CBM的应用与发展综述

CBM应用现状分析

夏良华贾希胜

1 美军加速实施基于状态的维修

随着科学技术的进步、人类生产、管理模式的发展以及在军事领域的推广应用，基于状态的维修（Condition Based Maintenance，CBM）发展迅速[1]。CBM是一种先进的维修方式，是实现对装备精确维修的重要途径。

为了在分布式、非线性的战场上向多国、远征、联合兵种部队提供保障，美军正在逐步实现陆军一体化保障和以网络为中心的保障，并实现联合部队的互操作、感知与响应。其中一个重要举措是，美国陆军航空兵正在积极发展“增强型基于状态的维修”（CBM+），并于2004年11月29日颁布了“增强型基于状态的维修实施规划”，这是陆军航空维修实践和程序四十年来的一次重大转变。美陆军航空和导弹司令部（AMCOM）司令詹姆士•菲尔斯贝利少将表示，美军正加速实施基于状态的维修。CBM+是美军《维修政策、计划和资源概要》报告中列出的几个重要倡议之一，代表了美军在装备维修保障中正在进行的工作和未来的发展趋势。

“增强型基于状态的维修”是利用原位诊断功能和原位/离位预测功能，对武器系统的状态进行监控，并在此基础上采取适当的维修活动，从而提高部件的可靠性，缩减维修工时，减少意外和事故。在战略级，CBM+是指在对装备的状态进行实时或近实时进行评估的基础上采取一系列维修行动。装备状态数据通过嵌入式传感器、外部测量设备或从便携式设备测试中获得。从“状态与使用监控系统”或便携式设备上收集的数据转化为预测趋势和指标，这些趋势和指标能在实际操作环境的基础上预测部件何时出现故障。在企业（enterprise）级，这种预测性方法能够实现预先保障，即在部件出现故障之前，提前采办并交付所需的维修部件。在战役/战术级，CBM+可将飞机的状态数据和使用状况转化为主动维修行动，从而使维修人员实现并保持较高的飞机使用可用度。

“增强型基于状态的维修”是一种有效的任务规划工具。借助于预兆功能，飞机可预测其剩余的任务可用度或故障时间，向指挥官提供有价值的信息，以使指挥官确定哪些飞机可用于战斗，哪些飞机需要进行维修。CBM+的核心目标是减少部队不必要的负担，同时改善或延长部件的寿命，使部件从定期更换转变为必要时才更换。上述转变除了要提高装备的可靠性、可用性和维修性外，还要在处于战争状态时确保武器系统的安全。CBM+的最终效果是通过一体化保障提高飞机的使用可用度，也就是减少对无故障迹象部件的不必要替换；缩减维修工时；降低使用与保障费用。其真正价值在于减少或消除非计划性维修，并通过减少用户等待时间和多余的库存来缩减保障规模。CBM工作的起点是对性能不稳定的部件的状态进行监控，随着工作的进展，最终使其转化为性能稳定的部件。

“增强型基于状态的维修”是主动的预测性的维修，依靠自动化的嵌入式或便携式数据收集传感器来收集数据，允许维修人员在尽量不影响使用和操作的前提下规划、安排、实施必需的供应和维修活动，是在有迹象表明需要维修的情况下才实施维修。

美国陆军计划到2015年完成向CBM的转变，而菲尔斯贝利将军希望到2011年就能在陆军航空和导弹中广泛落实CBM。保守分析显示，仅在未来的第Ⅲ批“阿帕奇”直升机的10个部件上实施CBM，每年就可以为陆军节约41494个维修工时。菲尔斯贝利透露，美国陆军未来5年的CBM预算费用为1.25亿美元，已经在其“阿帕奇”和“黑鹰”机队的某些部件中采纳了基于状态的维修。

另外，据报道[5]，由西科斯基公司研制的黑鹰直升机已经装备了古德里奇公司的状态与使用监控系统，该系统可以实时监测飞机部件的状况。它由32个传感器组成，负责收集来自发动机、传动装置和旋翼等运动零部件的数据。所收集的数据被传送给机上处理器，并最终存储到一张PCMCIA卡上。飞机降落后，机械师将卡取下，插入一个膝上型电脑，然后诊断或预计问题并安排维修工作计划。据称，借助该系统，部队能预计整个机队的零部件的趋势，而且能够更好地预计战场上所需。有美军官员建议陆军和国防部必须根据系统在战斗条件下所收集的数据决定是否放弃过去采用的大修零部件更换间隔时间方式，代之以基于状态的零部件更换方式。这将是美陆军维修方式的重大转变。

美国陆军航空兵CBM+的未来发展重点包括：

（1）完善故障诊断功能。使原位嵌入式诊断功能不断完善，以减少故障识别和故障原因分析中的不确定因素。

（2）开发嵌入式故障预测功能。利用成熟的诊断功能来开发故障预测算法，并将算法嵌入到飞机平台维修环境中，这样，武器系统便可以预测未来的故障并能计算剩余的使用寿命。

（3）实现对部件使用、消耗和可用度数据的端对端可视化。近实时地将数据从武器系统维修人员传输到各级保障人员，以实现对备件的主动定购和采办，以及向指挥官提供准确的决策支持信息。

（4）推动CBM+的主要技术包括：“通用保障操作环境”（CLOE）；业务数据库；“状态使用监控系统”；自动识别技术和零件标识技术；平台结构识别数据；嵌入式指挥、控制与通信设备（EC3）；便携式维修辅助设备等。

2 CBM技术的发展与应用

在维修工作中，主要包括以下几种维修方式：事后维修（FDM）、定期维修（TBM）和状态维修（CBM）[9]。事后维修（FDM）是设备运行直到发生故障而停机后才进行的维修[7]。定期维修(TBM)也称作周期性预防维修，是为降低故障发生率和部件的功能衰退，根据预先确定的时间间隔或指定标准执行的维修。状态监测维修（CBM）也称作计划性预测维修[8]，是基于实时或接近实时评估设备状态的一系列维修活动。实现CBM，必须包括三方面的内容：状态监测、故障诊断与状态维修。状态维修是状态监测、故障诊断的最终目的。代替主观判断，CBM通过对设备状态的客观分析和在维修过程中采用动态控制和管理，有效地减少了维修活动中的不确定性。根据统计[3]，采用状态维修后，可使大小修费用减少25%～50%，维修工作量减少40%～70%。

CBM系统的发展主要是基于以下几个方面的最新成果[1]：（1）材料故障机制的研究；（2）状态监控与维修技术；（3）故障诊断和预测软件；（4）广泛被接受的通信协议；（5）信息技术、计算机网络技术以及维修软件的应用。此外，G. Vachtsevanos