淺析艦載電子裝備故障監(jiān)測與診斷技術(shù)

陳猛

（中國人民解放軍第四八零六工廠軍械修理廠，浙江 寧波 315834）

0 引言

艦載電子裝備故障將直接導(dǎo)致對應(yīng)系統(tǒng)無法正常工作，為保證艦艇作戰(zhàn)能力，需要裝備使用人員在規(guī)定時(shí)間內(nèi)排除故障，然而，由于電子裝備內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對應(yīng)結(jié)構(gòu)單元功能具有較強(qiáng)的相關(guān)性，以至于電子裝備故障平均修復(fù)時(shí)間（MTTR）較長[1]。由此，通過計(jì)算機(jī)軟件對艦載電子裝備狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，并對已經(jīng)發(fā)生的故障進(jìn)行診斷，輔助維修人員定位和排除故障，這對艦艇戰(zhàn)斗力的恢復(fù)與保持具備重要意義。

1 艦載電子裝備故障監(jiān)測與診斷技術(shù)概述

任何類型電子裝備的故障都具有可預(yù)見性，根據(jù)量變與質(zhì)變的理論，當(dāng)電子裝備故障風(fēng)險(xiǎn)積累到一定程度后，則故障必然出現(xiàn)。因此，借助傳感器實(shí)時(shí)獲取電子裝備狀態(tài)數(shù)據(jù)，在對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，與數(shù)據(jù)庫中對應(yīng)裝備故障的數(shù)據(jù)曲線進(jìn)行擬合，進(jìn)而判定該電子裝備出現(xiàn)故障的幾率[2]。同時(shí)，在電子裝備發(fā)生故障后，結(jié)合數(shù)據(jù)分析結(jié)果，判定導(dǎo)致故障發(fā)生的主要原因，并對故障點(diǎn)進(jìn)行定位，縮短故障排查時(shí)間。

2 電子裝備故障監(jiān)測與診斷技術(shù)分類

根據(jù)數(shù)據(jù)獲取與分析方式，以及對應(yīng)平臺(tái)計(jì)算機(jī)的實(shí)時(shí)處理能力，艦載電子裝備故障監(jiān)測與診斷技術(shù)可分類兩類：離線故障監(jiān)測與診斷、在線故障監(jiān)測與診斷。

2.1 離線故障監(jiān)測與診斷

所謂離線，是指故障監(jiān)測與診斷并非實(shí)時(shí)進(jìn)行，而是在電子裝備使用結(jié)束后，拷取裝備狀態(tài)數(shù)據(jù)，并按照圖1所示步驟進(jìn)行處理。

其中，數(shù)據(jù)收集是其中最為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，根據(jù)實(shí)際需要，將裝備狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性將直接影響最終分析結(jié)果。因此，設(shè)計(jì)人員需要將這一要求貫徹到電子裝備的研發(fā)環(huán)節(jié)，通過科學(xué)的傳感器設(shè)計(jì)，能夠使收集的數(shù)據(jù)更加全面、準(zhǔn)確。

數(shù)據(jù)收集后需要進(jìn)行處理，該過程是為了下一步的數(shù)據(jù)分析將收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行加工，使其滿足數(shù)據(jù)分析的格式，其主要包括數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化、數(shù)據(jù)抽取、數(shù)據(jù)合并、數(shù)據(jù)計(jì)算等。

數(shù)據(jù)分析是利用相關(guān)數(shù)據(jù)分析軟件研究數(shù)據(jù)中所含信息，常用數(shù)據(jù)分析軟件有SPSS、SAS、Python、R語言等，其中也包括較為常見的Excel也是數(shù)據(jù)分析軟件[3]。這需要注意的是，離線故障監(jiān)測與診斷無法進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)分析，所以，數(shù)據(jù)分析過程中應(yīng)考慮到裝備持續(xù)工作對分析結(jié)果的影響。

數(shù)據(jù)展現(xiàn)與撰寫報(bào)告能夠?qū)﹄娮友b備狀態(tài)進(jìn)行評估，在提出故障預(yù)警的同時(shí)，也能夠?qū)σ呀?jīng)發(fā)生故障快速定位，并提出具有可操作性的維修意見與建議。

2.2 在線故障監(jiān)測與診斷

目前，在線故障監(jiān)測與診斷主要為艦載平臺(tái)在線故障監(jiān)測與診斷，受計(jì)算機(jī)性能、數(shù)據(jù)庫模型等多種因素的影響，在線故障監(jiān)測與診斷技術(shù)依然存在較大的提升空間。

