武器装备故障预测与健康管理系统的关键技术

故障演化 动态模 型。 武器装备故 障的发生 、 发展 规律是 开展故 障预 测与健 康管理工作 的前提基础 。故 障研究包括故 障宏 观研究 和故
转变 ， 即从 传统 的基 于传感器 的诊断转 向基于 智能系统 的
＊ 收稿 日期 ：０ １ １ ２ １ 年 １月 １ ０日 ， 回 日期 ：０ １ １ 修 ２ １ 年 ２月 ２ ２日
Ｅ２ ９
中 图分 类 号
Ｓ ｕ ｙ ｏ ｙ Ｔｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｆ ｒＰ ｏ ｎ ｓ ｉ ｓａ ｄ Ｈｅ ｌｈ Ｍ ａ ａ ｅ ｎ ｔ ｄ ｆＫｅ ｃ ｎ ｌ ｇ ｏ ｒ ｇ ｏ ｔｃ ｎ ａ ｔ ｎ ｇ ｍｅ ｔ Ｓ ｓｅ ｏ ｅ ｐ ｎ Ｅｑ ｉ ｍｅ ｔ ｙ ｔｍ ｆＷ ａ ｏ ｕ ｐ ｎ
ＱＩ Ｌｊｎ Ｕ ｉ ｕ
（ ｐ ｒｍ ｅ ｔ ｏ ｉ ｎ ｅ ａ ｄ Ｒｅ ｅ ｒ ｈ， ｖ ｌ ｅ ｏ ａ ｔｃ ｌ ｎ ｔ ｏ ａ ｔｃ ｌＵｎｉ ｅ ｓｔ Ｄｅ ａ ｔ ｎ ｆＳｃｅ ｃ ｎ ｓ ａ ｃ Ｎａ ａ ｒ ｎ ｕ ｉａ ｄ Ａｓ ｒ ｎ ｕ ｉ ａ Ａ ａ ｖｒｉ ｙ，Ｙａ ａ ２ ４ １ ｎｔ ｉ ６ ００ ）
设备工作时间的变化关系 ， 确定故障发展规律 ， 从而实现对
故 障的宏Leabharlann Baidu控制 。
３ ２ 武器 装 备健 康 状态 监测 技 术 ．
部件不可恢复的 、 能执行规 定功能 的状 态。根 据 以上 定 不 义 ， 为状态 １和 ２属 于健康 ，） 认 ） ） ３ 属于亚健康 ，） ５ 属于 ４和 ）
作者简介： 邱立军 ， ， 男 硕士研究生 ， 讲师 ， 研究方向 ： 航空装备 Ｐ ＨＭ 技术 、 故障诊断。
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邱立 军 ： 武器装备故障预测与健康管理 系统 的关键技术
总第 ２ ５期 １
障微观研究 。故 障微 观研究 是研究 故 障发生 的微观机 理 ， 主要研 究引起故 障的物理 、 化学 、 生物等变化 的内在原 因及 其变化规律 ， 而提 出预 防和消除故障 的措施 ； 从 故障宏观研 究是研究故 障发生的统计 规律 ， 主要 研究 故障发 生次数 与
ｗａ ｎ ｒ ｄ ｃ ｄ ｉ ｅ ａｌ ｓ ｉ ｔ ｏ ｕ ｅ ｎ ｄ ｔ ｉ ．
Ｋｅ ｏｒ ｓ ｗｅ ｐ ｎ ｅ ｕｐ ｎ ，ｆ ｕｔｐ ｏ ｎ ｓｉｓ ｅ ｌｈ ｍａ ａ ｅ ｎ ｙＷ ｄ ａ ｏ ｑ ｉｍｅ ｔ ａ ｌ ｒ ｇ ｏ ｔｃ ，ｈ ａｔ ｎ ｇ ｍｅ ｔ Ｃｌｓ ｍ ｂ Ｅ９ ａ ｓＮｕ ｅｒ ２
追踪 。Ｐ ＨＭ 的开放 系统 结构 ， 主要 由如下 七层组 成 ： 数据
获 取 层 、 据 处 理 层 、 态 监 测 层 康 评 估 层 、 障 预 测 数 状 健 故 层 、 策 支持 层 、 示 层 。 决 显
