基于PHM的裝甲裝備管理保障研究

摘 要：PHM技術(shù)是基于視情維修的新型裝甲裝備保障模式。本文通過闡述了PHM技術(shù)的研究內(nèi)容，明確了裝甲裝備PHM系統(tǒng)的功能，設(shè)計了裝甲裝備PHM系統(tǒng)的整體架構(gòu)，研究了PHM故障預(yù)測技術(shù)的特點，并指出PHM的發(fā)展趨勢，為進一步研究PHM技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：PHM；裝甲裝備；故障診斷；視情維修

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.16.115

0 引言

隨著科技的進步與技術(shù)的發(fā)展，裝甲裝備作戰(zhàn)性能顯著提高，但其結(jié)構(gòu)也向著復(fù)雜化、一體化、智能化發(fā)展。現(xiàn)有裝甲裝備由于設(shè)計時將作戰(zhàn)性能作為出發(fā)點，導(dǎo)致對后續(xù)保障維修的考慮較為匱乏，不能根據(jù)裝備現(xiàn)有狀態(tài)進行維修保養(yǎng)，容易出現(xiàn)維修過剩或維修不足的問題[1-4]。為提高裝備的利用率，降低裝備的維修成本，PHM（prognostics and healthy management）技術(shù)應(yīng)運而生，并受到越來越多的關(guān)注。

1 PHM的研究內(nèi)容

裝甲裝備是集機械、電氣、通信、光學(xué)等多學(xué)科交叉為一體的復(fù)雜系統(tǒng)，主要有傳動機構(gòu)、行動機構(gòu)、火控機構(gòu)、電氣機構(gòu)、通信機構(gòu)等組成，各機構(gòu)承擔(dān)不同的功能，一旦某個機構(gòu)、部件發(fā)生故障，將會影響整個裝甲裝備的訓(xùn)練和作戰(zhàn)水平。目前我軍在裝甲裝備機械系統(tǒng)的維修工作中還主要依靠“定期維護保養(yǎng)”和“事后修理”方式。定期維修方式并不能預(yù)先發(fā)現(xiàn)維護保養(yǎng)間隔內(nèi)發(fā)生的故障或失效現(xiàn)象，事后維修對裝甲裝備的作戰(zhàn)更為不利[5]。

PHM技術(shù)是由美國軍方于上世紀(jì)90年代首次提出，以狀態(tài)維修為基礎(chǔ)的一種新的保障方式，是對機內(nèi)測試的進一步發(fā)展，利用嵌入式測試技術(shù)以及信息管理技術(shù)，結(jié)合智能算法，對裝備的運行狀態(tài)、健康狀況進行評估管理[6]。

PHM的研究內(nèi)容包括以下幾個方面：

（1）將傳統(tǒng)的故障檢測技術(shù)與機內(nèi)測試技術(shù)和軟件建模技術(shù)相結(jié)合，獲取虛警率接近于零的檢測結(jié)果。

（2）對關(guān)鍵部件、重點部位的性能信息進行收集處理，計算該部件或部位的殘余壽命，提前更換零部件，做到視情維修。

（3）將故障信息傳播至維修基地，建立健康狀態(tài)管理系統(tǒng)，激活自主維修程序。

2 PHM的系統(tǒng)功能與系統(tǒng)構(gòu)建

2.1 預(yù)處理系統(tǒng)功能

PHM的功能主要有以下幾點：

（1）狀態(tài)監(jiān)測。對裝甲裝備進行有效的狀態(tài)監(jiān)測是PHM系統(tǒng)的前提。利用傳感器對裝甲裝備進行測試以獲取不同的狀態(tài)參數(shù)，從眾多參數(shù)中提取能表征裝甲裝備狀態(tài)的特征參數(shù)，進而完整準(zhǔn)確的描述裝甲裝備狀態(tài)。

（2）故障診斷。當(dāng)裝甲裝備發(fā)生故障時，將提取的特征參數(shù)與故障庫信息進行匹配，最終實現(xiàn)對故障的決策和定位。

（3）故障預(yù)測。通過監(jiān)測裝甲裝備當(dāng)前狀態(tài)，結(jié)合故障信息庫和預(yù)測模型，對今后一段時間可能出現(xiàn)的故障進行預(yù)測。

