李勇 糜杰 施浩琴

摘要：針對(duì)某項(xiàng)目軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中出現(xiàn)的故障類(lèi)型繁多，故障申報(bào)規(guī)模龐大的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種采用實(shí)時(shí)故障與非實(shí)時(shí)維護(hù)故障分類(lèi)處理的方法。該方法首先通過(guò)對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制軟件中常見(jiàn)申報(bào)故障進(jìn)行分類(lèi)處理，其次針對(duì)不同類(lèi)型的故障設(shè)計(jì)不同故障碼，最后針對(duì)軟件內(nèi)部運(yùn)行異常專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了軟件的異常捕獲記錄功能。試驗(yàn)結(jié)果表明，設(shè)計(jì)的故障分類(lèi)方法具有良好的故障申報(bào)效果，適用于復(fù)雜系統(tǒng)的故障診斷檢測(cè)。

關(guān)鍵詞：故障診斷；故障申報(bào)；實(shí)時(shí)故障碼；維護(hù)故障碼；軟件異常捕獲與記錄

1 引言

隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制功能越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的故障監(jiān)控要求也越來(lái)越精細(xì)?？刂栖浖鳛榭刂坪诵?，負(fù)責(zé)接收外部指令并執(zhí)行運(yùn)算給出輸出指令，它的核心作用也愈發(fā)凸顯，軟件的復(fù)雜度也越來(lái)越高，軟件失效的隱患也越來(lái)越多。

本文針對(duì)故障診斷要求越來(lái)越高的需求，聚焦系統(tǒng)與軟件專(zhuān)業(yè)故障，實(shí)現(xiàn)故障異常的識(shí)別和檢測(cè)算法設(shè)計(jì)。在研究過(guò)程中，通過(guò)梳理系統(tǒng)層面與軟件層面故障，設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)故障碼以及維護(hù)故障碼，最后針對(duì)軟件運(yùn)行異常設(shè)計(jì)異常捕獲記錄功能。最終，解決了軟件監(jiān)控過(guò)程中出現(xiàn)的故障申報(bào)問(wèn)題。

2 系統(tǒng)層面實(shí)時(shí)故障診斷

系統(tǒng)層面的故障診斷，主要是系統(tǒng)架構(gòu)層面的故障診斷，取決于系統(tǒng)余度的構(gòu)型。針對(duì)系統(tǒng)層面的故障診斷，設(shè)計(jì)了實(shí)時(shí)故障的診斷與申報(bào)機(jī)制。檢測(cè)的目的是為了將系統(tǒng)層面的故障信息提供給飛行員或維護(hù)人員，為下一步的操作處理提供參考。

目前本文這方面主要考慮的是設(shè)備/功能的BIT檢測(cè)。該檢測(cè)一般指的是外部關(guān)鍵設(shè)備功能的檢測(cè)，比如FMV輸出閥、VSV輸出閥、開(kāi)入信號(hào)（例如KI_Start起動(dòng)按鈕）等。

檢測(cè)的一般原理檢查期望與實(shí)際是否一致。若一致，通過(guò)，若不一致，不通過(guò)。

檢測(cè)的常用方法有奇偶校驗(yàn)不一致、校驗(yàn)和不一致、輸出給定與反饋不一致、多余度不一致、范圍超限等。

故障申報(bào)方法：采用實(shí)時(shí)故障碼，定義16個(gè)16位整型數(shù)，每個(gè)bit位代表一個(gè)故障狀態(tài)?？偣部梢员碚?56個(gè)故障信息。

3 軟件層面故障診斷

從軟件專(zhuān)業(yè)角度，故障診斷更加關(guān)注的是在既定系統(tǒng)架構(gòu)、硬件資源確定的情況下，如何使用軟件的手段增加故障＼異常的檢出；因此針對(duì)軟件更關(guān)注的內(nèi)部運(yùn)行異常，設(shè)計(jì)了維護(hù)故障的捕獲、記錄、申報(bào)功能；站在軟件層面，維護(hù)故障可以記錄更詳細(xì)和更廣泛的故障異常信息。該部分檢測(cè)的目的是為了監(jiān)視軟件內(nèi)部異常及細(xì)節(jié)的故障信息。

