中國電子學(xué)會

中國電子學(xué)會團體標準

《民機航空電子系統(tǒng)故障智能診斷與維修測試技術(shù)規(guī)范》編

制說明

一、工作簡況

1、任務(wù)來源

《民機航空電子系統(tǒng)故障智能診斷與維修測試技術(shù)規(guī)范》標準制定是2021年中國電子學(xué)

會團體標準計劃項目之一，計劃號：JH/CIE181-2021，由中國電子學(xué)會可靠性分會提出，

由中國電子學(xué)會可靠性分會歸口，主要承辦單位為工業(yè)和信息化部電子第五研究所。項目起

止時間：2021.08-2022.05。

2、主要工作過程

接到任務(wù)后工信部電子五所成立了標準編制組，并開展了相關(guān)的工作。

2021年8月，電子學(xué)會團體標準項目《民機航空電子系統(tǒng)故障智能診斷與維修測試技術(shù)

規(guī)范》立項。2021年9月，工業(yè)和信息化部電子第五研究所組建《民機航空電子系統(tǒng)故障智

能診斷與維修測試技術(shù)規(guī)范》標準草案研制組。2021年11月，研制組完成民機航空電子系統(tǒng)

故障智能診斷與維修測試技術(shù)規(guī)范國內(nèi)外相關(guān)標準情況調(diào)研。2021年12月，研制組完成民機

航空電子系統(tǒng)故障智能診斷與維修測試技術(shù)規(guī)范的主體內(nèi)容和關(guān)鍵章節(jié)規(guī)劃。2022年3月，

在對國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)資料進行充分調(diào)研，并總結(jié)工信部電子五所在航空電子系統(tǒng)故障智能診

斷與維修測試技術(shù)的研究成果，研制組完成民機航空電子系統(tǒng)故障智能診斷與維修測試技術(shù)

規(guī)范征求意見稿初稿撰寫。

3、標準編制的主要成員單位及其所做的工作

本文件起草單位：工業(yè)和信息化部電子第五研究所、中國航空無線電電子研究所、中國

商用飛機有限責(zé)任公司上海飛機設(shè)計研究院、中國航空工業(yè)綜合技術(shù)研究所、廣州航新航空

科技股份有限公司。

本文件主要起草人：周振威、黃云、劉俊斌、時林林、何世烈、路國光、成立業(yè)、孟苓

輝、俞鵬飛、賈寒光。

本標準前期研究起草工作主要由工業(yè)和信息化部電子第五研究所負責(zé)。工業(yè)和信息化部

電子第五研究所負責(zé)引用文件、術(shù)語和定義、線纜故障診斷與測試、深度故障診斷與維修測

試等章節(jié)的編制。中國航空無線電電子研究所負責(zé)機上故障診斷與測試章節(jié)的編制。中國商

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用飛機有限責(zé)任公司上海飛機設(shè)計研究院負責(zé)故障診斷與維修測試架構(gòu)設(shè)計章節(jié)的編制。中

國航空工業(yè)綜合技術(shù)研究所、廣州航新航空科技股份有限公司分別參與了深度故障診斷與維

修測試中通信與接口、SRU流程設(shè)計方面的編制工作。

二、標準編制原則和確定主要內(nèi)容的論據(jù)及解決的主要問題

1、編制原則

參照GB/T1.1-2020《標準化工作導(dǎo)則第1部分：標準化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》進行標

準編制。

2、確定標準的主要內(nèi)容和框架

根據(jù)民用運輸類飛機航空電子系統(tǒng)在生產(chǎn)、運營、保障過程中對故障診斷與維修測試技

術(shù)的需求，充分調(diào)研國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)資料并進行分析，在此基礎(chǔ)上結(jié)合工業(yè)和信息化部電子

第五研究所等標準起草單位在相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)研究成果，確定標準主要內(nèi)容如下：

主要內(nèi)容

1）范圍；

2）規(guī)范性引用文件；

3）術(shù)語和定義；

4）故障智能診斷與維修測試架構(gòu)設(shè)計；

5）機上實時故障診斷與測試

6）線纜快速診斷與測試；

7）深度故障診斷與維修測試。

3、編制過程中解決的主要問題

本文件針對我國當前民機航電系統(tǒng)故障診斷與維修測試技術(shù)方法研究及標準建設(shè)的需

求，結(jié)合民機航電系統(tǒng)故障診斷與測試相關(guān)標準方法研究現(xiàn)狀，開展面向民機航電系統(tǒng)故障

診斷需求的技術(shù)方法及其標準研究，建立航電系統(tǒng)故障智能診斷與維修測試標準體系框架。

標準研究立足于民機航空電子系統(tǒng)故障診斷與維修測試技術(shù)需求，從民機航空電子系統(tǒng)

