PHM技術的應用對新型裝備保障模式的影響

金 星

（中航工業綜合技術研究所，北京 100028）

PHM（Prognostics and Health Management）技術是裝備狀態預測與健康狀態管理技術，它能夠在使用裝備時自動完成故障檢測、預測、隔離和監控，并及時進行故障影響評價、故障報告和飛機狀態管理。

PHM技術是支持裝備自主保障的關鍵技術之一，是為適應21世紀高技術條件下局部戰爭而建立的自主式后勤保障系統的重要組成部分，是新一代武器系統故障診斷和保障體系結構的主要特點和發展方向。它采用先進的傳感器（如渦流傳感器，小功率無線綜合微型傳感器，無線微機電系統MEMS）采集飛機狀態信息，并借助各種算法（如Gabor變換、快速傅里葉變換、離散傅里葉變換）和智能模型（如專家系統、神經網絡、模糊邏輯等）來診斷、預測、監控和管理飛機的工作狀態。PHM 技術的設計主旨不是直接消除故障，而是感知并預測故障發生的時限，從而達到在出現始料未及的故障之前開展有針對性保障活動的設計目標，完成裝備保障從狀態監控向狀態管理的轉變。

1 PHM的發展應用狀況

1.1 國外對PHM技術的應用

目前，國外的PHM 技術已經實現從方案設計擴展到工程驗證階段的轉變，其應用遍及航空航天、工業制造、水力、核電等大型復雜系統領域。

在PHM等新技術廣泛應用的前提下，美軍對航空裝備保障模式進行了相應的調整。20世紀90年代初，美軍取消了航空三級保障體制內的中繼級保障，推行由基層級和基地級組成的二級保障，并在F-22和F-35等飛機上付諸實施。二級保障具有后勤補給線縮短、保障效率提高、保障停機時間縮短、飛機戰備完好性和生存性提高等優點，目前的保障體制調整已初步實現在保障費用不變的前提下保持航空裝備快速反應的能力。

2000年7月，PHM技術被列入美國國防部的《軍用關鍵技術》報告中，從美國SH-60 直升機的使用和狀態管理系統（HUMS, Health Usage and Monitoring Systems）到波音公司的飛機狀態管理系統（AHM, Airplane Health Management），從美國海軍的綜合狀態評估系統（ICAS, Integrated Condition Assessment System）、陸軍的嵌入式診斷和預測系統（ED/EP, Embed Diagnostics/Embed Prognostics）再到海、陸、空通用的聯合攻擊戰斗機F-35的機載PHM系統，PHM技術得到廣泛地應用。特別是在武器裝備使用和保障費用遠遠超出采購成本而國防預算又日漸縮減的背景下, 經濟承受性使得PHM技術成為支持F–35飛機實現經濟保障的關鍵技術之一。

1.2 國內對PHM技術的研究

國內對于PHM技術的研究剛剛起步，隨著我國國防科技領域對PHM技術的強烈需求，在借鑒和吸收國外已有經驗的基礎上，研究PHM技術已成為我國新一代武器裝備的基礎技術儲備, 并由此奠定了工程應用的基礎。目前國內各個行業正在開展PHM技術相關理論和基礎技術研究，并制定了關于PHM技術的行業標準和研制規范。

目前，PHM技術的應用大多集中在民航領域，主要用于監控飛機和發動機的性能狀態；軍方也在各領域對PHM技術進行了理論探索和深入研究，在空軍、海軍、炮兵等軍兵種先后構建了PHM系統邏輯體系結構，而關于引入PHM技術后對保障模式等方面的影響和調整，也正在研究論證之中。

2 PHM技術對保障模式影響的分析

在我國空軍60余年的發揮發展建設中，基本上沿用了俄軍的保障模式，隨著采用PHM技術的裝備逐步引入，必然會對現有的保障模式產生相當程度的影響。

2.1 對專業劃分與人員組織的影響

在現行的保障模式中，地勤機組有較細的專業分工，各個專業之間存在著較大的技術跨度，不僅使得地勤機組內各專業的人員難以互換，還會因為缺少任何一個專業的地勤人員而對機組保障工作造成一定的影響。由于PHM技術可以監控整架飛機而不是某個專業的技術狀態，因此隨著它的引入，對地勤機組的專業劃分和組織形式造成一定的影響。

2.2 對部門職責與工作流程的影響

目前外場保障工作重點是對飛機的各系統進行全面檢測和故障定位。據統計，該項工作大約占全部外場保障工作量的60%以上，因此外場保障中各級職能部門和領導的首要職責之一就是確認裝備狀態是否完好，并決定針對故障現象采取的維修措施。在引入PHM技術后，全機自檢和故障定位將由PHM完成，為此對保障部門職責和工作重點將發生影響。

2.3 對保障時機決策與保障內容的影響

現行的外場保障時機由定時維修和視情維修組成，制定維修決策和內容的主要依據是主觀人為經驗。隨著PHM技術的應用，維修決策和內容將以PHM技術對重要部件的狀態監控結果為依據，因此對裝備維修時機和內容的決策將產生影響。

2.4 對訓練體系的影響

目前地勤人員在保障工作中通常憑借維修經驗完成故障的判斷和定位，因此現行的維修訓練重點是以分析故障現象、判斷故障位置等外場保障工作經驗為主。由于PHM技術可以自動進行故障檢測和定位，對地勤人員維修經驗的依賴性有所降低，對保障訓練體系將產生一定的影響。

3 PHM技術應用后保障模式的調整

保障模式即裝備保障的組織和管理方式，具體內容包括：保障工作的專業劃分與人員組織、保障審批權限與工作流程、保障時機決策與保障內容管理、保障人員培訓考核體系等。隨著PHM技術的推廣和應用，現行的保障模式需要進行相應的調整。