２ 武 器 装 备 故 障预 测 与健 康 管 理 系统
武器装备故 障预测 与健康 管理 （ ＨＭ） 统是 对武器 Ｐ 系 装备传统使用 的机 内测试 （ Ｉ 和状 态 （ Ｂ Ｔ） 健康 ） 监控 能力 的 进一步拓展 ， 这种发展 的主要技术 要素 是从状 态监 控 向健
建等 。 ３ ３ 武 器 装 备 健 康 评 估 与 故 障 预 测 技 术 ．
统进行维修决策 的 自动生成 、 维修 资源 的统一调 配 以及 各 相关单 位的协 同保 障等 ， 可极 大地 提高保 障的效 率和精 确 度 。建立决 策支持系 统的 主要 技术 有专家 系统 、 仿真技 术
疾病 。根据评估得 出的武 器装备健 康指数 ， 够确定 武器 能
装备 当前 已处于健康 、 亚健康或是疾病状 态 ， 为及 时安排 可 维修 、 除隐患提供依据 。 排
３ ４ 武器 装 备 智能 推 理 与 决 策 支 持 技 术 ．
武器装备健康状态监测技术研究 主要包括 ： ）武器装 １ 备状态信息 与故 障模式和健康状态 关联性研究 ； ）武器 装 ２ 备健康状态 的监测参数选取研究 ； ）武器装备状 态参数 的 ３
和 多 Ａｇｎ 技 术 等 。 ｅｔ 自动 推 理决 策 的 主 要 功 能 是 产 生 更 换 、 修 活 动 的 建 维
武器装备 健 康 评估 与 故 障 预测 技 术 研 究 主要 包 括 ： １ ）武器装备健康状态评估指标体系研究 ；）武器装备健康 ２ 状态评估模 型研究 ；）武器装备故 障预 测方法研 究。其研 ３
Ａｂ ｔａ ｔ Ｐｒｇ ｏｓｉｓａ ｄ ｈ ａｔ ｎ ｇ ｍｅ ｔ（ ｓ ｒ ｃ ｏ ｎ ｔｃ ｎ ｅ ｌｈ ｍａ ａ ｅ ｎ ＰＨ Ｍ ）ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｓａ ｄ ａ ｃ ｄ ｔｃ ｎ ｌｇ ｆｔｓ ，ｍａｎｔｎ ｎ ｅａ ｄｍａ ａ ｅ ｎ ｏ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｉ ｎ ａ ｖ ｎ ｅ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｏ ｅｔ ｉ ｅ ａ ｃ ｎ ｎ ｇ ｍｅ ｔｆ ｒ ｎ ｗ ｅ ｅａ ｉｎ ｏ ａ ｏ ｙ ｔｍ ．ＰＨ Ｍ ｅｈｎ ｌｇ ｓｂ ｃ ｍ ｉｇ ｏ ｅｏ ｈ ｏ ｔｉ ｏ ｔｎ ａ ｔ ｆｄ ｓｇ ｎ ｓ ｇ ｆｎ ｗ ｅ ｒ ｔｏ ｆ ｅ ｇ ｎ ｒ ｔｏ ｆｗｅ ｐ ｎ ｓ ｓｅ ｔｃ ｏｏ ｙ ｉ ｅ ｏ ｎ ｎ ｆｔ ｅｍ ｓ ｍｐ ｒａ ｔｐ ｒｓｏ ｅ ｉｎ ａ ｄ ｕ ａ ｅ ｏ ｅ ｇ ｎｅａｉｎ ｏ ｗｅ ｐ ｎ ｓ ｓｅ ａ ｏ ｙ ｔｍ． Ａｎ ｏ ｅｖｅ ｏ ｏ ｎ ｔｔｏ ｎ ｕ ｃｉｎｏｆ ｖ ｒ ｉｗ ｆｃ ｎ ｏ ａｉｎａ ｄｆ ｎ ｔｏ Ｍ ｅ ｈ ｏｏ ｉｓａ ｅｇｖ ｎｆｒｔ ｎ ｈ ｎｔ ｅｋ ｙｔｃ ｏｏ ｉｓｒｌｔｄ ｔ Ｍ ＰＨ ｔｃ ｎ ｌｇｅ ｒ ｉｅ ｉｓ ，ａ ｄｔ ｅ ｈ ｅ ｅｈｎ ｌｇｅ ｅａ ｅ ｏＰＨ