軟件內(nèi)部異常檢測(cè)，一般指的是軟件運(yùn)行異常狀態(tài)的檢測(cè)。檢測(cè)的一般原理：若期望與實(shí)際不一致，則軟件異常。

故障申報(bào)：采用維護(hù)故障碼的形式，捕獲故障時(shí)刻的特征參數(shù)，并記錄故障碼。

4 實(shí)時(shí)故障和維護(hù)故障申報(bào)

實(shí)時(shí)故障碼，以固定實(shí)時(shí)周期將故障信息通訊給飛機(jī)，更注重是外部接口，信息精煉，用于飛機(jī)顯示、告警、記錄。

維護(hù)故障碼，按照已記錄故障碼，非實(shí)時(shí)地循環(huán)發(fā)送給飛機(jī)，一次發(fā)一個(gè)故障碼信息。維護(hù)故障碼，是記錄內(nèi)部異常信息，強(qiáng)調(diào)信息量大，實(shí)時(shí)性偏弱，用于設(shè)計(jì)人員分析監(jiān)測(cè)運(yùn)行。

5 軟件異常運(yùn)行監(jiān)控記錄功能

為了彌補(bǔ)實(shí)時(shí)故障碼信息的局限性，同時(shí)為了更全面的捕獲記錄異常信息（方便設(shè)計(jì)和排故分析），專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了軟件的異常捕獲記錄功能。給每個(gè)軟件異常分配一個(gè)唯一的故障碼標(biāo)識(shí)；在軟件程序中常駐異常檢測(cè)代碼；當(dāng)異常觸發(fā)時(shí)刻，記錄該異常的故障碼、發(fā)生時(shí)刻及特征參數(shù)信息。該故障信息作為一條記錄，存儲(chǔ)到NVRAM中。

a）設(shè)計(jì)假設(shè)

1）異常的類(lèi)型較多，因此用一個(gè)16位整數(shù)對(duì)異常進(jìn)行編碼；

2）異常的類(lèi)型雖然多，但同一時(shí)刻不會(huì)大量爆發(fā)；

3）異常的發(fā)生屬于偶發(fā)性質(zhì)，不會(huì)長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)。

b）設(shè)計(jì)思路

1）建立一個(gè)基于NVRAM的緩存池，可以存放多個(gè)異常記錄信息（32個(gè)）；

2）異常信息已記錄的格式，在觸發(fā)的時(shí)刻被軟件監(jiān)視捕獲，并寫(xiě)入緩存池，異常記錄以故障碼為索引；

3）異常捕獲后，如果緩存池已經(jīng)記錄過(guò)該故障碼，則在該故障碼的存儲(chǔ)位置更新最新的異常信息；如果緩存池中沒(méi)有該故障碼信息，則從緩存池中找一個(gè)空白記錄位置進(jìn)行信息記錄；

4）如果緩存池已經(jīng)全部用滿(mǎn)，且新捕獲的故障碼沒(méi)有出現(xiàn)在緩存池中，則覆蓋最舊的記錄，用于存儲(chǔ)新發(fā)生的異常；

5）通過(guò)用戶(hù)上位機(jī)串口和數(shù)據(jù)記錄儀串口，采用異常記錄循環(huán)的方式（間隔3s），進(jìn)行對(duì)外顯示記錄。

c）異常發(fā)生時(shí)間算法

1）定義異常信息結(jié)構(gòu)：

包含故障碼、控制器絕對(duì)時(shí)間、Arinc429飛機(jī)授時(shí)（日、時(shí)、分）、記錄次數(shù)、故障特征參數(shù)1、故障特征參數(shù)2；

2）由于記錄存儲(chǔ)空間受限以及同時(shí)有效利用飛機(jī)授時(shí)和EEC時(shí)間，優(yōu)化設(shè)計(jì)了時(shí)間換算算法。

控制器絕對(duì)時(shí)間，使用軟件的5ms中斷計(jì)數(shù)（除以200），換算為秒；

飛機(jī)授時(shí)，使用飛機(jī)Arinc429授時(shí)的年、月、日、時(shí)、分、秒；取其中的日、時(shí)、分，換算為單位是分的一個(gè)整形數(shù)；

