基于狀態(tài)的某型無人機(jī)系統(tǒng)維修研究

陳 衛(wèi)，湯超君

(陸軍軍官學(xué)院，合肥 230031)

隨著高新技術(shù)的發(fā)展及其在軍事領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，武器裝備越來越復(fù)雜，維修保障任務(wù)也越來越繁重。與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)無人機(jī)系統(tǒng)在維修理念、技術(shù)和管理上相對(duì)落后，處于傳統(tǒng)、經(jīng)驗(yàn)型階段，數(shù)字化、信息化水平較低，新技術(shù)的應(yīng)用不夠廣泛。某型無人機(jī)系統(tǒng)部、組件數(shù)量大，種類多，維修檢測(cè)設(shè)備少，加上定期維修工作量大導(dǎo)致維修過程繁雜，效率低。維修裝備、備(配)件、人員分工等維修資源的科學(xué)化管理與合理化統(tǒng)籌成為該型無人機(jī)系統(tǒng)維修保障工作中的瓶頸?；跔顟B(tài)的維修(condition based maintenance，CBM)為解決上述問題提供了可能。采用CBM對(duì)無人機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況進(jìn)行在線或離線的監(jiān)測(cè)，通過對(duì)所測(cè)狀態(tài)參數(shù)值的分析決定裝備的維修需求，是實(shí)現(xiàn)無人機(jī)系統(tǒng)維修的重要基礎(chǔ)和支撐條件［1］。

1 CBM概念及特點(diǎn)

1.1 概念

基于狀態(tài)的維修是一種先進(jìn)的維修方式，它通過狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)獲取反映裝備狀態(tài)的有關(guān)信息，利用信號(hào)分析、故障診斷、可靠性評(píng)估、壽命預(yù)測(cè)等技術(shù)判斷裝備的狀態(tài)，識(shí)別缺陷的早期征兆，對(duì)缺陷情況以及缺陷狀態(tài)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)，并根據(jù)對(duì)裝備缺陷的狀態(tài)診斷和預(yù)測(cè)選擇維修策略。CBM的定義是［2］:通過監(jiān)測(cè)設(shè)備或人工傳感器，采用監(jiān)控和統(tǒng)計(jì)處理控制技術(shù)，監(jiān)測(cè)裝備的工作狀態(tài)，根據(jù)監(jiān)測(cè)和分析診斷的結(jié)果安排檢修時(shí)間和方式。對(duì)某型無人機(jī)系統(tǒng)開展CBM是指:通過內(nèi)置傳感器監(jiān)測(cè)裝備的工作狀況及健康狀態(tài)，以降低裝備維修費(fèi)用為前提，合理選擇維修策略，根據(jù)裝備的優(yōu)先等級(jí)、重要程度和故障模式等特征建立裝備維修管理流程。

1.2 特點(diǎn)

CBM是一種新型維修方式［3-4］。與傳統(tǒng)的維修方式相比，其特點(diǎn)如下:CBM能對(duì)裝備實(shí)現(xiàn)“精確化”維修，在制定維修策略時(shí)充分考慮系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)及裝備研制、使用造成的差異，盡可能在故障發(fā)生前進(jìn)行維修;能實(shí)時(shí)掌握裝備技術(shù)狀態(tài)，運(yùn)用數(shù)據(jù)分析和決策技術(shù)預(yù)測(cè)裝備壽命并實(shí)施維修，有效節(jié)約維修費(fèi)用，減少停機(jī)時(shí)間，延長(zhǎng)裝備使用壽命，提高裝備完好率和可用度。

2 某型無人機(jī)系統(tǒng)開展CBM的可行性和有效性準(zhǔn)則

2.1 可行性準(zhǔn)則

一般說來，裝備的故障總有一個(gè)產(chǎn)生、發(fā)展的過程，尤其是由磨損、腐蝕、老化、斷裂、失調(diào)、漂移等因素引起的故障更為明顯，大都存在由潛在故障發(fā)展到功能故障的過程。對(duì)無人機(jī)系統(tǒng)開展CBM，是基于裝備由潛在故障發(fā)展到功能故障的過程的規(guī)律，將焦點(diǎn)集中在P-F間隔(從潛在故障發(fā)展到功能故障的間隔期［5］，P為能夠檢測(cè)到的潛在故障點(diǎn)，F(xiàn)為功能故障點(diǎn))中的無人機(jī)系統(tǒng)狀態(tài)變化，達(dá)到預(yù)測(cè)故障的目的。某型無人機(jī)系統(tǒng)滿足開展CBM的可行性原則:①存在明顯的潛在故障間隔P-F;②P-F間隔期比較穩(wěn)定;③對(duì)潛在故障的檢測(cè)以及維修時(shí)間要小于P-F間隔。

