視情維修技術(shù)及其在飛機(jī)維修中的應(yīng)用

楊淳紅

摘 要 本文描述了視情維修技術(shù)的基本思想及其相關(guān)的各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)視情維修關(guān)鍵技術(shù)需求與目前該領(lǐng)域最新技術(shù)發(fā)展水平進(jìn)行了對(duì)比分析，總結(jié)了制約視情維修技術(shù)在飛機(jī)維修中全面應(yīng)用的環(huán)節(jié)，介紹了視情維修相關(guān)的預(yù)測與健康管理系統(tǒng)在飛機(jī)維修中的應(yīng)用實(shí)例。

關(guān)鍵詞 視情維修；關(guān)鍵技術(shù)；預(yù)測與健康管理

中圖分類號(hào)：V267 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）07-0134-02

到目前為止，飛機(jī)維修的發(fā)展大致經(jīng)歷了事后維修和定期維修兩個(gè)階段。視情維修作為一種前瞻性的維修技術(shù)也在飛機(jī)的維修中進(jìn)行初步的嘗試性應(yīng)用。

事后維修的維修時(shí)間不固定，只有當(dāng)故障出現(xiàn)時(shí)，再針對(duì)具體故障進(jìn)行維修。事后維修的優(yōu)點(diǎn)很明顯，可以減少一些不必要的維修費(fèi)用，但缺點(diǎn)同樣明顯，當(dāng)一個(gè)部件出現(xiàn)故障時(shí)，它可能損壞其他部件，甚至危及人身安全。

定期維修是一種主動(dòng)性的維修方式。定期維修會(huì)在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)執(zhí)行，即使故障尚未發(fā)生，仍需要開展維修活動(dòng)。定期維修方式降低了事故發(fā)生的概率，這是定期維修的優(yōu)點(diǎn)。但由于定期維修的不可變通性，定期維修也同樣的存在著明顯的缺點(diǎn)：一是定期維修往往會(huì)造成過度維修，增加因人為因素而產(chǎn)生的維修差錯(cuò)的概率，對(duì)飛機(jī)安全造成威脅；二是定期維修費(fèi)用較高，提高了飛機(jī)的使用成本。

視情維修是一種預(yù)測性的維修方式，根據(jù)相同但前狀態(tài)預(yù)測系統(tǒng)狀態(tài)的劣化發(fā)展趨勢來安排維修活動(dòng)。視情維修使系統(tǒng)僅僅在需要的時(shí)候才進(jìn)行維修工作，因此可以減少維修費(fèi)用、把災(zāi)難性故障的風(fēng)險(xiǎn)降到最小，使系統(tǒng)發(fā)揮最大效能，并減少庫存。

1 視情維修中的時(shí)間模型

視情維修中的時(shí)間模型是按照系統(tǒng)故障發(fā)生和發(fā)展的時(shí)間延續(xù)性特點(diǎn)，將故障的發(fā)生和發(fā)展按照時(shí)序劃分故障形成階段和故障發(fā)展階段，從“故障開始點(diǎn)”到“系統(tǒng)、部件或子部件故障”再到“災(zāi)難性故障”。

在“故障開始點(diǎn)”以前的階段，系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)；從“故障開始點(diǎn)”至“系統(tǒng)、部件或子部件故障點(diǎn)”之間的時(shí)間段為故障形成階段，在該階段的最初出現(xiàn)了早期的故障征候；如果繼續(xù)使用，可能會(huì)造成部件或與該部件相關(guān)的系統(tǒng)故障；“系統(tǒng)、部件或子部件故障點(diǎn)”至災(zāi)難性故障發(fā)生之前的時(shí)間段為故障發(fā)展階段，在該階段如果不對(duì)故障系統(tǒng)采取適用的處置措施而繼續(xù)使用，會(huì)進(jìn)一步造成管理系統(tǒng)的損害直至整個(gè)系統(tǒng)的崩潰。

2 視情維修關(guān)鍵技術(shù)

視情維修的過程主要經(jīng)歷四個(gè)階段：狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷、故障預(yù)測及健康評(píng)估與決策生成，這四個(gè)階段的實(shí)施也是視情維修的關(guān)鍵技術(shù)所在。

2.1 狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)

狀態(tài)監(jiān)測是指利用有效的方式對(duì)與系統(tǒng)工作狀態(tài)密切相關(guān)的各種參數(shù)實(shí)施采集和監(jiān)控。通過狀態(tài)監(jiān)測手段，可以實(shí)時(shí)的收集系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的現(xiàn)場數(shù)據(jù)和詳細(xì)信息，通過與系統(tǒng)的各項(xiàng)額定指標(biāo)進(jìn)行比較，從而對(duì)各部件工作狀態(tài)發(fā)展趨勢做出判斷，為視情維修模型提供科學(xué)依據(jù)。