（4）健康狀態(tài)管理。對故障預(yù)測結(jié)果進行分析，根據(jù)裝甲裝備的狀態(tài)提出維修保養(yǎng)策略，在發(fā)生故障前采取相應(yīng)的措施，由傳統(tǒng)的維修保障模式轉(zhuǎn)變?yōu)橐暻榫S修，降低全壽命周期的維護保養(yǎng)費用。

2.2 系統(tǒng)構(gòu)建

通過實時采集系統(tǒng)對裝甲裝備狀態(tài)數(shù)據(jù)進行采集，并利用數(shù)據(jù)采集裝置對狀態(tài)參數(shù)進行數(shù)據(jù)融合與處理，提取表征狀態(tài)的特征量。通過數(shù)據(jù)鏈傳遞給狀態(tài)檢測診斷裝置，通過與故障信息庫的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進行比較，對故障模式進行診斷和預(yù)測，對超出門限閾值的參數(shù)進行報警警告，生成動作指令并對數(shù)據(jù)進行儲存，傳遞給健康管理裝置，以便于以后的健康狀態(tài)管理。裝甲裝備PHM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3 PHM故障預(yù)測技術(shù)

故障預(yù)測技術(shù)是裝甲裝備PHM系統(tǒng)的核心技術(shù)。故障預(yù)測技術(shù)是指根據(jù)裝甲裝備現(xiàn)有狀態(tài)，結(jié)合故障信息庫，對裝備之后可能出現(xiàn)的狀態(tài)進行估計評價，預(yù)測可能發(fā)生的故障性質(zhì)、種類、程度等，分析發(fā)展趨勢，提出相應(yīng)的解決措施。

目前對故障預(yù)測技術(shù)分類大致有三類：基于模型的故障預(yù)測、基于先驗知識的故障預(yù)測和基于數(shù)據(jù)挖掘的故障預(yù)測[5]。

基于模型的故障預(yù)測方法是根據(jù)裝甲裝備結(jié)構(gòu)建立數(shù)學(xué)模型，根據(jù)正常狀態(tài)特性參數(shù)，利用模型參數(shù)與故障特征之間的關(guān)系，通過算法進行有效的評估預(yù)測，預(yù)測結(jié)果比較準(zhǔn)確，但建立精確模型較為困難。該預(yù)測方法一般用于預(yù)測機械及電子器件的使用壽命。

基于先驗知識的故障預(yù)測方法是利用歷史數(shù)據(jù)及相關(guān)專家經(jīng)驗，結(jié)合裝甲裝備運行狀態(tài)對其壽命及潛在故障進行預(yù)測，其預(yù)測結(jié)果的準(zhǔn)確性主要取決于歷史數(shù)據(jù)的合理性及專家經(jīng)驗的豐富性。該方法一般用于預(yù)測可靠性低的簡單設(shè)備。

基于數(shù)據(jù)挖掘的故障預(yù)測是對于復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，利用歷史數(shù)據(jù)以及實時運行數(shù)據(jù)，對裝甲裝備的壽命及故障進行預(yù)測。該方法不需要建立復(fù)雜的模型和專家經(jīng)驗，僅需根據(jù)裝甲裝備自身數(shù)據(jù)，利用模糊分析、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等工具即可預(yù)測，是目前較為常用的方法。

4 PHM發(fā)展趨勢

現(xiàn)在各國對裝備的故障預(yù)測和健康管理極為重視，擁有完善的PHM系統(tǒng)對裝甲裝備的保障十分有利。但目前裝甲裝備PHM系統(tǒng)還不夠成熟，對故障的診斷精度不夠高、置信度低，對殘余壽命的不確定性研究不深入、預(yù)測方法還不夠成熟，模型建立不夠精確等。 而且目前的PHM方法對象單一，需要建立一種具有普適性的方法。

5 結(jié)束語

PHM系統(tǒng)是一種新的裝備保障模式，能夠保證裝備的可靠性、安全性、保障性，降低維修保障費用。目前我軍在裝甲裝備PHM系統(tǒng)的研究還在初級階段，如何針對特定的裝備建立診斷精度高、實用性強的PHM系統(tǒng)，還需要進一步進行深入研究。

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作者簡介：趙繼龍（1977-），男，工程師，研究方向：裝備保障維修、裝備技術(shù)維修保障。