2.2 有效性準(zhǔn)則

1)基礎(chǔ)條件?；跔顟B(tài)的維修可通過狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)裝備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過故障診斷技術(shù)和壽命預(yù)測(cè)技術(shù)對(duì)裝備故障進(jìn)行早期診斷，并對(duì)未來發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)。維修人員可以根據(jù)裝備狀態(tài)診斷和預(yù)測(cè)的結(jié)果，綜合考慮裝備的備品備件、單位的維修力量等因素，提前做好維修前的準(zhǔn)備工作，靈活制定維修方案。

2)針對(duì)性?；跔顟B(tài)的維修著眼于無人機(jī)系統(tǒng)的具體運(yùn)行狀況，以其真實(shí)狀態(tài)作為維修的依據(jù)，利用各種先進(jìn)的技術(shù)和方法對(duì)被監(jiān)測(cè)裝備的真實(shí)狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，根據(jù)評(píng)估的結(jié)果來決定是否維修和何時(shí)維修，因此克服了維修的盲目性，縮短了維修時(shí)間，提高了裝備完好率，并可有效減少由于維修不足而引起的意外故障，同時(shí)也可有效減少由于維修過剩帶來的資源浪費(fèi)。

3)可操作性。狀態(tài)維修是基于計(jì)劃展開的，而且這種計(jì)劃是建立在裝備實(shí)測(cè)“狀態(tài)”的基礎(chǔ)上。狀態(tài)維修強(qiáng)調(diào)有計(jì)劃地進(jìn)行檢測(cè)，也強(qiáng)調(diào)提前對(duì)各種可能的故障做出相應(yīng)的預(yù)案，計(jì)劃好維修措施，因此其可操作性更符合實(shí)際。

4)監(jiān)測(cè)間隔。按經(jīng)濟(jì)性要求確定狀態(tài)監(jiān)測(cè)的間隔期。當(dāng)故障不危及裝備安全，而預(yù)防性維修工作的費(fèi)用損失少于故障損失時(shí)，則按最少費(fèi)用損失的要求來確定狀態(tài)監(jiān)測(cè)的間隔期。

3 某型無人機(jī)系統(tǒng)維修方式選擇及決策

3.1 維修方式的合理選擇

某型無人機(jī)系統(tǒng)維修的首要目標(biāo)就是保證裝備的完好性和可用性，并確保訓(xùn)練、作戰(zhàn)任務(wù)的順利完成。裝備維修方式的選擇應(yīng)按照裝備特點(diǎn)及分類進(jìn)行，其流程如圖1所示。對(duì)于關(guān)鍵裝備(無人機(jī)系統(tǒng)裝備中的核心裝備，維修費(fèi)用較高)，由于其運(yùn)行狀態(tài)直接影響到任務(wù)的完成，在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)可行的情況下，先采用狀態(tài)維修方式，否則采取定期維修方式。將無人機(jī)系統(tǒng)中運(yùn)行狀態(tài)不會(huì)直接影響到整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行過程的裝備定義為非關(guān)鍵裝備，進(jìn)一步區(qū)分為主要裝備和次要裝備。對(duì)于主要裝備，除故障突發(fā)的特殊情況，應(yīng)采用定期維修方式;對(duì)于次要裝備，由于其失效對(duì)整個(gè)任務(wù)完成影響甚微，考慮到經(jīng)濟(jì)性因素，應(yīng)采用事后維修。

