一种用于手持设备的飞机健康度评价方法与流程

1.本发明涉及飞机健康度评价领域，具体涉及一种用于手持设备的飞机健康度评价方法。


背景技术：

2.飞机健康评价指标体现飞机的能力，可反映单架飞机随时间健康程度的变化情况，也可在某时刻对不同飞机的健康程度进行横向比较，任务执行能力是飞机系统各功能在特定场景中的综合体现，飞机各系统的健康评价也可以通过系统在任务执行方面的能力度量反映综合健康度。现阶段有关飞机健康度评价的方法，存在开发、维护、升级成本高，分布功能弱，适用面窄等缺点，多采用浏览器/服务器方式，部署在数据机房的计算机中。通常还需要配备数据库服务器，在进行飞机健康度评价时，需要连接服务器读取飞行数据进行计算；该方法仅适用于飞行后机房内的数据分析，不便于外场保障人员实际使用，无法实现外场实时评价飞机任务执行能力，选择最优架次飞机执行对应任务的应用场景。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种适用于手持设备的健康评价方法，以飞机功能梯为基础，形成飞机级、系统级、分系统级功能模型，然后转换为评价算法模型进行评价计算，用于解决传统方法不便于外场使用的问题。
4.为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案：
5.一种用于手持设备的飞机健康度评价方法，包括：
6.通过对需要进行健康评价的不同机型飞机的安全性/可靠性分析文档、功能危害性分析文档以及失效模式影响分析文档进行梳理，以表格或故障树的形式整理出针对于每一个机型的飞机各级功能组成映射关联表；
7.基于所述映射关联表，进行健康评价模型构建；
8.将针对所有机型所建立的健康评价模型预存到手持设备中，在进行某机型的健康评价时，首先载入该机型对应的健康评价模型，并读取该机型的飞行履历信息，基于所述健康评价模型以及飞行履历信息对飞机健康度和任务执行能力进行评估。
9.进一步地，以表格的形式整理出针对于每一个机型的飞机各级功能组成映射关联表，包括：
10.根据“飞机级-系统级-分系统级”建模原则，分别设计飞机级、系统级、分系统级功能关联表；
11.其中，飞机级功能关联表用于表征飞机级功能与可能引起该功能故障的多个系统之间的交联关系；系统级功能关联表用于表征系统级功能与可能引起该功能故障的多个分系统之间的交联关系；分系统级功能关联表用于表征分系统级功能与可能引起该功能故障的设备所构成的交联关系。
12.进一步地，飞机级功能关联表的表头包括的项目有：飞机级功能编号、名称、故障
模式、涉及系统、系统功能编号、系统功能名称；系统级功能关联表的表头包含的项目有：系统级功能编号、名称、故障模式、涉及分系统、分系统功能编号，分系统功能名称；分系统级功能关联表中，表头为分系统级功能编号、分系统级功能名称、故障模式、触发条件。
13.进一步地，所述触发条件由分系统级功能对应的各设备的故障状态通过逻辑与、逻辑或组成。
14.进一步地，所述基于所述映射关联表，进行健康评价模型构建，包括：
15.将飞机级功能关联表中的每一个飞机级功能与其对应的所有系统的系统级功能关联表进行关联，并进一步将系统级功能关联表中的系统与对应的分系统的分系统级功能关联表进行关联，从而构成逐级关联的故障分析表；然后利用通用建模工具进行图形化处理，并生成xml文件，从而得到健康评价计算所需的静态结构数据作为健康评价模型。
16.进一步地，所述基于所述健康评价模型以及飞行履历信息对飞机健康度和任务执行能力进行评估，包括：
17.根据最小集合、数据库文件中飞行履历信息和用户手动输入故障码信息计算分系统级功能的剩余可用度；根据分系统级-系统级之间的邻接矩阵计算系统级功能的剩余可用度；根据系统级-飞机级之间的邻接矩阵计算飞机级功能的剩余可用度；
18.基于所述飞机级功能的剩余可用度，计算计算单机健康评价指标；根据飞机的功能-任务表计算任务的评价指标；
