航空裝備領域中故障預測與健康管理技術的應用分析

張棟善（中國飛行試驗研究院，西安　710089）

航空裝備領域中故障預測與健康管理技術的應用分析

張棟善
（中國飛行試驗研究院，西安710089）

故障預測與健康管理（PHM）技術旨在于維護和保障航空機電產(chǎn)品及其系統(tǒng)的安全性、可靠性和經(jīng)濟性能，目前在航空裝備領域中得到了廣泛運用。基于此研究背景，本文主要闡述了PHM技術的基本內(nèi)涵，細述了PHM技術實現(xiàn)故障預測健康管理的方法，并結(jié)合當前PHM技術在我國航空裝備領域中的應用現(xiàn)狀分析其存在的不足之處，就解決方案進行了探討，以供業(yè)內(nèi)人士交流探討之用。

航空裝備；故障預測；健康管理；診斷

較之于傳統(tǒng)的故障診斷技術，故障預測與健康管理（Prognostic and Health Management，PHM）技術是一種更為高級的故障預測、診斷技術，且其中涵蓋了健康管理理念，是于電子技術推動和發(fā)展需求的前提下而誕生的一種電子系統(tǒng)。將其應用于系統(tǒng)或設備監(jiān)控和預測，對于降低使用及保障費用，保障設備及系統(tǒng)的完好性，提高任務成功率具有積極效用。

1　PHM技術概述

PHM是傳統(tǒng)監(jiān)控與故障診斷技術的一種發(fā)展形態(tài)，它將機內(nèi)測試功能和狀態(tài)監(jiān)控能力予以拓展，并旨在通過預測能力將技術要素轉(zhuǎn)變?yōu)橄到y(tǒng)或設備的健康管理，由此實現(xiàn)及時預測故障發(fā)生，及時進行維修，以最大限度保障系統(tǒng)裝備功能性和安全性。因此，PHM技術包含兩方面內(nèi)容。其一為預測，是一種結(jié)合系統(tǒng)歷史性能資料數(shù)據(jù)，分析系統(tǒng)當前工作狀態(tài)，并以此為依據(jù)診斷系統(tǒng)未來工作性能的一種識別能力；其二為健康管理，即根據(jù)預測信息作出是否維修決策的一種能力。可見，PHM技術實質(zhì)上是一種測試方法的轉(zhuǎn)變，由傳統(tǒng)的外部測試發(fā)展成為機內(nèi)測試，經(jīng)由傳感器診斷轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄芟到y(tǒng)預測。而隨著智能技術的發(fā)展，綜合診斷理念的運用，PHM技術體系也愈加完善。

2　航空裝備領域中PHM技術的應用現(xiàn)狀分析

（1）簡析PHM技術實現(xiàn)故障預測健康管理的方法。就目前而言，在我國航空裝備檢測技術中，PHM技術顯然已經(jīng)成為了核心技術。當前，這同航空機電產(chǎn)品安全性保障的重要性及PHM技術的智能性區(qū)分不開。PHM技術發(fā)展至現(xiàn)階段，機電系統(tǒng)故障預測的主要實現(xiàn)方法主要包含以下幾種：①監(jiān)測特征參數(shù)：該種方法的實現(xiàn)途徑為通過檢測可反映航空設備電子系統(tǒng)性能的特征參數(shù)而獲取實用數(shù)據(jù)，繼而以數(shù)據(jù)信息為依據(jù)采取預測法對機電工作狀態(tài)進行評估。但是，因為不同的電子系統(tǒng)其功能性和結(jié)構性特點均存在差異，因而，選取特征參數(shù)的方式及數(shù)據(jù)處理的方法也會據(jù)此而發(fā)生改變。②利用預警電路：該種方法之所以可以實現(xiàn)故障預測在于運用了預警電路故障發(fā)生時間遭遇正常電路。③建立累積損傷模型：運用該種方法實現(xiàn)故障預測的關鍵在于建立能夠反映不同荷載對電子系統(tǒng)可造成損傷程度的模型，如此即可根據(jù)系統(tǒng)所承受的荷載評估其損傷程度，計算其剩余使用壽命。④融合多種方法：即選擇上述方法中的兩種將其融合進行故障預測。