圖1 裝備維修方式選擇流程

3.2 維修方式?jīng)Q策

某型無人機(jī)系統(tǒng)由控制導(dǎo)航、飛行器、綜合無線電、任務(wù)設(shè)備等分系統(tǒng)組成。依據(jù)關(guān)鍵設(shè)備等級(jí)劃分及權(quán)重確定，采用層次分析、Delphi和模糊矩陣判別等方法，按照風(fēng)險(xiǎn)水平分類設(shè)置等級(jí)參數(shù)向量［6］C=(4，8，12，16，20)T，確定關(guān)鍵設(shè)備評(píng)判等級(jí)，進(jìn)行維修決策(見表1)。

表1 風(fēng)險(xiǎn)水平分類

某型無人機(jī)分系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備中，控制導(dǎo)航系統(tǒng)、無人機(jī)機(jī)體、動(dòng)力裝置、發(fā)射裝置、回收裝置、綜合無線電系統(tǒng)、電源系統(tǒng)的等級(jí)參數(shù)向量C分別為14.3、16.03、13、13.34、11.36、14.46、15.27(計(jì)算過程參考文獻(xiàn)［5］)。根據(jù)評(píng)判等級(jí)的劃分，可以看出某型無人機(jī)分系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)水平較低，說明該型無人機(jī)分系統(tǒng)的故障率較低，應(yīng)針對(duì)各分系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備中存在的薄弱環(huán)節(jié)采取狀態(tài)維修，對(duì)其他裝備采取定期維修或事后維修。通過計(jì)算結(jié)果數(shù)值比較知:該型無人機(jī)系統(tǒng)的回收裝置故障率相對(duì)較高，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行影響較大，首先需要對(duì)其采取狀態(tài)維修，提高回收裝置可靠性和可用性。

4 某型無人機(jī)系統(tǒng)CBM體系結(jié)構(gòu)

根據(jù)CBM定義，分3層建立某型無人機(jī)系統(tǒng)CBM體系結(jié)構(gòu)(圖2):第1層是傳感器層，由無人機(jī)上的傳感器和監(jiān)測(cè)設(shè)備構(gòu)成，完成原始數(shù)據(jù)的收集;第2層由數(shù)據(jù)處理設(shè)備構(gòu)成，完成多信源的數(shù)據(jù)融合;第3層由推理機(jī)構(gòu)成，完成各分系統(tǒng)及關(guān)鍵設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估與維修方式選擇及決策。

圖2 某型無人機(jī)系統(tǒng)CBM體系結(jié)構(gòu)

5 結(jié)束語

本文首先針對(duì)無人機(jī)系統(tǒng)維修現(xiàn)狀分析了某型無人機(jī)系統(tǒng)開展CBM的意義，闡述了CBM的基本概念，對(duì)該型無人機(jī)系統(tǒng)開展CBM的可行性和有效性進(jìn)行了分析;其次分析了該型無人機(jī)系統(tǒng)維修方式選擇及決策;最后構(gòu)建了該型無人機(jī)系統(tǒng)CBM體系結(jié)構(gòu)?；跔顟B(tài)的某型無人機(jī)系統(tǒng)維修為無人機(jī)系統(tǒng)作戰(zhàn)效能的發(fā)揮提供了保障。

［1］Army U S..Eyes of the Army U.S.Army Roadmap for Unmanned Aircraft Systems 2010-2035［M］.F Alabama:ort Rucker，2009.

［2］Sandy D.Maintenance terminology—some key terms.［EB/OL］.［2004-01-06］.http://www.plant-maintenance.com.

［3］張亞妹，賈云獻(xiàn).基于狀態(tài)的維修及其發(fā)展方向［J］.中國(guó)設(shè)備工程，2007(3):10-11.

［4］黃愛梅，董蕙茹.基于狀態(tài)的維修對(duì)飛機(jī)裝備維修的影響研究［J］.裝備指揮技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2011(2):122-125.

［5］馮保東.馬俊文.黃艷松.狀態(tài)維修技術(shù)在提升裝備維修保障能力中的應(yīng)用［J］.四川兵工學(xué)報(bào)，2013(2):89-91.

［6］暢偉.基于FMECA和模糊綜合評(píng)判的無人機(jī)系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)研究［D］.合肥:陸軍軍官學(xué)院，2012.