A novel testability model for health management of heading attitude system

Prognostics and health management (PHM) is very important to guarantee the reliability and safety of aerospace systems, and sensing and test are the precondition of PHM. Integrating design for testability into early design stage of system early design stage is deemed as a fundamental way to improve PHM performance, and testability model is the base of testability analysis and design. This paper discusses a hierarchical model-based approach to testability modeling and analysis for heading attitude system health management. Quantified directed graph, of which the nodes represent components and tests and the directed edges represent fault propagation paths, is used to describe fault-test dependency, and quantitative testability information is assigned to nodes and directed edges. The fault dependencies between nodes can be obtained by functional fault analysis methodology that captures the physical architecture and material flows such as energy, heat, data, and so on. By incorporating physics of failure models into component, the dynamic process of a failing or degrading component can be projected onto system behavior, i.e., system symptoms. Then, the analysis of extended failure modes, mechanisms and effects is utilized to construct fault evolution-test dependency. Using this integrated model, the designers and system analysts can assess the test suite’s fault detectability, fault isolability and fault predictability. And heading attitude system application results show that the proposed model can support testability analysis and design for PHM very well.     

航空机电系统测试性建模与分析新方法

针对航空机电系统测试性设计(DFT)需求,提出基于面向对象的贝叶斯网络(OOBN)与状态-测试关联灵敏度指标的系统测试性建模与分析的新方法。该建模方法能清晰地刻画系统故障与测试间的关联程度,反映复杂系统的层次结构关系。基于信息论的交叉熵原理提出状态-测试关联灵敏度指标,并给出计算方法。该指标反映复杂机电系统测试中的不确定性影响,克服了基于香农熵的测点评判分析方法的缺点,结合测试性建模获得的模型信息进行推理计算,可用于测试性的定量分析。运用该综合分析方法对飞机燃油系统进行测试性建模与分析,结果表明所提出的方法与指标在航空机电系统DFT中具有实用性。     

航空电子的故障预测与健康管理技术

分析了引发航空电子设备故障的各种因素;详细讨论了航空电子设备全寿命周期内的故障预测与健康管理（PHM）技术,包括故障检测与健康监测、健康信息处理、故障预测和余寿评估;还介绍了基于健康信息综合管理的航空电子PHM系统的设计。     

基于贝叶斯网络的分层系统可靠性分析

由于分层系统的系统结构复杂,且系统不同层次可靠性信息具有不均衡性的特点,使得分层系统的可靠性建模较为困难.考虑二态情况,通过引入贝叶斯网络描述分层系统元素间的失效关系,并考虑了系统元素间级联失效问题,结合贝叶斯多源信息融合方法,以贝叶斯网络模型为基础整合了系统各层元素的可靠性信息,构成了一种较为通用的二态分层系统可靠性分析方法.算例结果表明:该方法在贝叶斯网络模型计算过程中能够融合系统各层元素可靠性信息并有效处理级联失效问题,提高了系统可靠性后验均值估计的准确性,减小了系统可靠性结论的后验方差.      

Sensor Optimization Selection Model Based on Testability Constraint

Sensor selection and optimization is one of the important parts in design for testability. To address the problems that the traditional sensor optimization selection model does not take the requirements of prognostics and health management especially fault prognostics for testability into account and does not consider the impacts of sensor actual attributes on fault detectability, a novel sensor optimization selection model is proposed. Firstly, a universal architecture for sensor selection and optimization is provided. Secondly, a new testability index named fault predictable rate is defined to describe fault prognostics requirements for testability. Thirdly, a sensor selection and optimization model for prognostics and health management is constructed, which takes sensor cost as objective function and the defined testability indexes as constraint conditions. Due to NP-hard property of the model, a generic algorithm is designed to obtain the optimal solution. At last, a case study is presented to demonstrate the sensor selection approach for a stable tracking servo platform. The application results and comparison analysis show the proposed model and algorithm are effective and feasible. This approach can be used to select sensors for prognostics and health management of any system.     

