故障预测与健康管理PHM技术研究
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（一） PHM技术的一般演变过程
(3 )综合诊断的提出和发展（80年代后期至90年代） ? 20世纪70-80年代，复杂装备在使用中暴露出测试性差、故障诊断时间长、
BIT虚警率高、使用与保障费用高、维修人力不足等各种问题，引起美英 等国军方和工业部门的重视。 ? 美军及工业界分别针对自动测试设备(ATE) 、技术资料、BIT及测试性等 各诊断要素相继独立地采取了很多措施，力图解决这些使用与保障问题， 结果不理想。 ? 问题的根源在于各诊断要素彼此独立工作，缺少综合；而且除测试性和 BIT外，都是在主装备设计基本完成后才开始设计的。 ? 从解决现役装备保障问题的角度出发，美国国防部颁布军用标准和国防 部指令，强调采用“综合后勤保障”的途径来有效解决武器装备的保障 问题。 ? “诊断”问题成为贯彻综合后勤保障的瓶颈。 ? 美国原安全工业协会于1983年首先提出了“综合诊断”的设想 ，对构成 武器装备诊断能力的各要素进行综合，并获得了美国军方的认可和大力 提倡。
（PHM, Prognostics and Health Management ）
这是联合攻击战斗机 JSF研制中对IVHM概念的 另一种提法，它的 PHM（空中）+ JDIS（地面） 构成完整的 IVHM系统。
5
健康管理技术演变（2）
? 故障检测、隔离和重构
（FDIR，Fault Detection, Isolation and Reconfiguration ），60/70年代的空间工业中采 用，以各子系统的 BIT为基础，以故障代码的形 式报告，以报警为主，重构在低层系统实现，缺 少预测。
3
PHM概述
技术沿革 技术特征 研究意义
4
健康管理技术演变（1）
? 综合运载器健康管理
从 VHM (Vehicle Health Management )到IVHM （Integrated VHM） “综合”（即“ I”）意味着健康管理遍及运载器 的所有部分及生命周期的所有阶段。
? 预测及健康管理
11
2. 飞机PHM技术演变过程
（一） PHM技术的一般演变过程
(1) 从外部测试到机内测试（BIT）（60-70年代）
? 早期的飞机系统比较简单，航电系统为分立式结构，依靠人工在 地面上检测和隔离飞机中的问题（外部测试）。这些飞机由彼此 独立的模拟系统构成；
? 随着飞机系统变得复杂，机内测试（BIT/BITE ）被引入飞机中， 先是为了警告飞行员在重要部件中出了关键故障，后来又成为支 持机械师查找故障的助手。
2. 飞机PHM技术演变过程
(一）PHM技术的一般演变过程 （二）舰载机PHM能力演变过程 （三）大型客机PHM能力演变过程
10
2. 飞机PHM技术演变源自文库程
（一） PHM技术的一般演变过程
发展阶段：
外部测试
机内测试 （BIT）
智能BIT
应用层次：
部件级
分系统级
综合诊断
PHM
系统集成 （区域管理器）
? 运载器健康监控
（VHM, Vehicle Health Monitoring ），从概念上 它只是 FDIR的一部分，对象针对运载器。
6
健康管理技术演变（3）
? 系统健康管理
（SHM，System Health Management）
首次将安全性、可靠性、故障管理、可测试性 及成本分析纳入一个统一的构架，定义了一个 结构化的健康管理系统。
8
健康管理技术演变（5）
5级 预测 ——是否可以预报部件 /子系统失效， 并且根据要求或实际情况进行维修？ 是否可以与控制综合？
4级 高级诊断 —— 是否能够在部件失效前得知其性 能正在降低？能否根据运行情况监测 到异常、间歇性故障和单次出现的事 件？ CND 能否最少？
3级 集成系统结构 —— 在给定系统运行、保障和安全性 需求时，系统软、硬件结构能够提供 9
? 运载器健康管理
（VHM，Vehicle Health Management ）
“管理”跨度为两个方面： ①自主重构 ②安全且成本有效地实现任务目标而分配资源
7
健康管理技术演变（4）
? 以信息为依据的维修
（IM，Informed Maintenance ）
或 基于状态的维修
(CBM, Condition-based Maintenance) 根据所掌握的运载器状况来进行有针对性的维修。 以飞行中的实时报告、部件的寿命记录、历史数 据、维修案例等为依据，高效组织维修活动，降 低维修成本，减少维修时间。
? 多科会诊
综合诊断
多科医生一同诊断当前疾病
运用多种诊断技术诊断当前故障
? 疾病预防与保健
