航空装备领域中故障预测与健康管理技术的应用分析

摘 要：故障预测与健康管理（PHM）技术旨在于维护和保障航空机电产品及其系统的安全性、可靠性和经济性能，目前在航空装备领域中得到了广泛运用。基于此研究背景，本文主要阐述了PHM技术的基本内涵，细述了PHM技术实现故障预测健康管理的方法，并结合当前PHM技术在我国航空装备领域中的应用现状分析其存在的不足之处，就解决方案进行了探讨，以供业内人士交流探讨之用。

关键词：航空装备；故障预测；健康管理；诊断

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.10.233

较之于传统的故障诊断技术，故障预测与健康管理（Prognostic and Health Management，PHM）技术是一种更为高级的故障预测、诊断技术，且其中涵盖了健康管理理念，是于电子技术推动和发展需求的前提下而诞生的一种电子系统。将其应用于系统或设备监控和预测，对于降低使用及保障费用，保障设备及系统的完好性，提高任务成功率具有积极效用。

1 PHM技术概述

PHM是传统监控与故障诊断技术的一种发展形态，它将机内测试功能和状态监控能力予以拓展，并旨在通过预测能力将技术要素转变为系统或设备的健康管理，由此实现及时预测故障发生，及时进行维修，以最大限度保障系统装备功能性和安全性。因此，PHM技术包含两方面内容。其一为预测，是一种结合系统历史性能资料数据，分析系统当前工作状态，并以此为依据诊断系统未来工作性能的一种识别能力；其二为健康管理，即根据预测信息作出是否维修决策的一种能力。可见，PHM技术实质上是一种测试方法的转变，由传统的外部测试发展成为机内测试，经由传感器诊断转变为智能系统预测。而随着智能技术的发展，综合诊断理念的运用，PHM技术体系也愈加完善。

2 航空装备领域中PHM技术的应用现状分析

（1）简析PHM技术实现故障预测健康管理的方法。就目前而言，在我国航空装备检测技术中，PHM技术显然已经成为了核心技术。当前，这同航空机电产品安全性保障的重要性及PHM技术的智能性区分不开。PHM技术发展至现阶段，机电系统故障预测的主要实现方法主要包含以下几种：①监测特征参数：该种方法的实现途径为通过检测可反映航空设备电子系统性能的特征参数而获取实用数据，继而以数据信息为依据采取预测法对机电工作状态进行评估。但是，因为不同的电子系统其功能性和结构性特点均存在差异，因而，选取特征参数的方式及数据处理的方法也会据此而发生改变。②利用预警电路：该种方法之所以可以实现故障预测在于运用了预警电路故障发生时间遭遇正常电路。③建立累积损伤模型：运用该种方法实现故障预测的关键在于建立能够反映不同荷载对电子系统可造成损伤程度的模型，如此即可根据系统所承受的荷载评估其损伤程度，计算其剩余使用寿命。④融合多种方法：即选择上述方法中的两种将其融合进行故障预测。

（2）浅论PHM技术应用于航空机电产品检测存在的问题。毋庸置疑，上述几种常用的方法拓展了PHM技术的应用范围，提升了其使用性能。但是不可否认的是PHM技术在我国航空装备领域中的应用仍然存在一些不足之处。细述而言，主要包含：①诊断范围小，局限具航空电子检测；②故障检测率低，且虚警率高。如：参数漂移故障便难以检测，检测电路出现故障也不能有效检测；③故障检测过于依赖地面设备，会增加后勤负担。④对于航空电子系统故障的预测主要依赖于既往故障统计资料，但是事实是基于故障履历档案资料而分析的故障趋势并不能作为系统未来状况的主要评断标准，因此也不能视为系统实施维修活动的依据。⑤对航空装备进行健康管理这一项功能并未完全实现，实质上只是进行一般的统计信息管理。究其原因还在于目前飞机信息管理方式仍然采用传统的地面计算机信息管理，信息均由人工收集和整理，这便意味着航空装备信息管理措施的实施同其指向者――飞机，存在物理上的隔离，加之目前数据采集系统也仅仅收集飞机飞行状态参数和既往故障检测结果，因此这种管理方式存在着非实时及管理隔离的弊病。

3 关于PHM技术在航空装备领域中应用的相关建议的探讨

如上所言，现阶段在航空装备领域中应用PHM技术仍然存在一些技术上的局限性，远未成熟，为了更大限度的实现PHM技术的智能化和应用效果，解决上述问题实为必行举措。下文主要从四个方面出发，就开展航空装备PHM技术应用的建议。第一，从系统故障预测及飞机运行状态监控方面出发。可以针对单个机电系统研发与之相对应的PHM技术，如某某飞机PHM技术。这种管理系统的优势在于可以探测飞机所有系统及部件的异常情况，并将数据整理后传输至地面，由此为飞机返回基地进行为此书提供了准备时间。当然，也可针对多个系统研制PHM技术，如飞机电力系统PHM技术。但是应当注意的是进行PHM技术设计时，需要考量到诊断功能及状态管理功能的增强。第二，应用便携式维修辅助设备（PMA）。PMA可为飞机部件、机电系统于保证系统之间建立通信链，由此便可简化后期工作，实现机内测试与维修活动监控，以及飞行数据下载等功能。第三，加强前线测试成套设备的研究，显然目前以更换或维修故障单元的方式会造成特殊系统保障资源的浪费，因此可通过开展维修级别分析、完善测试功能、合理分配和确定保障资源等方法补充PHM技术的诊断能力和在线监控性能。第四，提升在线近实时数据的可靠性和维修性，为实现这一点，可研发维修保障信息数据分析系统来跟踪、处理及报告航空装备的分析数据。

4 结束语

综上所述，PHM技术因其智能化、综合性而成为了国内航空装备系统中状态监测、故障预测及健康管理的核心技术。虽然目前尚未成熟，日后也会随着航天系统的发展而暴露出一些问题，但是只要业内人士共同研讨，不断求索，其发展前景仍值得期望。

参考文献：

[1]邱立军.故障预测与健康管理技术在航空装备领域的应用[J].四川兵工学报，2012（03）.

[2]毛海涛，潘华.多机种一体化故障预测与健康管理技术应用研究[J].现代电子技术，2015（05）.