19.得出每一个任务的单机健康评价指标、任务的评价指标后，以雷达图的形式分别进行表示，从而进行任务执行能力的评估。
20.进一步地，所述根据最小集合、数据库文件中飞行履历信息和用户手动输入故障码信息计算分系统级功能的剩余可用度，包括：
21.如果分系统的设备故障状态的最小集合中的各故障状态之间均为“或”逻辑，则第i个分系统级功能的剩余可用度计算公式为：
[0022][0023]
其中，i为第i个分系统级功能，ni为第i个分系统级功能的故障状态个数，t为时间参数，j表示分系统中第j个发生故障的设备，λj为第j个发生故障的设备的失效率向量，t为飞机飞行时间；
[0024]
如果分系统的设备故障状态的最小集合中的各故障状态之间均为“与”逻辑，则第k个分系统级功能的剩余可用度计算公式为：
[0025][0026]
其中，k为第k个分系统级功能，nk为第k个分系统级功能的故障状态个数，t为时间参数，l表示分系统中第l个发生故障的设备，λ
l
为第j个发生故障的设备的失效率向量。
[0027]
进一步地，所述根据分系统级-系统级之间的邻接矩阵计算系统级功能的剩余可用度，包括：
[0028]
首先由邻接矩阵确立分系统级功能的串并联关系：
[0029]
如果是并联关联关系，则第j个系统级功能的剩余可用度计算：
[0030][0031]
如果是串联关联关系，则第j个系统级功能的剩余可用度计算:
[0032][0033]
其中j为第j个系统级功能，nj为第j个系统级功能所涵盖的分系统功能个数，rfa
3k
表示第k个分系统功能的剩余可用度。
[0034]
进一步地，所述根据系统级-飞机级之间的邻接矩阵计算飞机级功能的剩余可用度，包括：
[0035]
首先由邻接矩阵确立系统级功能的串并联关系；
[0036]
如果是并联关联关系，则第i个飞机级功能的剩余可用度计算：
[0037][0038]
如果是串联关联关系，则剩余可用度计算：
[0039][0040]
其中i为第i个飞机级功能，ni为第i个飞机级功能所涵盖的系统级功能的个数，rfa2j表示j个系统级的剩余功能可用度。
[0041]
进一步地，所述单机健康评价指标ha的计算公式为：
[0042][0043]
其中rfa
1i
为第i个飞机级功能的剩余可用度，n为飞机级功能的个数；
[0044]
任务的评价指标hm的计算公式为：
[0045][0046]
其中，hm为第m个任务的评价指标，rfa
1i
为支撑该任务的第i个飞机级功能剩余可用度，nm表示支撑该任务的飞机级功能的数量，通过功能-任务表得到。
[0047]
与现有技术相比，本发明具有以下技术特点：
[0048]
1.采用本方法构建功能模型和模型到算法的转换过程简便、高效，在采用轻量级本地飞行故障数据库数据的同时也支持手动输入故障码数据，满足实时评价的应用场景，具备速度快、存储、备份、迁移简单的优点；而且，无需另外配置数据库服务器，适合在移动手持设备中使用；算法模型采用动态可替换xml(可扩展标记语言)文件方式存储，与传统固化方式相比，该方式在算法升级时有明显的优势，只需替换模型文件即可实现。
[0049]
2.本方法专为手持设备便利操作设计的交互逻辑，结合了触屏特点并且高效利用手持设备有限显示空间，以数值和图形化方式显示飞机健康度、以雷达图方式评价任务执行能力、以二维曲线方式显示单机任务历史健康趋势图，提高外场保障人员操作效率。
附图说明
[0050]
图1为实施本发明的系统功能结构图。
[0051]
图2为实施本发明的评价模型转换流程图。
[0052]
图3为实施本发明的评价计算流程图。
[0053]
图4为交互逻辑图。
具体实施方式
[0054]
请参阅图1所示，为实施本发明的实施本发明的系统功能结构；本发明方法包括以下步骤：
[0055]
步骤1，通过对需要进行健康评价的不同机型飞机的安全性/可靠性分析文档、功能危害性分析(fha)文档以及失效模式影响分析(fmea)文档进行梳理，以表格或故障树的形式整理出针对于每一个机型的飞机各级功能组成映射关联表。