１ 引言
故障 预测 与 健 康 管 理 （ ｒｇ ｏ ｔ ｓａ ｄＨｅｌ ｎ Ｐ ｏ ｎ ｓｉ ｎ ａｔ Ｍａ — ｃ ｈ ａｅ ｎ ， ＨＭ） ｇｍｅ ｔＰ 系统正在成为新一代 复杂 武器系统 设计和 使用 中的一个组成 部分 。Ｐ ＨＭ 重点是利 用先 进 的传感器
预测 ， 反应性 的通信转 向主动性 的 ３ ｓ 即在 准确 的时间对 Ｒ（ 准确 的部位采取正确的维修活动） 。 Ｐ ＨＭ 技术采用先进 的传感 器技术获 取和采 集 与系统 属性有关 的特征参数 ， 然后将 这些 特征参 数和 有用 的信息 关联 ， 助智能算法 和模 型进行检 测、 借 分析 、 预测 ， 管理系 并 统或设备 的工作状态 。Ｐ ＨＭ 系统 可完成 的主要功能包括 ：
设备或程序在运行 中偶 发 的、 常驻 的、 预定状态 ， 测 非 非 检 表现为“ 未见故 障” ３ ； ）异常 ： 武器装备 偏离 预定规 定功 能
范 围的状态 ， 表现为功能降级 ；）故 障 ： ４ 武器装 备不 能执行
规 定 功 能 的 状 态 ， 现 为 功 能 丧 失 ； ）损 坏 ： 器 装 备 故 障 表 ５ 武
康 管 理 的转 变 ， 这种 转 变 引 入 了 预 测 能 力 ， 助 这 种 能 力 识 借
３ 武器装备故障预测与健康 管理系统的关 键 技 术研 究
３１ 武 器 装 备 故 障 模 式 及 演 化 机 理 规 律 与 模 型 ．
武器装备故障模式及演化机理规律 与模 型研究 主要包 括 ： ） 器装备典 型故 障模式研 究 ； ）武 器装备故 障宏观 １武 ２ 演化与分布规 律研究 ；）武器装 备故 障机理 分析研 究 ； ） ３ ４ 武器装备故障数据统计分析研究 。 其研究方法为 ： Ｆ Ｃ 故障模式 、 响及危 害性 ） 以 ＭＥ Ａ（ 影
总 第 ２ ５期 １ ２１ 第 ５ ０ ２年 期
舰 船 电 子 工 程
Ｓ ｉ ｅ ｔ ｏ ｉ Ｅｎ ｉ ｅ ｒ ｇ ｈ ｐ Ｅｌｃ ｒ ｎ ｃ ｇｎ ｅｉ ｎ
Ｖｏ ＿ ２ Ｎｏ ５ ｌ３ ．
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武 器 装 备 故 障预 测 与健 康 管理 系统 的 关键 技 术
邱 立 军
分 析 为基 础 ， 究 典 型 故 障模 式 、 化 规 律 、 障 机 理 ， 立 研 演 故 建
别和管理故障 的发生 、 规划维修 和供应保 障 ， 主要 目的是 其 降低使用与保 障费用 ， 高装 备系统安 全性 、 提 战备完好性 和 任务成功性 ， 实现基于状 态的维修 （ Ｂ 和 自主式保障 。 Ｃ Ｍ）
和识 别 有 关 健 康 问题 ， 成 候 选 的决 策 方 案 ， 且 利 用 该 系 形 并