故障智能診斷與維修測試技術(shù)架構(gòu)設(shè)計、機上實時故障診斷與測試、線纜快速診斷與自動測

試、內(nèi)場深度故障診斷與測試等相關(guān)技術(shù)要求、功能設(shè)計/流程設(shè)計和診斷方法、接口通信

要求等方面提出設(shè)計要求，支撐利益攸關(guān)方在不同的維修場景和維修層次下開展民機航空電

子系統(tǒng)故障診斷與維修測試技術(shù)實踐。

制定民機航電系統(tǒng)故障診斷和維修測試標準，對航電系統(tǒng)狀態(tài)評估、故障診斷和健康管

理具有重要的作用，對我國民機的飛行安全保障、運維成本節(jié)約、健康管理核心技術(shù)自主化

等方面均具有重要的意義。

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三、主要試驗[或驗證]情況分析和預(yù)期達到的效果

本文件定義了民機航空電子系統(tǒng)故障智能診斷與維修測試技術(shù)設(shè)計規(guī)范，參照該標準在

工業(yè)和信息化部電子第五研究所的航空電子系統(tǒng)故障診斷與測試原理驗證平臺上進行集成

驗證。

1、航電系統(tǒng)資源層仿真驗證

首先分析航電系統(tǒng)硬件資源層仿真驗證需求，建立覆蓋航電系統(tǒng)典型模塊的故障注入硬

件平臺，同時，根據(jù)航電系統(tǒng)工作應(yīng)力剖面，建立可靠性試驗和參數(shù)實時監(jiān)測平臺。資源層

仿真驗證主要采用2種形式。

（1）仿真注入驗證

針對系統(tǒng)定義的元器件層的失效模式，生成失效樣本數(shù)據(jù)，輸入資源層PHM軟件系統(tǒng)，

判斷系統(tǒng)輸出結(jié)果是否與樣本數(shù)據(jù)定義的失效相關(guān)信息相符。例如，針對處理器電路單元中

的上拉電阻失效模式，定義多組上拉電阻退化的仿真數(shù)據(jù)，在軟件系統(tǒng)驗證接口輸入數(shù)據(jù)，

觀察PHM軟件系統(tǒng)輸出結(jié)果是否能夠完成對應(yīng)的檢測、診斷和預(yù)測能力。驗證時，對研究中

定義的每項元器件層失效模式均采用相同的方式進行仿真驗證。

仿真樣本數(shù)據(jù)的獲取，結(jié)合資源層典型模塊的故障診斷、預(yù)測和健康評估研究工作，隨

機調(diào)用建模時建立的一組或多組樣本數(shù)據(jù)作為仿真驗證數(shù)據(jù)。

圖1仿真數(shù)據(jù)注入驗證流程

（2）硬件仿真與試驗驗證

具體研究過程中，將驗證分為兩種情況，對定位為功能電路中的外圍電路及互連的故障

問題，擬采用硬件故障注入的方式實現(xiàn)；對處理器等核心IC電路，部分故障診斷策略可以

通過故障注入的方式實現(xiàn)，但是，對評估與預(yù)測的模型，很難通過故障注入的方式來實現(xiàn)，

擬采用可靠性試驗的方式，獲取驗證樣本數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對評估、預(yù)測類模型的驗證。

針對c919民機FMEA表中定義的失效率高于0.005的元器件失效模式，分析元器件失效

的激發(fā)應(yīng)力（環(huán)境應(yīng)力和工作應(yīng)力），對環(huán)境應(yīng)力激發(fā)的失效模式，設(shè)計可靠性加速試驗方

案，通過環(huán)境應(yīng)力（如高溫、沖擊振動等）加速仿真試驗樣品退化，試驗過程中實時運行資

源層PHM系統(tǒng)，待試驗樣品明顯退化或失效后，對樣品進行失效分析，確認失效位置和失效

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模式與驗證設(shè)計目標一致，同時，查詢資源層PHM系統(tǒng)歷史診斷和評估信息，判斷系統(tǒng)是否

