一种机载维护与健康管理仿真系统及仿真方法与流程

本发明涉及民用航空，具体涉及机载维护与健康管理系统的仿真领域，尤其涉及基于多系统联合仿真的一种机载维护与健康管理仿真系统及仿真方法。

背景技术：

1、飞行数据在民用航空领域有着非常重要的作用，不仅可以用于飞行事故的分析，还可以用于判定飞行品质、诊断机载设备或系统的故障，对飞行数据的合理分析可以降低飞行阶段机载设备或者系统的故障率，充分提高飞行安全。

2、随着现代飞机飞行数据量的增加，机载维护与健康管理系统承担起预测监测与预测飞机系统趋势的任务。航空公司可以通过机载维护与健康管理系统监控飞机系统的性能，并进行维护数据的趋势分析。由于机载维护与健康管理系统可以有效地提高飞机的可靠性、安全性和维护性，从飞行安全角度以及航司的经济性角度来讲，机载维护与健康管理系统具有非常重要的作用。所以对机载维护与健康管理系统的研究就显得尤为重要。

3、目前，对机载维护与健康管理系统的研究主要通过仿真平台的方式开展，通过定制状态监控参数和逻辑实现对飞机状态的监控，通过对飞机各系统的参数仿真，以及参数及状态监控逻辑的编辑，可以总结状态监控所需的参数并优化监控模型。建立信号仿真激励器，按照大型客机的安全监控需求和参数评价体系，仿真实现各种类型的信号输出。对各系统的参数影响与耦合关系进行研究，实现参数之间的耦合输出，来支撑对健康管理系统的系统设计和机载实现。

4、现阶段对机载系统的仿真，主要集中于对机载系统的功能仿真，对各系统的状态参数以及故障信息则局限于基于基础事件的故障逻辑的仿真，基础事件则主要通过教员台或者控制软件直接设置来实现，这种情况下对机载各系统的状态及故障仿真，只能验证机载各系统的故障逻辑，并不能反映真实飞行状态下的系统状态，基于机载各系统仿真数据的机载维护与健康管理系统的仿真与验证也就无法实现对飞机状态监控、故障及趋势预测的详尽覆盖。

技术实现思路

1、为解决现有技术中的问题，本发明提供一种机载维护与健康管理仿真系统，该机载维护与健康管理仿真系统通过对真实机载系统中各系统的功能和状态进行联合仿真，进而可以为机载维护与健康管理仿真单元提供机载系统的功能参数和状态信息，让整个仿真系统更真实和贴近真实故障现状，为机载维护与健康管理系统的技术研发提供更可靠的分析。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种机载维护与健康管理仿真系统，包括机载系统仿真单元、机载维护与健康管理系统仿真单元；

3、所述机载系统仿真单元用于根据对应的真实机载系统，对真实机载系统的各种状态参数以及各种故障信息进行仿真，并对对应飞行状态下的真实机载系统状态进行仿真；

4、所述机载维护与健康管理系统仿真单元用于根据对应的真实机载维护与健康管理系统，基于真实机载维护与健康管理系统的人机交互综合管理机制、中央维护功能、飞机状态监控功能、数据加载功能、页面设计以及维护数据报文格式，建立真实机载维护与健康管理系统的仿真测试环境与页面的动态仿真，完成相关的仿真与性能测试。

5、优选的技术方案，所述机载系统仿真单元包括基础事件仿真模块、数据转换模块、教员控制模块、系统功能仿真模块；

6、所述基础事件仿真模块，用于依据对应的真实机载系统的故障树，分析出对应故障的基础事件，并对基础事件进行归类，再根据不同类型的基础事件建立对应的模型，进行仿真；基础事件仿真模块用于对故障树中的基础事件所属的元器件或设备的其物理特性建模，仿真故障树中基础事件所属的元器件或设备在机载环境下的运行状态，将基础事件的产生与元器件或者设备的物理特性相结合，更接近真实运行环境下的故障生成逻辑。

7、所述数据转换模块，用于依据对应的真实机载系统的故障树、设备技术参数以及相关的技术标准，对基础事件仿真模块的仿真结果进行运算，并输出对应基础事件状态至系统功能仿真模块；该模块内置故障树、元器件或者设备icd文件以及元器件或者设备的相关技术标准，通过关键字识别基础事件，获取基础事件的仿真结果，结合接口控制文件和相关技术标准对仿真结果进行判断，得出基础事件的状态信息。

