基于PHM的装甲装备管理保障研究

摘 要：PHM技术是基于视情维修的新型装甲装备保障模式。本文通过阐述了PHM技术的研究内容，明确了装甲装备PHM系统的功能，设计了装甲装备PHM系统的整体架构，研究了PHM故障预测技术的特点，并指出PHM的发展趋势，为进一步研究PHM技术奠定了基础。

关键词：PHM；装甲装备；故障诊断；视情维修

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.16.115

0 引言

随着科技的进步与技术的发展，装甲装备作战性能显著提高，但其结构也向着复杂化、一体化、智能化发展。现有装甲装备由于设计时将作战性能作为出发点，导致对后续保障维修的考虑较为匮乏，不能根据装备现有状态进行维修保养，容易出现维修过剩或维修不足的问题[1-4]。为提高装备的利用率，降低装备的维修成本，PHM（prognostics and healthy management）技术应运而生，并受到越来越多的关注。

1 PHM的研究内容

装甲装备是集机械、电气、通信、光学等多学科交叉为一体的复杂系统，主要有传动机构、行动机构、火控机构、电气机构、通信机构等组成，各机构承担不同的功能，一旦某个机构、部件发生故障，将会影响整个装甲装备的训练和作战水平。目前我军在装甲装备机械系统的维修工作中还主要依靠“定期维护保养”和“事后修理”方式。定期维修方式并不能预先发现维护保养间隔内发生的故障或失效现象，事后维修对装甲装备的作战更为不利[5]。

PHM技术是由美国军方于上世纪90年代首次提出，以状态维修为基础的一种新的保障方式，是对机内测试的进一步发展，利用嵌入式测试技术以及信息管理技术，结合智能算法，对装备的运行状态、健康状况进行评估管理[6]。

PHM的研究内容包括以下几个方面：

（1）将传统的故障检测技术与机内测试技术和软件建模技术相结合，获取虚警率接近于零的检测结果。

（2）对关键部件、重点部位的性能信息进行收集处理，计算该部件或部位的残余寿命，提前更换零部件，做到视情维修。

（3）将故障信息传播至维修基地，建立健康状态管理系统，激活自主维修程序。

2 PHM的系统功能与系统构建

2.1 预处理系统功能

PHM的功能主要有以下几点：

（1）状态监测。对装甲装备进行有效的状态监测是PHM系统的前提。利用传感器对装甲装备进行测试以获取不同的状态参数，从众多参数中提取能表征装甲装备状态的特征参数，进而完整准确的描述装甲装备状态。

（2）故障诊断。当装甲装备发生故障时，将提取的特征参数与故障库信息进行匹配，最终实现对故障的决策和定位。

（3）故障預测。通过监测装甲装备当前状态，结合故障信息库和预测模型，对今后一段时间可能出现的故障进行预测。

（4）健康状态管理。对故障预测结果进行分析，根据装甲装备的状态提出维修保养策略，在发生故障前采取相应的措施，由传统的维修保障模式转变为视情维修，降低全寿命周期的维护保养费用。

2.2 系统构建

通过实时采集系统对装甲装备状态数据进行采集，并利用数据采集装置对状态参数进行数据融合与处理，提取表征状态的特征量。通过数据链传递给状态检测诊断装置，通过与故障信息库的标准数据进行比较，对故障模式进行诊断和预测，对超出门限阈值的参数进行报警警告，生成动作指令并对数据进行储存，传递给健康管理装置，以便于以后的健康状态管理。装甲装备PHM系统结构如图1所示。

3 PHM故障预测技术

故障预测技术是装甲装备PHM系统的核心技术。故障预测技术是指根据装甲装备现有状态，结合故障信息库，对装备之后可能出现的状态进行估计评价，预测可能发生的故障性质、种类、程度等，分析发展趋势，提出相应的解决措施。

目前对故障预测技术分类大致有三类：基于模型的故障预测、基于先验知识的故障预测和基于数据挖掘的故障预测[5]。

基于模型的故障预测方法是根据装甲装备结构建立数学模型，根据正常状态特性参数，利用模型参数与故障特征之间的关系，通过算法进行有效的评估预测，预测结果比较准确，但建立精确模型较为困难。该预测方法一般用于预测机械及电子器件的使用寿命。

基于先验知识的故障预测方法是利用历史数据及相关专家经验，结合装甲装备运行状态对其寿命及潜在故障进行预测，其预测结果的准确性主要取决于历史数据的合理性及专家经验的丰富性。该方法一般用于预测可靠性低的简单设备。

基于数据挖掘的故障预测是对于复杂的非线性系统，利用历史数据以及实时运行数据，对装甲装备的寿命及故障进行预测。该方法不需要建立复杂的模型和专家经验，仅需根据装甲装备自身数据，利用模糊分析、神经网络等工具即可预测，是目前较为常用的方法。

4 PHM发展趋势

现在各国对装备的故障预测和健康管理极为重视，拥有完善的PHM系统对装甲装备的保障十分有利。但目前装甲装备PHM系统还不够成熟，对故障的诊断精度不够高、置信度低，对残余寿命的不确定性研究不深入、预测方法还不够成熟，模型建立不够精确等。 而且目前的PHM方法对象单一，需要建立一种具有普适性的方法。

5 结束语

PHM系统是一种新的装备保障模式，能够保证装备的可靠性、安全性、保障性，降低维修保障费用。目前我军在装甲装备PHM系统的研究还在初级阶段，如何针对特定的装备建立诊断精度高、实用性强的PHM系统，还需要进一步进行深入研究。

参考文献：

[1]李勇，常天庆，白帆，张雷，张波.面向服务的装甲装备PHM体系结构研究[J]. 计算机测量与控制，2012，20（07）：1880-1882.

[2]孙旭.故障预测和健康管理（PHM）系统[J].舰船科学技术，2011，33（09）：133-136.

[3]单珊，冯玉光，奚文骏.PHM中预测性能评价方法的发展与展望[J].计算机测量与控制，2015，23（12）：3909-3912.

[4]吕琛，马剑，王自力.PHM技术国内外发展情况综述[J].计算机测量与控制，2016，24（09）：1-4.

[5]杨国振，常天庆，张雷，朱斌.装甲装备故障预测与健康管理系统技术研究[J].计算机测量与控制，2012，20（10）：2728-2730.

[6]杨红军，周伟，郭波.陆军装甲指挥信息系统装备PHM应用技术研究[J].可靠性与环境适应性理论研究，2017，35（05）：49-52.

[7]周林，赵杰，冯广文.装备故障与健康管理技术[M].北京：国防工业出版社，2015.

[8]杨森.基于视情维修的电子装备PHM体系结构分析[J].计算机科学，2017，44（09）：19-22.

[9]王青海，常成，李闯.PHM在装甲车辆指控通信系统维修保障中的应用[J].四川兵工学报，2012，33（02）：38-41.

[10]孙旭升，周刚，于洋，李凤宇.机械设备故障预测与健康管理综述[J].兵工自动化，2016，35（01）：30-33.

作者简介：赵继龙（1977-），男，工程师，研究方向：装备保障维修、装备技术维修保障。