準確診斷、預(yù)測了試驗設(shè)計的失效問題。對電應(yīng)力激發(fā)的失效模式，在可靠性試驗的同時對

仿真試驗樣品加載過應(yīng)力。

2、測試仿真平臺驗證

（1）數(shù)據(jù)處理單元：P2020RDB

P2020RDB-PCA：Freescale開發(fā)一款高度集成的參考設(shè)計板，基于QorIQ度集成的參考

設(shè)計處理器系列，同時支持雙核P2020E和單核P2010E配置。P2020E處理器系列基于雙e500

內(nèi)核，采用PowerArchitecture?技術(shù)構(gòu)建。其特點如下：

a)采用P2020E處理器系列，內(nèi)核頻率范圍為800MHz內(nèi)核頻率范圍為；

b)1GBDDR2、16MNORFLASH、32MNANDFLASH、16MBSPROM；

c)DualI2C，1個DB9連接器；

d)以太網(wǎng)：6個10/100/1000端口。

1）整板測試

圖2P2020RDB整板圖片

對P2020RDB整板，利用上位機和各測試設(shè)備，對P2020RDB進行調(diào)試和端口信號測試和

故障注入，包括但不限于如下：

a）利用上位機，編程從P2020RDB中獲得CPU利用率、CPU溫度、核心電壓、核心頻率、

總線速度、內(nèi)存占用率、內(nèi)存頻率、延遲、內(nèi)存電壓、內(nèi)存溫度、主板南北橋溫度等；

b）通過板上的JTAG端口或自行飛線搭建掃描鏈路，對整板中支持邊界掃描的器件進行

邊界掃描測試，邊界掃描結(jié)束后向資源層提交的信息如下表。

表1邊界掃描結(jié)束后向資源層提交的信息

資源層所需的邊

測試內(nèi)容信息格式備注

界掃描信息

互連測試信號測試兩個管腳之時標測試時刻

間是否正確連接測試起點（管腳

1）編號

測試終點（管腳

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2）編號

測試總用時

互連測試結(jié)果連接正確；

連接錯誤（開路、短路）

對地連接測試信測試管腳與地之時標測試時刻

號間的下拉電阻連測試點編號

接是否正常。測試總用時

測試點的對地連接正確；

測試結(jié)果連接錯誤（開路、短路）

上拉測試信號測試管腳與源之時標測試時刻

間的上拉電阻連測試點編號

接是否正常。測試總用時

測試點的上拉連接正確；

測試結(jié)果連接錯誤（開路、短路）

2）PCB板級測試

圖3P2020RDB結(jié)構(gòu)框圖

a）對板上的關(guān)鍵功能電路的節(jié)點信號，如時鐘頻率、轉(zhuǎn)換電平、振動信號、IDDQ等，

利用探針、飛線等方式進行測試和故障注入，以獲取節(jié)點信號，或從節(jié)點進行故障注入，對

故障機理進行仿真和驗證。以IDDQ測試為例，其測試的配置框圖如下所示。

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圖4IDDQ測試配置框圖

b）通過在CPU、內(nèi)存等被測對象（UUT）中加載激勵信號，測量CPU、內(nèi)存的響應(yīng)，從

而獲得CPU的性能參數(shù)。例如，周期性的在CPU中進行標準的整型數(shù)字排序、IDEA解密運算、

哈弗曼壓縮運算、傅里葉運算、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)測試運算、浮點多項式計算等，測量CPU的處理時

間并進行歸一化，得到表征CPU性能的量化值。同樣的，周期性的在內(nèi)存中進行矩陣賦值計

算，測量內(nèi)存處理時間并進行歸一化，得到表征內(nèi)存性能的量化值。

3）元器件層次測試

對于P2020RDB中的關(guān)鍵元器件（如P2020E等），對裸芯片搭建功能測試電路或?qū)ふ液?/p>

適的開發(fā)板，利用專用儀器設(shè)備，以實現(xiàn)對關(guān)鍵元器件的測試分析、模型構(gòu)建仿真和優(yōu)化驗

證等。

（2）網(wǎng)絡(luò)交換機

對于網(wǎng)絡(luò)交換機，其測試仿真與故障注入思路和P2020RDB基本一致，也分為三個層次：

整機測試、板級測試和元器件層次測試。

1）整機測試WFDX-Switch24

圖5AFDX端系統(tǒng)測試

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利用AFDX板卡WF1105、PCIe/PMC載板WF1113、交換機WFDX-Switch24和終端計算機搭建

測試平臺，實現(xiàn)對交換機的功能測試與性能測試?？梢酝ㄟ^運行相關(guān)程序，實現(xiàn)測試數(shù)據(jù)的

收發(fā)測試。

2）板級測試

圖6交換機WFDX-Switch24結(jié)構(gòu)框圖

a）邊界掃描：通過板上的JTAG端口或自行飛線搭建掃描鏈路，對整板中支持邊界掃描

的器件進行邊界掃描測試，邊界掃描結(jié)束后向資源層提交的信息如下表。

表2邊界掃描結(jié)束后向資源層提交的信息

資源層所需的邊

測試內(nèi)容信息格式備注

界掃描信息

互連測試信號測試兩個管時標測試時刻

腳之間是否測試起點（管腳1）編號

正確連接測試終點（管腳2）編號

測試總用時

互連測試結(jié)果連接正確；

連接錯誤（開路、短路）

對地連接測試信測試管腳與時標測試時刻

號地之間的下測試點編號

拉電阻連接測試總用時

是否正常。測試點的對地測試結(jié)果連接正確；

連接錯誤（開路、短路）

上拉測試信號測試管腳與時標測試時刻

源之間的上測試點編號

拉電阻連接測試總用時

是否正常。測試點的上拉測試結(jié)果連接正確；

連接錯誤（開路、短路）

b）對板上的關(guān)鍵功能電路的節(jié)點信號，如時鐘頻率、轉(zhuǎn)換電平、振動信號、IDDQ等，

利用探針、飛線等方式進行測試和故障注入，以獲取節(jié)點信號，或從節(jié)點進行故障注入，對

故障機理進行仿真和驗證，

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3）元器件層次測試

對于交換機中的關(guān)鍵元器件（如XILINX_virtex5等），對裸芯片搭建功能測試電路或

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