START: System Testability Analysis and Research Tool

START, a software package for automatic test sequencing and testability analysis of complex, hierarchically described modular systems, is described, and its use in modeling systems is examined. START uses algorithms based on information theory, heuristic search, and graph theory to solve various faces of the test sequencing and testability analysis problems. A system is modeled in the failure space as a hierarchical directed graph with nodes denoting modules and testpoints and with AND nodes denoting redundancy. Interconnections among the nodes denote their immediate functional dependencies. START supports hierarchical testing in accordance with the maintenance strategy; a failure source may be isolated to a component or a module at any level. Other practical features include options to integrate diagnosis with repair (after partial diagnosis) in order to optimize test time, test cost, or test and repair cost. An interactive menu-mouse graphical interface serves as a high-level front end to these algorithms and enables the user to graphically enter and modify hierarchical functional models of systems. START presents the gist of the outputs of the testability analysis algorithms as a concise testability report consisting of important figures of merit     

故障诊断策略的优化方法

 以相关性模型为基础,综合可靠性和测试费用等因素提出了一种系统级优选测试点方法和故障诊断策略。首先根据系统的相关性矩阵,将测试性度量、故障概率和测试费用统一考虑,推导出测试点的故障诊断信息量计算公式;然后根据信息量的大小依次选择测试点,并确定出优化的故障诊断策略。所得到的故障诊断策略确保了在较低的测试费用下,使用尽可能少的测试步骤快速完成系统的故障检测和隔离。     

引气系统建模及传感器集优化分析

MADe(维修感知设计环境)是基于功能流模型、系统失效知识和测试信息的系统测试性与健康感知综合仿真分析工具。给出了功能流模型定义及其建模流程,详细分析了飞机引气系统的工作模式、层次结构、功能流及典型部件的物理失效过程,并实现了引气系统典型工况的建模。基于引气系统功能流模型和功能流传播表对传感器集进行了优化,包括传感器集的选择和诊断规则分析。仿真结果表明,该方法能有效地实现引气系统的建模,实现引气系统故障诊断与健康监控方案的优化。     

军用飞机 PHM 系统一体化设计架构分析

军用飞机故障预测与健康管理（PHM）系统设计与工程应用存在设计标准缺失、复杂度高、准确率低等问题。通过对 PHM 系统数据、结构、功能维度的设计需求分析,提出三维多相迭代设计准则;基于三维多相设计准则对 PHM 系统设计流程进行梳理;提出基于软硬件协同加速的健康管理实时化、基于知识图谱的知识逻辑可视化、基于 MBSE ...     

面向测试性虚拟验证的功能-故障-行为-测试-环境一体化模型

 由于测试性预计和测试性试验验证客观存在的困难及问题,测试性虚拟验证将在测试性工程领域发挥重要作用.根据测试性虚拟验证对模型的需求,针对传统测试性模型存在的定量特征少、导致测试性评估结果不准确等问题,提出一种功能-故障-行为-测试-环境一体化模型.首先,分析并指出该一体化模型由功能、故障、行为、测试、环境5大类要素构成.然后,在数学上对该一体化模型及其子模型进行定义和描述,分析并建立各子模型之间的关联关系.最后以某导弹及其测试系统为案例进行实验和应用研究.结果表明,在建模信息量充足的情况下,基于该一体化模型得到的测试性虚拟试验验证与评估结果较准确,能较好地支持装备测试性摸底、鉴定与验收等.     

Reliability evaluation of PMS considering coupling effect of functional and physical dependency

Aviation and aerospace system are typical Phased-Mission Systems(PMSs) featured with varying configuration, phased load condition and cross phase failure correlation. The coupling effect of Functional Dependency(FDEP) and Physical Dependency(PDEP) has a unique influence on the failure behavior of PMS. In this article, the coupling effect is analyzed, and the degradation of components is modeled with the positive drift wiener process, in which the drift coefficient is related to environmental con...     

机载系统测试性设计体系研究

军用飞机在外场表现出诊断能力不足的现象,严重影响飞机再次出动的效率。从军用飞机故障诊断 的实际使用需求出发,深入分析机载系统在设计、试验过程中存在的测试性设计问题;针对军用飞机整个研制 与使用过程,明确设计目标,提供设计、验证和评估方法,将原来相互孤立的设计工作进行整合,提出一套完整 的机载系统测试性设计体系,并对测试性设计过程中的诊断能力设计、测试性试验等关键环节进行深入剖析; 同时,在工作方法、专业定位和制度保障方面提出改进建议,能够有效促进测试性设计有机地融入机载系统的 设计过程,提升机载系统测试性水平,提高飞机综合诊断能力。     

无人机故障预测与健康管理系统研究

PHM(故障预测与健康管理)技术作为一种新兴的故障诊断与管理方法,能对无人机重要部件、系统进行全面的健康状态监控、故障检测、分析判断处理,因而在无人机技术领域得到广泛重视和长足发展.文章通过对PHM技术的分析研究,搭建了无人机故障预测与健康管理系统的总体框架,并设计了无人机故障预测与健康管理系统模块.     