[0056]
根据“飞机级-系统级-分系统级”建模原则，分别设计飞机级、系统级、分系统级功能关联表；其中：
[0057]
飞机级功能关联表用于表征飞机级功能与可能引起该功能故障的多个系统之间的交联关系；
[0058]
飞机级功能关联表的表头包括的项目有：飞机级功能编号、名称、故障模式、涉及系统、系统功能编号、系统功能名称，其中：飞机级功能编号即是飞机所具备的功能(例如巡航、作战、护航等)的编号(如表1中的“1av-01”)，名称为飞机级功能编号对应名称(如示例中的“1av-01n”表示自动驾驶)，故障模式为该功能可能会出现的故障，一般为“丧失”和“意外启动”；涉及系统即为该飞机级功能关联到的系统(如示例中的“2vs”表示发动机控制)，以及系统的功能编号(如示例中的“2vs-01”)和功能名称(如示例中的“2vs-01n”)。
[0059]
下列系统和功能，首个数字代表为“1”代表飞机级，“2”代表系统级，“3”代表分系统级。设计一个示例进行说明，包含飞机级(1av)功能2个，系统2个(2vs、2af)，系统级功能3个，分系统2个(3fcs飞行控制、3vms飞机管理)，分系统级功能3个。飞机级功能关联信息如下表所示：
[0060]
表1飞机级功能关联表示例
[0061][0062]
表2系统级功能关联表示例
[0063][0064][0065]
系统级功能关联表用于表征系统级功能与可能引起该功能故障的多个分系统之
间的交联关系。系统级功能关联表的表头包含的项目有：系统级功能编号、名称、故障模式、涉及分系统、分系统功能编号，分系统功能名称，其中：
[0066]
系统级功能编号即是系统级功能的编号(如示例中的“2vs-01”)，名称为功能编号对应名称(如示例中的“2vs-01n”表示飞控系统)，故障模式为该功能会出现的故障，一般为“丧失”和“意外启动”，涉及分系统即为该系统级功能关联到的分系统(如示例中的“3fcs”)，以及分系统的功能编号(如示例中的“3fcs-01”)和分系统功能名称(如示例中的“3fcs-01n”)。
[0067]
表3分系统级功能关联表示例
[0068]
分系统功能编号分系统功能名称故障模式触发条件3vms-023vms-02n丧失f001,f002
…
3vms-033vms-03n丧失f0015,f0018
…
[0069]
分系统级功能关联表用于表征分系统级功能与可能引起该功能故障的设备所构成的交联关系。
[0070]
分系统级功能关联表中，表头为分系统级功能编号、分系统级功能名称、故障模式、触发条件中：功能编号即是分系统级功能的编号(如示例中的“3vms-02”)，故障模式为该功能会出现的故障，一般为“丧失”和“意外启动”(如示例中的“3vms-02丧失”)，触发条件表示该功能被bit或其他途径产生的故障触发的条件；其中，触发条件由分系统级功能对应的各设备的故障状态通过逻辑与、逻辑或组成。
[0071]
步骤2，基于所述映射关联表，进行健康评价模型构建：
[0072]
将飞机级功能关联表中的每一个飞机级功能与其对应的所有系统的系统级功能关联表进行关联，并进一步将系统级功能关联表中的系统与对应的分系统的分系统级功能关联表进行关联，从而构成逐级关联的故障分析表；然后利用通用建模工具进行图形化处理，并生成xml文件，从而得到健康评价计算所需的静态结构数据作为健康评价模型。
[0073]
步骤3，将针对所有机型所建立的健康评价模型预存到手持设备中，在进行某机型的健康评价时，首先载入该机型对应的健康评价模型，并读取该机型的飞行履历信息，基于所述健康评价模型以及飞行履历信息利用健康评价算法对飞机健康度(非负标量)和任务执行能力(雷达图表示的多维向量)进行评估。
[0074]
其中，所述的健康评价算法如下：
[0075]
评价算法设计根据功能划分为评价模型转换和评价计算两个子模块，其中：
[0076]