故障预测与健康管理
体检、疾病预测、保健体系 健康监测、高级故障诊断、故障/寿命预测 (健康、亚健康、疾病、寿命预测, (健康、亚健康、故障、部件寿命预测, 保健措施; 过去、现在和将来) 决策/维修建议; 过去、现在和将来)
– 20多年来，智能BIT技术有了迅速发展，先后出现了综合BIT、信息增强BIT、 改进决策BIT 、维修历史BIT 、自适应BIT 和暂存监控BIT 等多种智能BIT 技术。
– 智能BIT技术已经应用到F-16与F-15的改型和新研制的F-22、JSF等第三、第 四代航空装备中。
13
2. 飞机PHM技术演变过程
12
2. 飞机PHM技术演变过程
（一） PHM技术的一般演变过程
(2) 从BIT到智能BIT（80年代）
– 为了解决常规BIT存在的问题，美国原罗姆航空发展中心（RADC）在80年代 初率先提出运用人工智能技术来改善BIT 的效能，以降低虚警、识别间歇故 障，这就是所谓的智能BIT 。
– 智能BIT是指，采用人工智能及相关技术，将环境应力数据、BIT输出信息、 BIT 系统历史数据、被测单元输入/ 输出、设备维修记录等多方面信息综合在 一起，并经过一定的推理、分析、筛选过程，得出关于被测单元状态的更准 确的结论，从而增强BIT 的故障诊断能力。
故障预测与健康管理（PHM）技术研究
1
内容提纲
PHM概述
定义、沿革、特征、意义
PHM技术
体系结构、关键技术、工程设 计
设计工具、验证与确认
PHM应用
典型应用举例
2
故障诊断与综合健康管理 ——与医学概念的类比
医学
工程
? 疾病诊断
故障诊断
通过观测、化验和医疗仪器, 结论由医生给出
通过传感器、信号处理和检测仪 结论由诊断软件给出
(3 )综合诊断的提出和发展（80年代后期至90年代） ? 20世纪70-80年代，复杂装备在使用中暴露出测试性差、故障诊断时间长、
BIT虚警率高、使用与保障费用高、维修人力不足等各种问题，引起美英 等国军方和工业部门的重视。 ? 美军及工业界分别针对自动测试设备(ATE) 、技术资料、BIT及测试性等 各诊断要素相继独立地采取了很多措施，力图解决这些使用与保障问题， 结果不理想。 ? 问题的根源在于各诊断要素彼此独立工作，缺少综合；而且除测试性和 BIT外，都是在主装备设计基本完成后才开始设计的。 ? 从解决现役装备保障问题的角度出发，美国国防部颁布军用标准和国防 部指令，强调采用“综合后勤保障”的途径来有效解决武器装备的保障 问题。 ? “诊断”问题成为贯彻综合后勤保障的瓶颈。 ? 美国原安全工业协会于1983年首先提出了“综合诊断”的设想 ，对构成 武器装备诊断能力的各要素进行综合，并获得了美国军方的认可和大力 提倡。
（PHM, Prognostics and Health Management ）
这是联合攻击战斗机 JSF研制中对IVHM概念的 另一种提法，它的 PHM（空中）+ JDIS（地面） 构成完整的 IVHM系统。
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健康管理技术演变（2）
? 故障检测、隔离和重构
（FDIR，Fault Detection, Isolation and Reconfiguration ），60/70年代的空间工业中采 用，以各子系统的 BIT为基础，以故障代码的形 式报告，以报警为主，重构在低层系统实现，缺 少预测。
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PHM概述
技术沿革 技术特征 研究意义
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健康管理技术演变（1）
? 综合运载器健康管理
从 VHM (Vehicle Health Management )到IVHM （Integrated VHM） “综合”（即“ I”）意味着健康管理遍及运载器 的所有部分及生命周期的所有阶段。
? 预测及健康管理
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2. 飞机PHM技术演变过程
（一） PHM技术的一般演变过程
(1) 从外部测试到机内测试（BIT）（60-70年代）
? 早期的飞机系统比较简单，航电系统为分立式结构，依靠人工在 地面上检测和隔离飞机中的问题（外部测试）。这些飞机由彼此 独立的模拟系统构成；
? 随着飞机系统变得复杂，机内测试（BIT/BITE ）被引入飞机中， 先是为了警告飞行员在重要部件中出了关键故障，后来又成为支 持机械师查找故障的助手。
