信息化裝備基于狀態(tài)維修的幾點(diǎn)思考

楊棟 褚建明

中國電子科技集團(tuán)公司電子科學(xué)研究院 北京 100041

我軍航空裝備維修經(jīng)歷了由事后維修、以預(yù)防為主的維修向以可靠性為中心的維修思想發(fā)展的轉(zhuǎn)變過程。本世紀(jì)初，美國陸軍提出了以裝備狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)為基礎(chǔ)的基于狀態(tài)的維修（Condition Based Maintenance，CBM），用以解決其航空裝備在定時(shí)維修中存在的維修過剩、維修費(fèi)用過高和裝備使用率低的問題。隨著基于狀態(tài)的維修技術(shù)的不斷完善發(fā)展，其在設(shè)備維修中的優(yōu)勢(shì)逐漸體現(xiàn)出來，因而越來越受到人們的重視?，F(xiàn)已成為裝備維修和故障診斷領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

1 基于狀態(tài)維修的定義、原理

基于狀態(tài)維修（CBM）是主動(dòng)地預(yù)測(cè)性維修。它從設(shè)備內(nèi)部嵌入的傳感器或外部便攜式維修輔組檢查設(shè)備等手段獲得裝備的狀態(tài)信息，通過對(duì)這些狀態(tài)信息進(jìn)行綜合分析來對(duì)設(shè)備的健康狀況做出診斷和預(yù)測(cè)，針對(duì)具體的故障或隱患提出維修決策，最終做出設(shè)備的維修需求，以保證設(shè)備的可靠性和安全性。

實(shí)現(xiàn)基于狀態(tài)的維修首先必須在裝備需要監(jiān)測(cè)的節(jié)點(diǎn)和元器件上放置能檢測(cè)潛在故障點(diǎn)及損傷擴(kuò)展的傳感器或指示器，以便對(duì)裝備進(jìn)行在線或離線監(jiān)測(cè)，采集系統(tǒng)工作狀態(tài)參數(shù)。其次要構(gòu)建裝備的健康預(yù)測(cè)和故障診斷程序模塊，對(duì)采集到的設(shè)備部件的狀態(tài)參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，判斷裝備當(dāng)前的健康狀況，給出維修需求和決策。確定潛在故障和功能故障點(diǎn)及它們的時(shí)間間隔，以便對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)和維修。基于狀態(tài)的維修具有狀態(tài)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)采集自動(dòng)化、健康預(yù)測(cè)和故障診斷智能化、維修需求和決策支持精準(zhǔn)化的特征[1]。

2 基于狀態(tài)維修的關(guān)鍵技術(shù)

基于狀態(tài)的維修核心功能是對(duì)裝備未來健康的預(yù)測(cè)和對(duì)裝備維修管理決策的支持。通過建立概率預(yù)測(cè)模型，可以獲得設(shè)備在特定時(shí)間狀態(tài)下的可靠度與剩余壽命分布；通過建立維修決策模型，可以按照一定的準(zhǔn)則對(duì)設(shè)備的維修需求進(jìn)行最優(yōu)化。實(shí)現(xiàn)基于狀態(tài)維修的關(guān)鍵技術(shù)包括狀態(tài)監(jiān)測(cè)、健康預(yù)測(cè)和維修策略制定。

2.1 裝備狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)

裝備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)主要是利用機(jī)內(nèi)自檢設(shè)備、傳感器或便攜測(cè)試儀等設(shè)備和手段來監(jiān)測(cè)裝備運(yùn)行狀態(tài)的技術(shù)參數(shù)，將這些測(cè)取值與正常值進(jìn)行對(duì)比，以此判斷裝備工作是否正常。目前已經(jīng)開發(fā)的監(jiān)測(cè)技術(shù)按照征兆分為以下幾類：