這樣，即使飛機(jī)授時(shí)無(wú)效的情況下，也能夠反應(yīng)出故障發(fā)生時(shí)刻的基本時(shí)間信息；

3）特征參數(shù)根據(jù)故障類(lèi)別進(jìn)行設(shè)置，目的是根據(jù)此參數(shù)快速識(shí)別故障類(lèi)別，及時(shí)定位到該故障。

d）異常記錄方式及優(yōu)點(diǎn)

由于記錄存儲(chǔ)NVRAM空間有限，設(shè)計(jì)了循環(huán)存儲(chǔ)方式：

1）新發(fā)生的異常（之前未記錄過(guò)的），占用一條空白記錄位置；

2）已發(fā)生記錄的異常，在原有位置更新信息；

3）如果循環(huán)存儲(chǔ)空間已滿(mǎn)，新發(fā)生的異常覆蓋最舊的故障記錄信息。

通訊顯示方式：每次通訊顯示一條記錄（占用6個(gè)16位通訊位置），對(duì)已記錄故障進(jìn)行循環(huán)顯示。

循環(huán)存儲(chǔ)以及循環(huán)顯示優(yōu)點(diǎn)如下：

1）記錄的異常信息沒(méi)有限制（只要分析識(shí)別到的異常，設(shè)計(jì)了異常捕獲方法的都可以記錄）；很靈活，可以不斷增加；

2）記錄的故障信息更全面，涵蓋了發(fā)生時(shí)刻、發(fā)生次數(shù)、故障特征參數(shù)；

3）記錄的故障信息定位更準(zhǔn)確，更利于故障排查；

4）通過(guò)該內(nèi)部監(jiān)視功能，可以把軟件派生的異常處理進(jìn)行顯形設(shè)計(jì)；

6 實(shí)例

1、定義如下故障碼結(jié)構(gòu)：

typedef struct tagFAULTINFO

{

INT16U FaultCode； /* Fault Code*/

INT16U EecTime； /* 控制器絕對(duì)時(shí)間（s），最大表示18小時(shí)*/

INT16U AcTime； /* Arinc429飛機(jī)授時(shí)（日、時(shí)、分）*/

INT16U RecordCnt； /* 記錄次數(shù)*/

INT16S FaultPara1； /* 故障特征參數(shù)1*/

INT16S FaultPara2； /* 故障特征參數(shù)2*/

}FAULTINFOSTRU；

2、對(duì)故障進(jìn)行分類(lèi)：

#define EXC_INPUT_SIGNAL （0xFF<<8）

#define EXC_ABNORM_BRANCH （0xFE<<8）

#define EXC_TIMEOUT （0xFD<<8）

#define EXC_SOFT_RUNNING （0xFC<<8）

#define EXC_EXTERN （0xFB<<8）

#define EXC_EEC （0xFA<<8）

#define EXC_ENGINE （0xFB<<8）

3、建立函數(shù)FaultSnapshot（INT16U faultcode，INT16S para_1， INT16S para_2）。

形參faultcode表示故障碼、形參para_1、para_2分別表示故障特征參數(shù)1、故障特征參數(shù)2；其中故障碼faultcode根據(jù)已分類(lèi)的故障進(jìn)行設(shè)置。

在需要異常監(jiān)測(cè)中調(diào)用FaultSnapshot，進(jìn)行故障碼的獲取。例如為了檢測(cè)N1轉(zhuǎn)速選擇分支異常。在異常發(fā)生處，調(diào)用FaultSnapshot函數(shù)，故障碼設(shè)置為（EXC_INPUT_SIGNAL|EM_N1）。

7 結(jié)論

綜上所述，本文設(shè)計(jì)了一種瞬態(tài)異常的實(shí)時(shí)捕獲記錄方法。該方法使得異常記錄范圍不再受限，從而可以把焦點(diǎn)轉(zhuǎn)移到異常的識(shí)別和檢測(cè)方法設(shè)計(jì)本身。結(jié)合故障碼的設(shè)計(jì)，更有利于軟件的維護(hù)。

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