狀態(tài)監(jiān)測的方法按照采用的手段不同分成為：振動(dòng)監(jiān)測法、噪聲監(jiān)測法、溫度監(jiān)測法、壓力監(jiān)測法、油液分析監(jiān)測法、聲發(fā)射監(jiān)測法等。

狀態(tài)檢測技術(shù)涉及了諸多學(xué)科和技術(shù)領(lǐng)域。先進(jìn)適用的傳感器技術(shù)、信號(hào)采集技術(shù)和信號(hào)處理技術(shù)是狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)的

關(guān)鍵。

2.2 故障診斷技術(shù)

故障診斷是在既定的工作條件下，通過有效的方法對(duì)反映系統(tǒng)狀態(tài)的特征信號(hào)和運(yùn)行過程的歷史信息對(duì)比，識(shí)別出系統(tǒng)的健康狀態(tài)，并根據(jù)系統(tǒng)故障與故障征兆之間的因果關(guān)系實(shí)現(xiàn)故障隔離、故障定位的全過程。

故障診斷按測試位置可分為機(jī)內(nèi)測試和外部診斷。機(jī)內(nèi)測試技術(shù)可直接實(shí)時(shí)對(duì)航空電子設(shè)備進(jìn)行測試，使設(shè)備具備自測試能力，但是同時(shí)存在診斷能力差、虛警率高的問題。外部診斷比機(jī)內(nèi)測試的診斷能力和穩(wěn)定性更高，但是不能用于實(shí)時(shí)測試和診斷。故障診斷按診斷方法可分為基于模型、基于信號(hào)和基于知識(shí)的方法。

目前，故障診斷技術(shù)的研究主要集中在故障機(jī)理與診斷理論的研究，故障信息的提取與分析方法研究以及診斷儀器和與專用智能診斷系統(tǒng)的研究，并朝著診斷對(duì)象與診斷技術(shù)多元化、診斷系統(tǒng)分布式和網(wǎng)絡(luò)化方向快速發(fā)展。

2.3 故障預(yù)測技術(shù)

故障預(yù)測技術(shù)是以當(dāng)前裝備的使用狀態(tài)為起點(diǎn)，結(jié)合已知預(yù)測對(duì)象的結(jié)構(gòu)特性、參數(shù)、環(huán)境條件及歷史數(shù)據(jù)，對(duì)裝備未來的故障進(jìn)行預(yù)測、分析和判斷，確定故障性質(zhì)、類別、程度、原因及部位，指出故障發(fā)展趨勢及后果，以便消除故障。故障預(yù)測一般經(jīng)歷以下幾個(gè)過程：確定預(yù)測需求、確定故障類型、分析支撐數(shù)據(jù)和選擇預(yù)測方法。

故障預(yù)測按時(shí)間長短可分為短期故障預(yù)測和長期故障預(yù)測。不同的預(yù)測方法對(duì)短期和長期的故障預(yù)測效果是不同的。因此在實(shí)施故障預(yù)測時(shí)首先應(yīng)確定預(yù)測需求。

不同的故障預(yù)測系統(tǒng)可能適合不同的故障類型，因此需要對(duì)設(shè)備的故障類型進(jìn)行確定。設(shè)備的故障從故障發(fā)生的時(shí)間歷程可分為兩類：突發(fā)性故障和漸進(jìn)性故障。

設(shè)備的故障預(yù)測是以數(shù)據(jù)狀態(tài)為起點(diǎn)，并結(jié)合已知預(yù)測對(duì)象的結(jié)構(gòu)特性、參數(shù)、環(huán)境條件和歷史數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)統(tǒng)稱為故障預(yù)測的支撐數(shù)據(jù)。不同的故障預(yù)測方法需要不同的數(shù)據(jù)作支撐，在此階段分析支撐數(shù)據(jù)的類型和程度，是為選擇預(yù)測方法提供基礎(chǔ)。

針對(duì)不同的對(duì)象和數(shù)據(jù)特點(diǎn)，用于故障預(yù)測的方法通常是不同的。目前可用于故障預(yù)測的方法包括基于保險(xiǎn)和預(yù)警裝置的故障預(yù)測方法、基于模型的故障預(yù)測方法、基于規(guī)則的專家系統(tǒng)預(yù)測方法、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測方法、多傳感器信息融合的故障預(yù)測方法等。