以美軍“菲茨杰拉德”號(hào)驅(qū)逐艦裝備的SPS-73（V）12型導(dǎo)航雷達(dá)為例，作為保障艦艇航行安全的核心電子裝備，導(dǎo)航雷達(dá)需要全天候工作，因此，在實(shí)際使用過程中，導(dǎo)航雷達(dá)故障相對較高，有效預(yù)判故障及定位故障對提高艦艇航行安全極為重要[4]。在“菲茨杰拉德”號(hào)驅(qū)逐艦發(fā)生撞船事故之后，首要排查導(dǎo)航雷達(dá)所記錄的數(shù)據(jù)。作為美軍現(xiàn)役導(dǎo)航雷達(dá)，SPS-73（V）12型導(dǎo)航雷達(dá)能夠在線監(jiān)測視頻信號(hào)、收發(fā)機(jī)頻率、輸入電壓、工作電流等信號(hào)，一旦某信號(hào)數(shù)值處于閾值范圍以外，則系統(tǒng)將自動(dòng)報(bào)警，提示航海部門工作人員及時(shí)檢查。在發(fā)生故障的情況下，自檢系統(tǒng)還可以通過小信號(hào)測試的方式對系統(tǒng)各模塊進(jìn)行初步曬查，快速定位故障單元。

兩種故障監(jiān)測與診斷技術(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn)，具體如表1所示。

3 電子裝備故障監(jiān)測與診斷技術(shù)發(fā)展

從傳統(tǒng)電子裝備故障監(jiān)與診斷技術(shù)實(shí)際應(yīng)用情況來看，結(jié)合電子裝備使用環(huán)境與特性，基于大數(shù)據(jù)技術(shù)與人工智能技術(shù)的在線電子裝備故障監(jiān)測與診斷技術(shù)將成為未來艦載裝備保障的趨勢，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

表1 離線/在線故障監(jiān)測與診斷技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)

3.1 電子交互手冊實(shí)時(shí)共享

美國海軍自上世紀(jì)就已經(jīng)推行了電子交互手冊，在艦員級維修能力訓(xùn)練與裝備維修指導(dǎo)方面，電子交互手冊發(fā)揮了巨大作用[5]。依賴于美軍龐大的衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)，電子交互終端在維修過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)可通過數(shù)據(jù)鏈匯總到后臺(tái)服務(wù)器，從而不斷豐富故障數(shù)據(jù)庫，為故障監(jiān)測與診斷提供依據(jù)。

例如，根據(jù)以往裝備修理經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，電子對抗系統(tǒng)故障與濕度、溫度、干擾扇面大小、頻率、輸入電壓等因素相關(guān)，若電子交互手冊終端能夠接入電子對抗系統(tǒng)[6]。通過實(shí)時(shí)在線分析，并與后臺(tái)數(shù)據(jù)庫計(jì)算后的曲線進(jìn)行對比，最終確定該系統(tǒng)是否存在故障，并對故障原因進(jìn)行分析，從而進(jìn)行初步定位，并指導(dǎo)現(xiàn)場人員進(jìn)行處置。

3.2 基于人工智能的故障監(jiān)測與診斷

在現(xiàn)有故障無法通過構(gòu)建數(shù)據(jù)模型的方式進(jìn)行處理的情況下，則可以采取人工智能技術(shù)輔助進(jìn)行故障監(jiān)測與診斷，如案例智能分析等[7-8]。

以案例智能分析技術(shù)為例，隨著上報(bào)電子裝備故障類型的不斷增加，人工智能技術(shù)能夠根據(jù)所提供的故障數(shù)據(jù)分析不同故障案例之間的相關(guān)性，如電子通信設(shè)備交流供電電壓穩(wěn)定性下降導(dǎo)致通信系統(tǒng)噪聲信號(hào)增強(qiáng)等。

雖然，人工智能技術(shù)的應(yīng)用在一定程度上提高了電子裝備故障監(jiān)測與診斷效率，但是，基于人工智能技術(shù)的故障監(jiān)測與診斷技術(shù)僅能夠作為預(yù)防性修理和故障處置的參考，依然需要結(jié)合現(xiàn)場檢查的實(shí)際情況進(jìn)行處置。

3.3 遠(yuǎn)程專家知識(shí)庫

區(qū)別于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，遠(yuǎn)程專家知識(shí)庫是用于解決電子裝備新發(fā)故障，在傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫無法解決此類問題的情況下，可接入電子裝備設(shè)計(jì)、生產(chǎn)單位，以及具備相應(yīng)能力的高校、院所數(shù)據(jù)平臺(tái)，對電子裝備故障進(jìn)行在線分析、討論，并確定故障檢測方法、處置方案。

遠(yuǎn)程專家知識(shí)庫所形成的檢測方法與故障處置方案都可以納入通用數(shù)據(jù)庫，通過遠(yuǎn)程專家?guī)炜勺畲笙薅冉鉀Q艦載電子裝備使用過程中的疑難雜癥，同時(shí)可以為艦載電子裝備設(shè)計(jì)、研發(fā)和生產(chǎn)提供借鑒。

4 總結(jié)

艦船電子裝備故障監(jiān)測與診斷是未來裝備智能化發(fā)展的必然趨勢，目前，艦載電子裝備離線故障監(jiān)測與診斷以得到廣泛應(yīng)用，大大提高了艦載電子裝備的穩(wěn)定性。隨著艦載電子裝備動(dòng)態(tài)故障模型的不斷完善，以及配套技術(shù)的日益成熟，艦載電子裝備在線故障監(jiān)測與診斷技術(shù)將在裝備保障、維修等領(lǐng)域發(fā)揮不可替代的作用。