電學(xué)監(jiān)測(cè)：監(jiān)測(cè)設(shè)備的電壓、電流等特性；

信號(hào)監(jiān)測(cè)：監(jiān)測(cè)裝備的頻段、工作信道和獨(dú)立頻點(diǎn)等；

溫度監(jiān)測(cè)：通過設(shè)備溫度和外界溫度變化判斷故障；

光譜監(jiān)測(cè)：通過監(jiān)測(cè)油液光譜判斷裝備磨損程度；

超聲監(jiān)測(cè)：通過超聲波監(jiān)測(cè)設(shè)備內(nèi)部的損傷。

2.2 健康預(yù)測(cè)和維修策略制定

裝備健康預(yù)測(cè)是進(jìn)行基于狀態(tài)維修的關(guān)鍵，只有進(jìn)行健康預(yù)測(cè)才能真正使基于狀態(tài)維修策略定量化、精確化。由于各種裝備本身的復(fù)雜性，其故障發(fā)展的隨機(jī)性，通過建立基于裝備狀態(tài)的概率監(jiān)測(cè)模型。將監(jiān)測(cè)到的裝備部件的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析擬合，可以有效地獲得裝備在未來一定時(shí)期內(nèi)其故障概率大小及其變化趨勢(shì)，也可獲得裝備在特定條件下運(yùn)行的剩余壽命函數(shù)。同時(shí)它也提供系統(tǒng)維修決策模型的輸入，按照一定的準(zhǔn)則，維修決策模型可采用各種數(shù)學(xué)優(yōu)化方法尋求系統(tǒng)的最優(yōu)化決策。對(duì)于部隊(duì)需要保證裝備達(dá)到規(guī)定的戰(zhàn)備完好率，隨時(shí)可用性，則應(yīng)將裝備可用度最大作為其維修決策準(zhǔn)則。通過所選準(zhǔn)則，利用故障率函數(shù)或剩余壽命函數(shù)，就可按照經(jīng)濟(jì)性、設(shè)備可用度、風(fēng)險(xiǎn)度等準(zhǔn)則建立維修決策模型，形成最優(yōu)的使用和維修策略。

3 基于狀態(tài)維修對(duì)于信息化裝備維修工作的啟發(fā)

立足當(dāng)前信息化裝備維修工作的現(xiàn)有條件和實(shí)際情況，將基于狀態(tài)維修的思想應(yīng)用到維修工作中去，在準(zhǔn)確把握其核心工作機(jī)理的情況下對(duì)維修工作進(jìn)行合理的改進(jìn)，使其更加科學(xué)和精準(zhǔn)，克服事后維修的弊端，是信息化裝備保障目前比較符合實(shí)際的做法[2]。

合理利用信息化裝備的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)做好視情維護(hù)工作。隨著信息化時(shí)代的到來，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，信息化設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)也應(yīng)運(yùn)而生。該技術(shù)的原理是對(duì)處于工作狀態(tài)的信息化設(shè)備信號(hào)通過采集、整理、傳輸和處理，從而真正實(shí)現(xiàn)信息化設(shè)備在正常運(yùn)行狀態(tài)下的在線監(jiān)測(cè)。通俗來說，就是各個(gè)設(shè)備由內(nèi)部的傳感系統(tǒng)采集和整理設(shè)備的信號(hào)數(shù)據(jù)，再把整理的數(shù)據(jù)通過內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)椒窒到y(tǒng)管理計(jì)算機(jī)上，各分系統(tǒng)管理計(jì)算機(jī)再將本系統(tǒng)采集的信號(hào)數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)總線統(tǒng)一發(fā)送至管理數(shù)據(jù)庫，管理數(shù)據(jù)庫經(jīng)過系統(tǒng)比對(duì)、分析和處理，直觀的將整個(gè)信息化系統(tǒng)工作狀態(tài)和相關(guān)參數(shù)呈現(xiàn)在操作和管理人員面前，使其直觀、實(shí)時(shí)的了解整個(gè)信息化裝備的健康狀態(tài)。比如各系統(tǒng)的工作狀態(tài)可以通過狀態(tài)顯示欄的顏色直觀的呈現(xiàn)出來，比如：“綠色”表示工作正常，“黃色”表示降級(jí)使用，“紅色”表示系統(tǒng)故障[3]。各分系統(tǒng)的狀態(tài)欄內(nèi)部有樹狀結(jié)構(gòu)，點(diǎn)開該狀態(tài)欄可以顯示到該系統(tǒng)的設(shè)備級(jí)（LRU）狀態(tài)，進(jìn)而再顯示出其設(shè)備內(nèi)部的模塊級(jí)（SRU）狀態(tài)。通過觀察狀態(tài)欄的樹狀結(jié)構(gòu)狀態(tài)圖的“紅色”狀態(tài)，就能精準(zhǔn)的定位到具體故障模塊，從而及時(shí)有效的展開維護(hù)。此外，通過重點(diǎn)關(guān)注設(shè)備的“黃色”狀態(tài)，對(duì)其具體參數(shù)進(jìn)行定量監(jiān)測(cè)，當(dāng)參數(shù)超過允許范圍，對(duì)有關(guān)部分適時(shí)開展視情維護(hù)。它適用于技術(shù)狀況緩慢惡化并能原位檢測(cè)的器件，可以將故障消滅在萌芽狀態(tài)。