飞机预测与健康管理体系结构浅析

飞机预测与健康管理(Prognostics and Health Management,PHM)是以美国JSF飞机为代表的新一代飞机自主后勤概念的核心.PHM技术的应用,有效地降低了飞机全寿命周期的使用维护费用,提高了飞机战备完好率和任务成功率,保证了飞机及其各系统能够安全、可靠、高效地运行.本文在分析了美国JSF飞机...     

可靠性系统工程的理论与技术框架

简要回顾了可靠性系统工程的形成过程,以产品故障为核心,阐述了可靠性系统工程的概念与定义,把认识产品故障发生规律和故障表现规律作为可靠性系统工程基础理论,把故障预防技术、故障控制技术和故障修复技术作为可靠性系统工程的基础技术,把基础技术的集成作为可靠性系统工程的应用技术,从而初步建立了可靠性系统工程的理论与技术框架,细化了可靠性系统工程的学科内涵。可靠性系统工程作为初现的新学科,虽然尚未达到严格定义与清晰表达的完善状态,但是我们完全有信心期待其作为一种新的方法论,帮助工程设计人员更好地完成工程系统的设计。     

民用飞机着陆系统安全性评估的故障树分析

飞机着陆系统是保障飞机安全进近着陆的关键系统,如何评估着陆系统满足安全性设计要求是系统设计的重要环节之一。阐述民用飞机安全性评估的基本流程,以微波着陆系统为例,针对给定的微波着陆系统框图,通过故障树分析方法,对完全丧失两侧微波着陆信息的失效状态进行定量评估,重点详述建树过程和建树方法。结果表明:故障树分析对系统架构的设计具有重要的指导作用,二者紧密结合、相互反馈;特别是当失效状态所对应的概率要求无法满足时,借助故障树分析产生的割集报告,能找出系统架构存在的薄弱之处和关键部位,从而采取有效的应对措施,完成对系统架构的优化设计。     

基于序贯回归的小样本测试性验证试验方案

针对现有测试性验证试验方案难以实现较小样本量下满足置信水平要求的测试性评估问题,提出了基于序贯回归的小样本测试性验证试验方案。提出并证明了成败型试验序贯样本回归可行性假设;对序贯样本进行回归分析,实现了小样本下的测试性评估;建立了评估优化方案,实现了满足置信水平要求的测试性评估。实例验证表明:该方法可同时适用于有双方风险要求和置信水平要求的场合,且完所需样本量明显减少,在案例中平均减少了22.3%,最大减少了85%。      

测试性验证中抽样方案的精确算法及应用

通过对二项分布函数单调性的讨论,提出了求解二项分布函数联立不等式的精确算法,可迅速准确地获得测试性验证的抽样方案。并研制了测试性验证软件包,可以较好地满足测试性验证的要求。     

区间不确定信息下可修系统基于幂律过程的贝叶斯可靠性评估方法研究

贝叶斯方法常用于小子样场合下航空航天等领域中可修系统的可靠性评估,由于一些不确定因素影响致使无法精确收集先验信息和/或可修系统的故障信息,但却可获得其上下界信息。针对区间不确定信息情形,本文提出多台可修系统当其失效过程服从幂律过程（PLP）时的贝叶斯可靠性分析方法,将信息先验下PLP模型基于区间信息的贝叶斯分析转化为所求目标函数恰是该先验下PLP 模型传统贝叶斯分析的约束优化问题;具体工程实例对本文所提方法的可行性,有效性进行验证。结果表明：本文所提贝叶斯可靠性分析方法能够为小子样场合下,考虑不确定性因素影响时可修系统的可靠性评估问题研究提供一种值得参考的方法。     

航空电子设备研制的测试性设计考虑

测试性是航空电子设备基本设计特性,测试性设计的好坏直接决定了航空电子设备感知自身状态(正常、故障和降级)并自动隔离内部故障的能力。从全寿命周期费用探讨了民用飞机航空电子设备开展测试性设计的必要性,给出了民用飞机研制过程中航空电子设备通用测试性设计、机内测试设计和电路及元器件的测试性设计考虑。实践证明航空电子设备开展测试性设计能有效提高民用飞机的功能安全性和维修经济性。