（2）淺論PHM技術應用于航空機電產(chǎn)品檢測存在的問題。毋庸置疑，上述幾種常用的方法拓展了PHM技術的應用范圍，提升了其使用性能。但是不可否認的是PHM技術在我國航空裝備領域中的應用仍然存在一些不足之處。細述而言，主要包含：①診斷范圍小，局限具航空電子檢測；②故障檢測率低，且虛警率高。如：參數(shù)漂移故障便難以檢測，檢測電路出現(xiàn)故障也不能有效檢測；③故障檢測過于依賴地面設備，會增加后勤負擔。④對于航空電子系統(tǒng)故障的預測主要依賴于既往故障統(tǒng)計資料，但是事實是基于故障履歷檔案資料而分析的故障趨勢并不能作為系統(tǒng)未來狀況的主要評斷標準，因此也不能視為系統(tǒng)實施維修活動的依據(jù)。⑤對航空裝備進行健康管理這一項功能并未完全實現(xiàn)，實質(zhì)上只是進行一般的統(tǒng)計信息管理。究其原因還在于目前飛機信息管理方式仍然采用傳統(tǒng)的地面計算機信息管理，信息均由人工收集和整理，這便意味著航空裝備信息管理措施的實施同其指向者——飛機，存在物理上的隔離，加之目前數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)也僅僅收集飛機飛行狀態(tài)參數(shù)和既往故障檢測結(jié)果，因此這種管理方式存在著非實時及管理隔離的弊病。

3　關于PHM技術在航空裝備領域中應用的相關建議的探討

如上所言，現(xiàn)階段在航空裝備領域中應用PHM技術仍然存在一些技術上的局限性，遠未成熟，為了更大限度的實現(xiàn)PHM技術的智能化和應用效果，解決上述問題實為必行舉措。下文主要從四個方面出發(fā)，就開展航空裝備PHM技術應用的建議。第一，從系統(tǒng)故障預測及飛機運行狀態(tài)監(jiān)控方面出發(fā)。可以針對單個機電系統(tǒng)研發(fā)與之相對應的PHM技術，如某某飛機PHM技術。這種管理系統(tǒng)的優(yōu)勢在于可以探測飛機所有系統(tǒng)及部件的異常情況，并將數(shù)據(jù)整理后傳輸至地面，由此為飛機返回基地進行為此書提供了準備時間。當然，也可針對多個系統(tǒng)研制PHM技術，如飛機電力系統(tǒng)PHM技術。但是應當注意的是進行PHM技術設計時，需要考量到診斷功能及狀態(tài)管理功能的增強。第二，應用便攜式維修輔助設備（PMA）。PMA可為飛機部件、機電系統(tǒng)于保證系統(tǒng)之間建立通信鏈，由此便可簡化后期工作，實現(xiàn)機內(nèi)測試與維修活動監(jiān)控，以及飛行數(shù)據(jù)下載等功能。第三，加強前線測試成套設備的研究，顯然目前以更換或維修故障單元的方式會造成特殊系統(tǒng)保障資源的浪費，因此可通過開展維修級別分析、完善測試功能、合理分配和確定保障資源等方法補充PHM技術的診斷能力和在線監(jiān)控性能。第四，提升在線近實時數(shù)據(jù)的可靠性和維修性，為實現(xiàn)這一點，可研發(fā)維修保障信息數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)來跟蹤、處理及報告航空裝備的分析數(shù)據(jù)。

4　結(jié)束語

綜上所述，PHM技術因其智能化、綜合性而成為了國內(nèi)航空裝備系統(tǒng)中狀態(tài)監(jiān)測、故障預測及健康管理的核心技術。雖然目前尚未成熟，日后也會隨著航天系統(tǒng)的發(fā)展而暴露出一些問題，但是只要業(yè)內(nèi)人士共同研討，不斷求索，其發(fā)展前景仍值得期望。

［1］邱立軍.故障預測與健康管理技術在航空裝備領域的應用［J］.四川兵工學報，2012（03）.

［2］毛海濤，潘華.多機種一體化故障預測與健康管理技術應用研究［J］.現(xiàn)代電子技術，2015（05）.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.10.233

張棟善（1983-），男，江蘇連云港人，本科，研究方向：航空機務維修。