8、所述教员控制模块设置有界面；在该界面可输入基础事件仿真模块未覆盖的故障信息或者状态参数，并将该故障信息或者状态参数激励输出至系统功能仿真模块，与基础事件仿真模块产生的基础事件状态耦合；

9、所述系统功能仿真模块，用于依据对应的真实机载系统的真实运行逻辑进行功能仿真，产生定义的接口数据，并依据数据转换模块和教员控制模块产生的基础事件状态进行故障逻辑运算，产生机载维护与健康管理系统仿真单元需要的故障参数值或故障状态信息。

10、优选的技术方案，所述基础事件仿真模块通过ansys仿真软件构建对应真实机载系统的基础事件的故障，并输出对应故障的故障状态信息、故障参数值。

11、优选的技术方案，所述基础事件仿真模块可输出的故障状态信息包括线缆丧失、器件超温，所述基础事件仿真模块可输出的故障参数值包括器件温度。

12、优选的技术方案，所述教员控制模块可通过设置激励对传感器的元器件级别的故障进行仿真。

13、优选的技术方案，系统功能仿真模块为基于simulink软件的仿真。

14、优选的技术方案，所述机载维护与健康管理系统仿真单元包括综合管理模块、维护访问终端、驾驶舱效应仿真模块、显示终端；

15、所述综合管理模块用于接收系统功能仿真模块生成的故障参数值或故障状态信息并进行数据处理，对驾驶舱效应仿真模块进行统一调度管理；

16、所述维护访问终端用于将对应真实机载维护与健康管理系统的监控逻辑仿真加载给机载维护与健康管理系统仿真单元，并可查看机载维护与健康管理系统仿真单元产生的维护报告；

17、所述驾驶舱效应仿真模块用于接收综合管理模块处理过的故障参数值和故障状态信息，依据对应真实机载维护与健康管理系统的驾驶舱效应进行逻辑仿真，生成仿真的驾驶舱效应；

18、所述显示终端用于接收综合管理模块输出的故障参数值和故障状态信息、以及驾驶舱效应仿真模块输出的驾驶舱效应，并进行人机交互显示。

19、优选的技术方案，所述机载维护与健康管理系统仿真单元还可外接便携式维护访问终端。

20、本发明还提供一种机载维护与健康管理仿真方法，其包括以下步骤：

21、基础事件仿真模块依据对应的真实机载系统的故障树，分析出对应故障的基础事件，并对基础事件进行归类，再根据不同类型的基础事件建立对应的模型，进行仿真；

22、数据转换模块依据对应的真实机载系统的故障树、设备技术参数以及相关的技术标准，对基础事件仿真模块的仿真结果进行运算，并输出对应基础事件状态至系统功能仿真模块；

23、在教员控制模块通过界面输入基础事件仿真模块未覆盖的故障信息或者状态参数，并将该故障信息或者状态参数激励输出至系统功能仿真模块，与基础事件仿真模块产生的基础事件状态耦合；

24、系统功能仿真模块依据对应的真实机载系统的真实运行逻辑进行功能仿真，产生定义的接口数据，并依据数据转换模块和教员控制模块产生的基础事件状态进行故障逻辑运算，产生机载维护与健康管理系统仿真单元需要的故障参数值或故障状态信息；

25、机载维护与健康管理系统仿真单元基于真实机载维护与健康管理系统的人机交互综合管理机制、中央维护功能、飞机状态监控功能、数据加载功能、页面设计以及维护数据报文格式，建立真实机载维护与健康管理系统的仿真测试环境与页面的动态仿真，接收机载系统仿真单元的系统功能仿真模块发来的故障参数值或故障状态信息，完成相关的仿真与性能测试。