2. 飞机PHM技术演变过程
(一）PHM技术的一般演变过程 （二）舰载机PHM能力演变过程 （三）大型客机PHM能力演变过程
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2. 飞机PHM技术演变源自文库程
（一） PHM技术的一般演变过程
发展阶段：
外部测试
机内测试 （BIT）
智能BIT
应用层次：
部件级
分系统级
综合诊断
PHM
系统集成 （区域管理器）
? 运载器健康监控
（VHM, Vehicle Health Monitoring ），从概念上 它只是 FDIR的一部分，对象针对运载器。
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健康管理技术演变（3）
? 系统健康管理
（SHM，System Health Management）
首次将安全性、可靠性、故障管理、可测试性 及成本分析纳入一个统一的构架，定义了一个 结构化的健康管理系统。
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健康管理技术演变（5）
5级 预测 ——是否可以预报部件 /子系统失效， 并且根据要求或实际情况进行维修？ 是否可以与控制综合？
4级 高级诊断 —— 是否能够在部件失效前得知其性 能正在降低？能否根据运行情况监测 到异常、间歇性故障和单次出现的事 件？ CND 能否最少？
3级 集成系统结构 —— 在给定系统运行、保障和安全性 需求时，系统软、硬件结构能够提供 9
? 运载器健康管理
（VHM，Vehicle Health Management ）
“管理”跨度为两个方面： ①自主重构 ②安全且成本有效地实现任务目标而分配资源
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健康管理技术演变（4）
? 以信息为依据的维修
（IM，Informed Maintenance ）
或 基于状态的维修
(CBM, Condition-based Maintenance) 根据所掌握的运载器状况来进行有针对性的维修。 以飞行中的实时报告、部件的寿命记录、历史数 据、维修案例等为依据，高效组织维修活动，降 低维修成本，减少维修时间。
? 多科会诊
综合诊断
多科医生一同诊断当前疾病
运用多种诊断技术诊断当前故障
? 疾病预防与保健
故障预测与健康管理
体检、疾病预测、保健体系 健康监测、高级故障诊断、故障/寿命预测 (健康、亚健康、疾病、寿命预测, (健康、亚健康、故障、部件寿命预测, 保健措施; 过去、现在和将来) 决策/维修建议; 过去、现在和将来)
– 20多年来，智能BIT技术有了迅速发展，先后出现了综合BIT、信息增强BIT、 改进决策BIT 、维修历史BIT 、自适应BIT 和暂存监控BIT 等多种智能BIT 技术。
– 智能BIT技术已经应用到F-16与F-15的改型和新研制的F-22、JSF等第三、第 四代航空装备中。
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2. 飞机PHM技术演变过程
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2. 飞机PHM技术演变过程
（一） PHM技术的一般演变过程
(2) 从BIT到智能BIT（80年代）
– 为了解决常规BIT存在的问题，美国原罗姆航空发展中心（RADC）在80年代 初率先提出运用人工智能技术来改善BIT 的效能，以降低虚警、识别间歇故 障，这就是所谓的智能BIT 。
– 智能BIT是指，采用人工智能及相关技术，将环境应力数据、BIT输出信息、 BIT 系统历史数据、被测单元输入/ 输出、设备维修记录等多方面信息综合在 一起，并经过一定的推理、分析、筛选过程，得出关于被测单元状态的更准 确的结论，从而增强BIT 的故障诊断能力。
故障预测与健康管理（PHM）技术研究
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内容提纲
PHM概述
定义、沿革、特征、意义
PHM技术
体系结构、关键技术、工程设 计
设计工具、验证与确认
PHM应用
典型应用举例
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故障诊断与综合健康管理 ——与医学概念的类比
医学
工程
? 疾病诊断
故障诊断
通过观测、化验和医疗仪器, 结论由医生给出
通过传感器、信号处理和检测仪 结论由诊断软件给出