评价模型转换子模块用xml格式文件来数字化健康评价模型，分别生成飞机级与系统级、系统级与分系统级之间的邻接矩阵，并利用分系统级功能的故障触发条件计算出能引起分系统级功能故障的设备故障状态所构成的最小集合。评价模型转换请参见图3。
[0077]
评价计算子模块实现以下四个计算功能，如图3所示：
[0078]
1)根据最小集合、数据库文件(实现存放于手持设备存储介质里)中飞行履历信息和用户手动输入故障码信息计算分系统级的剩余功能可用度，具体过程如下：
[0079]
在数据库文件中依次读取故障模式的失效率向量λ、飞行时间t；
[0080]
如果分系统的设备故障状态的最小集合中的各故障状态之间均为“或”逻辑，则第i个分系统级功能的剩余可用度计算公式为：
[0081][0082]
其中，i为第i个分系统级功能，ni为第i个分系统级功能的故障状态个数，t为时间参数，j表示分系统中第j个发生故障的设备，λj为第j个发生故障的设备的失效率向量。
[0083]
如果分系统的设备故障状态的最小集合中的各故障状态之间均为“与”逻辑，则第k个分系统级功能的剩余可用度计算公式为：
[0084][0085]
其中，k为第k个分系统级功能，nk为第k个分系统级功能的故障状态个数，t为时间参数，l表示分系统中第l个发生故障的设备，λ
l
为第j个发生故障的设备的失效率向量。
[0086]
2)根据分系统级-系统级之间的邻接矩阵计算系统级功能的剩余可用度；
[0087]
首先由邻接矩阵确立分系统级功能的串并联关系：
[0088]
如果是并联关联关系，则第j个系统级功能的剩余可用度计算:
[0089][0090]
其中j为第j个系统级功能，nj为第j个系统级功能所涵盖的分系统功能个数，rfa
3k
表示第k个分系统级功能的剩余可用度。
[0091]
如果是串联关联关系，则第j个系统级功能的剩余可用度计算:
[0092][0093]
其中j为第j个系统级功能，nj为第j个系统级功能所涵盖的分系统功能个数，rfa
3k
表示第k个分系统功能的剩余可用度。
[0094]
3)根据系统级-飞机级之间的邻接矩阵计算飞机级功能的剩余可用度；
[0095]
首先由邻接矩阵确立系统级功能的串并联关系；
[0096]
如果是并联关联关系，则第i个飞机级功能的剩余可用度计算:
[0097][0098]
其中i为第i个飞机级功能，ni为第i个飞机级功能所涵盖的系统级功能的个数，rfa2j表示j个系统级功能的剩余可用度。
[0099]
如果是串联关联关系，则剩余可用度计算:
[0100][0101]
其中i为第i个飞机级功能，ni为第i个飞机级功能所涵盖的系统级功能的个数，rfa2j表示j个系统级的剩余功能可用度。
[0102]
4)根据公式计算单机健康评价指标ha、根据飞机的功能-任务表计算任务的评价指标hm。
[0103]
[0104]
其中rfa
1i
为第i个飞机级功能的剩余可用度，n为飞机级功能的个数。
[0105]
设置多个健康评价区间，评价指标落入某个评价区间，即表示飞机处于该评价区间对应的健康状态。其中，健康状态例如可以是为：完好；报故但功能完整；部分功能丧失，但飞行安全；飞行不安全。
[0106][0107]
其中，hm为第m个任务的评价指标，rfa
1i
为支撑该任务的第i个飞机级功能剩余可用度，nm表示支撑该任务的飞机级功能的数量，通过功能-任务表得到。
[0108]
其中，所述的功能-任务表用于表征飞机级功能与任务之间的关联关系，由飞机制造商提供，如下表所示。
[0109]
表4功能-任务表示例
[0110][0111]
5)得出每一个任务的评价指标后，以雷达图的形式分别进行表示，从而进行任务执行能力的评估。
[0112]
使用本方法开发过程简单、高效，不依赖数据库服务器和网络，特别适合部署于便携式手持设备中对飞机进行健康评价，并且便于升级维护。同时设计了高度结合手持设备特性的操作逻辑、实现友好、简洁的人机交互，满足外场保障人员进行实时评价飞机健康度的需求。