26、优选的技术方案，其包括以下步骤：

27、所述基础事件仿真模块采用ansys仿真构建对应真实机载系统的基础事件的故障，并判断构建的基础事件的故障对应的基础事件参数是否正确，如果不正确则继续进行ansys仿真，如果正确，则通过数据转换模块将基础事件仿真模块的仿真结果激发为基础事件状态信息；数据转换模块同时判断激发的基础事件状态信息是否在预制的范围内，如果没有在预制的范围内，则数据转换模块继续处理基础事件仿真模块的仿真结果，如果在预制的范围内，则输出对应基础事件状态信息至系统功能仿真模块；通过设置激励数据形式，在教员控制模块将基础事件仿真模块未覆盖的故障信息或者状态参数输出至系统功能仿真模块；系统功能仿真模块将来自教员控制模块的故障信息或者状态参数与基础事件仿真模块产生的基础事件状态进行耦合，并进行simulink仿真，产生机载维护与健康管理系统仿真单元需要的故障参数值或故障状态信息；机载维护与健康管理系统仿真单元基于真实机载维护与健康管理系统的人机交互综合管理机制、中央维护功能、飞机状态监控功能、数据加载功能、页面设计以及维护数据报文格式，建立真实机载维护与健康管理系统的仿真测试环境与页面的动态仿真，接收机载系统仿真单元的系统功能仿真模块发来的故障参数值或故障状态信息，完成相关的仿真与性能测试。

28、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

29、1、本发明对机载系统的功能仿真通过依据对应的真实机载系统的功能搭建的仿真模型来实现。对于机载系统的状态和故障的仿真通过教员控制模块和基础事件仿真模块来实现，其中，基础事件仿真模块主要由ansys等仿真软件构建，实现对真实机载系统中各系统的基础事件的故障进行仿真。对于无法构建的基础事件，则通过教员控制模块设置激励实现，如传感器的元器件级别的故障。基础事件仿真模块除了输出状态信息，如线缆丧失、器件超温等，还输出对应的具体参数值，如器件温度。机载系统仿真单元的系统功能仿真模块接收基础事件仿真模块的参数，用于进行后续的系统功能仿真，接收基础事件仿真模块的状态信息，通过系统功能仿真模块中的故障逻辑处理模块处理后，形成机载系统的故障状态信息，并输出机载系统的故障状态信息至机载维护与健康管理系统仿真反应，机载维护与健康管理系统仿真单元接收该故障状态信息后，通过综合管理内部的故障处理模型、以及驾驶舱效应仿真进行关联模型，实现机载维护与健康管理显示页面的动态仿真，并输出至显示终端，构建机载维护与健康管理系统的仿真测试环境，完成基于机载系统联合仿真的机载维护与健康管理系统仿真与仿真方法的分析。

30、2、本发明将机载维护与健康管理系统仿真单元与机载系统仿真单元结合起来，使用机载系统仿真单元产生的状态信息和参数信息，解决了机载维护与健康管理系统仿真单元的数据来源问题，确保机载维护与健康管理系统仿真单元的页面设计和维护数据报文格式有确切的数据来源，可以实现其页面的动态仿真。

31、3、在机载系统仿真单元中增加了基础事件模块，通过ansys等仿真软件对构建的机载系统/设备模型进行热、电磁、振动等多物理场仿真分析，产生机载系统故障基础事件的数据来源。

32、4、在机载系统仿真单元中增加数据转换模块，结合机载系统故障树、设备/系统接口文件和对应技术标准，通过关键字识别出基础事件，对基础事件模块中通过ansys等仿真软件产生的基础事件数据进行运算和逻辑判断，产生基础事件状态信息，解决了以往机载维护与健康管理系统仿真单元中的故障基础事件来源问题，实现了对机载系统故障的基础事件的仿真，为机载维护与健康管理系统仿真单元提供了更精准的数据源。

33、5、在教员控制模块中设置界面输入模块，通过界面可以设置偶发故障并激励输出给系统功能仿真模块，运算后产生故障状态信息。

34、6、本发明构建了基于机载系统中多个系统的联合仿真，通过机载系统仿真单元中基于ansys软件构建的基础事件模块和基于simulink软件的系统功能仿真模块的联合仿真，将机载系统的功能仿真与故障状态的仿真联系起来，为机载维护与健康管理系统仿真单元提供了更接近真实机载系统的实际运行状态的故障状态信息，并通过页面动态显示给使用者。解决了过往的机载维护与健康管理系统仿真单元中，故障基础事件只能通过人为设置，与真实情况不相符，且将机载系统故障逻辑的仿真验证与机载系统的功能仿真割裂的弊端。