2.4 健康評(píng)估與決策生成

健康狀態(tài)評(píng)估是根據(jù)測量數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，利用各種綜合評(píng)判方法對(duì)設(shè)備的健康狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估。為得到健康狀態(tài)的有效評(píng)估結(jié)構(gòu)，需要根據(jù)多個(gè)因素對(duì)設(shè)備各個(gè)狀態(tài)做出綜合評(píng)價(jià)。目前監(jiān)控狀態(tài)評(píng)估的方法較多，較常用的有：模型法、層次分析法、模糊評(píng)判法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)法等5種評(píng)估方法。endprint

決策生成是基于視情維修的維修建議和決策，是系統(tǒng)自身健康狀態(tài)評(píng)估結(jié)果后的頂級(jí)輸出，決策生成直接關(guān)系到維修活動(dòng)的性價(jià)比?；诋?dāng)前的系統(tǒng)狀態(tài)給出合適的維修時(shí)間、維修人員、維修方法等維修計(jì)劃，是決策生成的主要價(jià)值體現(xiàn)。決策生成的技術(shù)方法主要包括：基于模型的方法、基于數(shù)據(jù)的方法、基于時(shí)間序列的方法、基于經(jīng)驗(yàn)的方法、數(shù)據(jù)融合法等。

3 視情維修在飛機(jī)維修中的應(yīng)用

由于技術(shù)發(fā)展的限制，目前視情維修技術(shù)還無法全面應(yīng)用于飛機(jī)維修。為了提高飛機(jī)設(shè)備的可靠性，降低維護(hù)保障費(fèi)用，美國軍方提出了“預(yù)測與健康管理”（PHM）的概念。

PHM實(shí)際上是視情維修的一個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)飛機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用PHM技術(shù)，并結(jié)合一系列適用的維修保障措施即可實(shí)現(xiàn)飛機(jī)的視情維修。

3.1 PHM在軍機(jī)上的應(yīng)用

PHM技術(shù)最先應(yīng)用于直升機(jī)，并在實(shí)際應(yīng)用中演變成為使用和狀態(tài)管理系統(tǒng)（HUMS）。先后開發(fā)和應(yīng)用HUMS系統(tǒng)的直升機(jī)型號(hào)有： Chinook CH-47、CH-35E、SH-60B、UH-60A、HH-60L、AH-1Z、S-92等。具美國《今日防務(wù)》統(tǒng)計(jì)，應(yīng)用HUMS系統(tǒng)后，美國陸軍直升機(jī)任務(wù)完備率提高了10%。

PHM技術(shù)在固定翼飛機(jī)上的應(yīng)用也相當(dāng)廣泛，如陣風(fēng)戰(zhàn)斗機(jī)、B-2轟炸機(jī)、“全球鷹”無人機(jī)、“大力神”運(yùn)輸機(jī)等。美國的第四代戰(zhàn)斗機(jī)F-35是PHM技術(shù)應(yīng)用較為全面和典型的機(jī)型。通過PHM技術(shù)的應(yīng)用，F(xiàn)-35戰(zhàn)斗機(jī)的維護(hù)人員需求降低了20%～40%，機(jī)動(dòng)后期規(guī)模降低了50%。F-35戰(zhàn)斗機(jī)中的PHM技術(shù)是美國國防部倡導(dǎo)的基于視情維修技術(shù)的一個(gè)具體體現(xiàn)，代表了美國視情維修技術(shù)目前發(fā)展的最高水平。

3.2 PHM在民機(jī)上的應(yīng)用

PHM技術(shù)在民用飛機(jī)上的應(yīng)用與其在軍用飛機(jī)上的應(yīng)用相比較為保守，目前具有部分PHM功能的“飛機(jī)狀態(tài)管理系統(tǒng)”（AHM）已在波音公司和空客公司生產(chǎn)的部分B777、B747、A320、A330、A340飛機(jī)上得到了大量的應(yīng)用。

美國航空無線電通信公司與NASA合作研制的與PHM類似的“飛機(jī)狀態(tài)分析與管理系統(tǒng)”（ACAMS）在B757飛機(jī)上成功的進(jìn)行了飛行試驗(yàn)演示。

4 結(jié)論

在飛機(jī)系統(tǒng)越來越復(fù)雜，使用和保障費(fèi)用幾乎與研制費(fèi)用持平并還在持續(xù)增加的背景下，具有減少維修費(fèi)用、提高安全性水平、減少備件庫存等顯著優(yōu)點(diǎn)的視情維修技術(shù)已成為飛機(jī)維修保障技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。視情維修的技術(shù)理論發(fā)展到目前已比較完善，但由于故障發(fā)展模型建模技術(shù)和信息采集技術(shù)發(fā)展的限制，目前視情維修技術(shù)在飛機(jī)維修中的應(yīng)用尚處于探索和初級(jí)階段，還未能實(shí)現(xiàn)完全的應(yīng)用。

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