[0113]
实施例：
[0114]
交互逻辑设计如图4所示。主页面提供飞机架次选取、评价结果显示、数据库更新(用于更新飞行履历信息)、切换到手动输入故障码页面等功能。评价结果有三种显示方式，健康度数值显示、任务能力雷达图显示、历史健康度曲线显示。手动输入故障码页面设计实现飞机的故障信息选择，返回主页面评价计算功能。
[0115]
飞机编号完成选取后，将对当前架次飞机进行健康评价，评价结果分为四种：
[0116]
1)完好；
[0117]
2)报故但功能完整；
[0118]
3)部分功能丧失，但飞行安全；
[0119]
4)飞行不安全。
[0120]
评价结果页面上以对应颜色的圆形表示，同时支持显示相应健康度数值。对飞机任务能力的结果显示以雷达图方式和历史健康度曲线方式表达，对应6种任务的得分情况。
考虑到手持设备屏幕的尺寸限制，采用标签页切换方式显示雷达图和历史曲线图。
[0121]
每次数据库的更新操作都将引发一次评价计算并更新计算结果。
[0122]
主页面切换至故障码选择页面后，在故障选择页面手动选择对应lru的故障编码。通过点击、查询、过滤等操作将对应的故障模式编码增加到“已选编码”中。已选编码存储显示用户选取的故障编码。对已选择的编码，支持删除操作。最终保留的故障码将作为“手动输入故障码数据”返回到主页面并自动触发评价计算功能。主页面相关结果会得到实时更新。
[0123]
以上实施例仅用于说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行同等替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本技术的保护范围之内。

技术特征：
1.一种用于手持设备的飞机健康度评价方法，其特征在于，包括：通过对需要进行健康评价的不同机型飞机的安全性/可靠性分析文档、功能危害性分析文档以及失效模式影响分析文档进行梳理，以表格或故障树的形式整理出针对于每一个机型的飞机各级功能组成映射关联表；基于所述映射关联表，进行健康评价模型构建；将针对所有机型所建立的健康评价模型预存到手持设备中，在进行某机型的健康评价时，首先载入该机型对应的健康评价模型，并读取该机型的飞行履历信息，基于所述健康评价模型以及飞行履历信息对飞机健康度和任务执行能力进行评估。2.根据权利要求1所述的用于手持设备的飞机健康度评价方法，其特征在于，以表格的形式整理出针对于每一个机型的飞机各级功能组成映射关联表，包括：根据“飞机级-系统级-分系统级”建模原则，分别设计飞机级、系统级、分系统级功能关联表；其中，飞机级功能关联表用于表征飞机级功能与可能引起该功能故障的多个系统之间的交联关系；系统级功能关联表用于表征系统级功能与可能引起该功能故障的多个分系统之间的交联关系；分系统级功能关联表用于表征分系统级功能与可能引起该功能故障的设备所构成的交联关系。3.根据权利要求1所述的用于手持设备的飞机健康度评价方法，其特征在于，飞机级功能关联表的表头包括的项目有：飞机级功能编号、名称、故障模式、涉及系统、系统功能编号、系统功能名称；系统级功能关联表的表头包含的项目有：系统级功能编号、名称、故障模式、涉及分系统、分系统功能编号，分系统功能名称；分系统级功能关联表中，表头为分系统级功能编号、分系统级功能名称、故障模式、触发条件。4.根据权利要求3所述的用于手持设备的飞机健康度评价方法，其特征在于，所述触发条件由分系统级功能对应的各设备的故障状态通过逻辑与、逻辑或组成。5.根据权利要求1所述的用于手持设备的飞机健康度评价方法，其特征在于，所述基于所述映射关联表，进行健康评价模型构建，包括：将飞机级功能关联表中的每一个飞机级功能与其对应的所有系统的系统级功能关联表进行关联，并进一步将系统级功能关联表中的系统与对应的分系统的分系统级功能关联表进行关联，从而构成逐级关联的故障分析表；然后利用通用建模工具进行图形化处理，并生成xml文件，从而得到健康评价计算所需的静态结构数据作为健康评价模型。