，所述机载phm系统还包括配置数据，所述配置数据包括用于指示所述故障诊断模块执行的故障诊断配置数据，用于指示所述状态监测执行模块执行的状态监测配置数据，用于指示所述地面测试执行模块执行的地面测试配置数据，以及用于指示所述软硬件配置管理执行模块执行的软硬件配置管理配置数据。
29.该实施例中，配置数据中包含全部phm软件执行逻辑，包括故障关联参数、故障规则、故障案例、寿命预测预警算法、智能健康评估算法、状态监测关联参数、状态监测判据、地面测试流程、软硬件配置基础表等；软件各模块分别加载上述配置数据后才能够正常运行，执行逻辑由配置文件决定，因此phm软件故障诊断相关逻辑修改升级只需要替换上述配
置数据，不需要修改软件代码，提升软件实际工程应用中的可维护性。以寿命预测预警算法为例，可配置基于时间序列的预测算法；以智能健康评估算法为例，可配置为基于人工智能神经网络算法或深度学习经过大量历史数据训练后获得的推理模型，随着航空器历史数据及故障样本的累积，可以不断训练新的推理模型并进行替换，增加故障诊断健康评估的准确性与可信度，为了节省航空器机载算力，训练一般设置在地面阶段进行，机载phm系统软件不设置自动学习更新模型功能。
30.在一些可选实施方式中，所述数据适配模块包括符合face架构要求的操作系统服务接口和数据传输服务接口，所述操作系统服务接口为所述机载phm系统提供基础的文件操作、运行时操作；所述数据传输服务接口为所述机载phm系统提供数据输入输出操作。
31.需要说明的是，上述实施例中所示的功能组件的实现方式可以为硬件、软件、固件或者它们的组合。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路（asic）、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本发明的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。“机器可读介质”可以包括能够存储或传输信息的任何介质。机器可读介质的例子包括电子电路、半导体存储器设备、rom、闪存、可擦除rom（erom）、软盘、cd-rom、光盘、硬盘、光纤介质、射频（rf）链路，等等。代码段可以经由诸如因特网、内联网等的计算机网络被下载。
32.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。