据需求 ， 对得 出的需求进行测试性分析评估 ， 定相应 的监 确 测参数 ， 优化 系统环境 应 力监测要 素 。制定 监测传感 器确 定准则 ， 分析监测手段 ， 主要是确 定传感 器 的选 择 、 据传 数 输方式的选择 、 数据存储设备及供电设备 的选择 、 网络 的构
的武器装备维修决策 支持系统 ， 实现 维修决 策 的 自动生成
和 维修 资源 的统 一 调 配 。
在健康评估 和故 障预测 的基础 上， 合各种 可利用 的 结 资源 ， 提供一系列的维修保 障决策 以实现系统 的视情维修 。 建立基于 Ｐ ＨＭ 的武 器装备维 修决 策支 持系统 ， 够分 析 能
的集成 ， 借助 各种 算法 和智 能模型来 预测 、 断 、 控 和 并 诊 监
管理武器装备 的状态 。这一技术的实现将使原来 由事件主 宰 的维修 （ 即事后维修 ） 或时 间相关 的维修 （ 即定期维修 ） 由
基 于 状 态 的维 修 （ Ｂ 所 取 代 。 Ｃ Ｍ）
故障检测 、 障隔离 、 故 故障诊断 、 障预测 、 故 健康 管理 和寿命
（ 军 航 空 工程 学 院科 研 部 海 烟台 ２４０） ６ ０ １
摘 要
技术 。
故障预测 和健康状态管理技术是新一代武器装备 的先进测试 、 维修和管理技术 ， 正在成 为新 一代武器装备设计 和使用 中的一
个重要组成部分。论 文分析 了 Ｐ ＨＭ 技术的内涵与功 能， 然后对 Ｐ ＨＭ 系统的体 系结构进行 了介绍 ， 最后深入分析研究 了 Ｐ ＨＭ 系统 的关键 关键词 武器装备 ； 故障预测 ； 康管理 健
量关 系 。通 过 武 器 装 备 系 统 建 模 和 故 障模 式 、 响 及 危 害 影 性 分 析 （ ＭＥ Ａ）确 定 主 要 的 故 障 机 理 及其 对 应 的 监 测 数 Ｆ Ｃ ，
装备维修决策支持 系统研究 。其 研究方 法为 ： 在健 康评估 和故障预测 的基础上 ， 利用智 能推理技 术 ． 立基 于 Ｐ 建 ＨＭ
监 测 手 段 研 究 。其 研 究 方 法 为 ： 过 武 器 装 备 状 态 参 数 与 通
武器装备智能推理与决 策支持 技术研 究主要包 括 ： ） １
武 器 装 备 智 能 推 理 模 型 和 算 法 研 究 ； ）基 于 Ｐ ２ ＨＭ 的 武 器
故 障模式 和健康状态关 联性研 究 ， 优化武 器装备 健康状 态 的监测参数 ， 确定监测技术手段 。 外部环境应力会 降低武器 装备 的可靠性 ， 其是对 机 尤 械结构和电气系统损 伤极大 ， 系统故 障的重要 原 因。因 是 此， 必须监测武器装备寿命周期内所经历的环境信息 ， 确定 环境应力与武器装备故障模 式和使 用 寿命 、 剩余 寿命 的定
所谓预测 ， 即预 计 性 诊 断 部 件 或 系 统 完 成 其 功 能 的 状
态， 包括确 定部件 的残余 寿命 或正常工作 的时间长 度 ； 所谓
健康管理 ， 是根据诊 断／ 预测 信息 、 可用 资源 和使用 需求对
维 修 活 动 做 出适 当决 策 的 能 力 。Ｐ ＨＭ 代 表 了 一 种 方 法 的