6.根据权利要求1所述的用于手持设备的飞机健康度评价方法，其特征在于，所述基于所述健康评价模型以及飞行履历信息对飞机健康度和任务执行能力进行评估，包括：根据最小集合、数据库文件中飞行履历信息和用户手动输入故障码信息计算分系统级功能的剩余可用度；根据分系统级-系统级之间的邻接矩阵计算系统级功能的剩余可用度；根据系统级-飞机级之间的邻接矩阵计算飞机级功能的剩余可用度；基于所述飞机级功能的剩余可用度，计算计算单机健康评价指标；根据飞机的功能-任务表计算任务的评价指标；得出每一个任务的单机健康评价指标、任务的评价指标后，以雷达图的形式分别进行表示，从而进行任务执行能力的评估。7.根据权利要6所述的用于手持设备的飞机健康度评价方法，其特征在于，所述根据最
小集合、数据库文件中飞行履历信息和用户手动输入故障码信息计算分系统级功能的剩余可用度，包括：如果分系统的设备故障状态的最小集合中的各故障状态之间均为“或”逻辑，则第i个分系统级功能的剩余可用度计算公式为：其中，i为第i个分系统级功能，n
i
为第i个分系统级功能的故障状态个数，t为时间参数，j表示分系统中第j个发生故障的设备，λ
j
为第j个发生故障的设备的失效率向量，t为飞机飞行时间；如果分系统的设备故障状态的最小集合中的各故障状态之间均为“与”逻辑，则第k个分系统级功能的剩余可用度计算公式为：其中，k为第k个分系统级功能，n
k
为第k个分系统级功能的故障状态个数，t为时间参数，l表示分系统中第l个发生故障的设备，λ
l
为第j个发生故障的设备的失效率向量。8.根据权利要求6所述的用于手持设备的飞机健康度评价方法，其特征在于，所述根据分系统级-系统级之间的邻接矩阵计算系统级功能的剩余可用度，包括：首先由邻接矩阵确立分系统级功能的串并联关系：如果是并联关联关系，则第j个系统级功能的剩余可用度计算：如果是串联关联关系，则第j个系统级功能的剩余可用度计算:其中j为第j个系统级功能，n
j
为第j个系统级功能所涵盖的分系统功能个数，rfa
3k
表示第k个分系统功能的剩余可用度。9.根据权利要求6所述的用于手持设备的飞机健康度评价方法，其特征在于，所述根据系统级-飞机级之间的邻接矩阵计算飞机级功能的剩余可用度，包括：首先由邻接矩阵确立系统级功能的串并联关系；如果是并联关联关系，则第i个飞机级功能的剩余可用度计算：如果是串联关联关系，则剩余可用度计算：其中i为第i个飞机级功能，n
i
为第i个飞机级功能所涵盖的系统级功能的个数，rfa2j表示j个系统级的剩余功能可用度。10.根据权利要求6所述的用于手持设备的飞机健康度评价方法，其特征在于，所述单机健康评价指标h
a
的计算公式为：
其中rfa
1i
为第i个飞机级功能的剩余可用度，n为飞机级功能的个数；任务的评价指标h
m
的计算公式为：其中，h
m
为第m个任务的评价指标，rfa
1i
为支撑该任务的第i个飞机级功能剩余可用度，n
m
表示支撑该任务的飞机级功能的数量，通过功能-任务表得到。

技术总结
本发明公开了一种用于手持设备的飞机健康度评价方法，包括：通过对需要进行健康评价的不同机型飞机的安全性/可靠性分析文档、功能危害性分析文档以及失效模式影响分析文档进行梳理，以表格或故障树的形式整理出针对于每一个机型的飞机各级功能组成映射关联表；基于所述映射关联表，进行健康评价模型构建；将针对所有机型所建立的健康评价模型预存到手持设备中，在进行某机型的健康评价时，首先载入该机型对应的健康评价模型，并读取该机型的飞行履历信息，基于所述健康评价模型以及飞行履历信息对飞机健康度和任务执行能力进行评估。本方法可有效解决传统方法不便于外场使用的问题。的问题。的问题。


技术研发人员：徐克 符佳盼 张国全 颜瑾
受保护的技术使用者：中国航空无线电电子研究所
技术研发日：2023.04.21
技术公布日：2023/8/9