3.1 組織結構的調整

在PHM技術的支持下，地勤人員可以便捷地獲取飛機的故障信息，外場保障的主要工作的重點也不再是進行故障定位而是完成故障件的更換，因此地勤人員可以分為放飛保障和排故保障二部分，放飛保障組借助PHM的功能完成全機檢測；排故保障組借助PHM的功能快速確定故障位置，這樣既可以降低對地勤人員專業技術的要求，又可以弱化各專業間的技術跨度，還能夠減少地勤機組的人數。

3.2 工作流程的調整

在PHM技術的支持下，地勤人員能夠在飛機落地前獲取故障信息，并在飛機落地前完成排除故障的各種準備工作，在飛機落地之后立即排除故障，恢復飛機的完好。地勤保障不需要再按照飛行后檢查、發現并確認故障位置、完成排故準備、排除故障等流程，從而縮短了地面保障的工作時間，為提高飛機的出動強度奠定了基礎。

3.3 保障時機與內容的調整

在PHM技術的支持下，地勤人員可以準確獲知故障所處位置并預測故障件的剩余使用時間。在飛機落地后，地勤人員的主要工作是確認是否對故障部件進行更換，因此地勤機組需要請示的保障授權由故障定位是否正確轉變為故障件是否更換，保障主管的審批內容也由確認故障位置轉變為確認更換故障件的時機。

3.4 訓練體系的調整

在PHM技術的支持下，地勤人員可以準確地獲知發生故障的具體部件并預測剩余的工作時間，地勤訓練的重點也因此由傳統的故障定位向綜合考慮飛機完好性與保障經濟性轉移，地勤人員不僅要保證飛機的完好，還要在確保飛機完好的前提下盡量降低飛機的保障成本，提高飛機保障的經濟性，充分發揮裝備的使用效能。

4 保障模式調整需要的其它技術支持

在實際的工程應用中， 為了充分發揮PHM技術優勢，還需要諸如自主式保障信息系統、便攜式維修輔助設備、交互式電子技術手冊、遠程保障支持系統等其它技術的支持。

4.1 自主式保障信息系統

在自主式保障信息系統的支持下，PHM系統才能夠將飛機在空中發生的故障或即將發生的故障、故障所處位置、預測故障件的剩余使用時間等信息通報給地勤人員，地勤人員才能在該系統地支持下完成查找故障原因、確定故障位置和排除故障件方法、申請航材備件等準備工作，PHM系統才能真正地發揮提高保障效率，縮短保障時間、降低保障成本的設計目標。

4.2 便攜式輔助保障設備

便攜式維修輔助設備（P M A，P r o t a b l e Maintenance Aid system）能夠從飛機上下載并解讀PHM系統提供的故障信息，并提供排故方法、檢索相關技術資料等功能，還能夠提供飛機零部件分解圖和參考資料，并通過局域網將相關保障數據上傳至主數據庫，實現輔助保障管理的功能。地勤人員在PMA的輔助下才能完成人與飛機之間的信息溝通，提高外場保障的工作效率，降低工作強度。

4.3 交互式電子技術手冊

交互式電子技術手冊（IETM，Interactive Electronic Technical Manual）是提供具有交互功能的裝備使用與保障支持的技術出版物。它是一種基于計算機的技術信息集合體，覆蓋裝備所需的有關使用操作、故障查找和保障方面的全部技術信息，這些信息可被直觀地組織和格式化，并在電子屏幕上交互式地顯示給最終用戶。借助該技術的幫助，地勤人員才能便捷地獲取PHM系統提供的故障信息及排除故障的具體方法，從而縮短查閱手冊和相關技術文件的時間，提高機務保障的工作效率。

4.4 遠程保障支持系統

遠程保障是保障人員與后方技術支持人員或信息源之間的資料或信息的電子傳輸，以便地勤人員根據遠程實時傳送的信息對裝備進行保障。遠程保障支持系統使得地勤人員在獲取PHM系統提供的相關信息后在第一時間內完成高質量的維修，并且在有限的時間內通過分享經驗而提高保障人員技術熟練水平，顯著減少裝備在現場修理時間和停用時間，提高裝備的戰備完好性，降低裝備的使用與保障費用。

5 結束語

PHM技術是一項嶄新的綜合檢測技術，由于它具備的故障快速檢測和精確定位能力，不僅能夠節省外場的保障工時，還可以提高保障的科學化水平。在航空裝備領域引入PHM技術后，地勤保障工作的諸多元素都會受到影響，因此需要對外場保障模式進行適度的調整，實現保障模式與裝備的實際需求緊密耦合，最大限度地發揮裝備的效能。

[1]童止戈，郭創，李穎暉. PHM技術在先進軍機 保障保障中的應用研究[J]. 航空保障與工程， 2009（1）：37-39.

[2]馮輔周, 司愛威, 邢偉, 江鵬程. 故障預測與健康 管理系統的應用與發展[J]. 裝甲兵工程學院學 報，2009（12）：1-7.

[3]劉志偉, 劉銳, 徐勁松, 李毅, 周黎明. 復雜系統 故障預測與健康管理（PHM）技術研究[J]. 計算機測量與應用，2010（12）：2687-2689.

[4]彭宇，劉大同，彭喜元. 故障預測與健康管理 技術綜述[J]. 電子測量與儀器學報，2010 （1）： 1-7.

[5]王緒智，張寶珍. 國外PHM的發展動態及經驗 教訓[J]. 測控技術，2010（29）：216-219.

[6]翟慶剛，童中翔，陳新，辛文逵. 數字化保障 關鍵技術研究[J]. 中國科技信息. 2005 （24 ）： 14.