陶书弘，吕瑞

（1.中国航发控制系统研究所；2.航空工业沈阳飞机设计研究所，北京 100095）

随着自动化技术以及信息化技术的不断发展，不同类型的复杂系统集成度以及复杂度不断提高，系统本身的维修保障相关问题显得越发突出，对于整个系统的可靠度、经济性、安全性以及稳定性等相关要求也在随之提高。PHM技术也正是在这一环境衍生出来的，这一项技术的应用已经完全普及于航天航空，基于目前的技术现状，仍然有非常巨大的发展潜力。对此，探讨PHM 技术的应用与发展具备显著实践性价值。

1 PHM 技术

PHM 技术主要是指借助最少的传感器实现系统中不同信息数据的采集，并借助不同的智能化推算方式实现对系统本身的健康型评估。在系统出现故障之前，可以对故障实现有效的预测，并结合不同的字眼信息提供相关的维修保障支持，从而达到系统维修需求的全面预测和分析。PHM 技术的体系结构主要涉及7 个模块，分别为数据采集、数据与处理、状态监测、健康评估、信息预测、决策支持、人机接口。整个体系结构并不存在任何界限，相反，则存在大量的数据交叉性反馈。

PHM 技术在设备维修方面的主要价值在于下面几点。

（1）PHM 技术属于推动装备维修保障的关键，同时，也是落实维修处理的基础。当前大多数设备的维修方式仍然是以事后与定期维修模式为主，这一种维修模式必然会带来许多的负面影响，从而导致盲目性的维修或者是失修的问题。（

2）发展。PHM 技术可以显著提升维修的效率以及备战的完好率，从而降低维系保障的费用可靠性。PHM 技术可以借助强大的状态监控以及故障预测的功能，提供预先性的决策，从而降低维修的频率以及时间，提升设备的维修保障效率以及完备率。

（3）应用。PHM 技术系统的应用可以有效地降低风险问题，并提升人物的成功率，借助对装备的状态健康情况的评估，可以实时状况具体运行状况，并及时处理其中的各种问题，从而显著降低任务执行过程中的故障，提升遂行的整体能力。

（4）PHM 技术可以实现统一性的资源调度，并实现不同部门的高效率平台建设。在健康评估与故障预测方面，可以借助PHM 技术的应用实现支持系统的决策，并协同不同的部门实现资源的优化配置，最大程度地简化工作流程，从而解决传统维修模式所存在的分散、低效率、成本高的问题。

2 PHM 技术的应用发展历程及现状

2.1 发展历程

PHM 技术的发展过程属于人们认知并应用自然规律的重要体现过程，也就是从故障、异常事件的被动化反应转变为主动预防、预先分析、综合管理的过程。按照PHM 技术的发展技术，其主要历程在于下面几点：

（1）可靠性阶段。PHM 技术的起源最初在20 世纪中期，在第二次世界大战中，许多的复杂性武器暴露出了低水平问题，此时，人们所应用的方式便是将传统的数据采集系统应用在可靠性的数据分析基础上，并在这一基础上不断地改进整体系统的可靠性，从而提升系统本身的性能与作用，满足系统在极端环境之下合理应用的需求。可靠性便是这一极端的代表特征。

（2）故障分析。伴随着航天系统的应用越发复杂和精细化，所表现出来的问题风险因素也在不断地增多，其中，设计不充分、制造水平较差、维修差错问题以及非计划性的事件等都是导致故障问题发生的主要原因，这也促使人们开始意识到新的检测系统，并实现异常数据的判断，从而做好故障的及时响应。伴随着诊断故障源以及故障因素的技术不断发展，最终呈现出了故障的预测性分析技术，这一项技术主要是借助故障预测模型、智能化模型的方式实现数据的智能化记录，并借助评估、预测的方式实现对部件未来可能的状态分析，并对剩余的使用寿命进行评估。

（3）系统监控。在20 世纪末，飞行器的健康监控逐渐成为NASA 内部管理重要模式，其主要是借助适当选择并应用传感器、软件实现对太空交通工具的健康状态进行监测。这一应用也是第一次将健康这一词汇作为机械设备运行状态的描述词汇。在这一阶段中，其主要特征在于人们开始应用比较先进的传感器技术以及数据传输技术、数据处理技术实现系统的工作庄田检测，同时为系统的安全运行提供支持，这也为后续的实用性发展奠定了基础。

（4）健康管理。在提出健康监控理论后，人们开始意识到仅仅是借助监控并不能保障设备的安全，其中的关键性难问题在于如何将采集到的数据进行分析处理后作为措施的制定依据。对此，管理这一词汇逐渐替代了监控，这也是首次将维修决策与健康管理结合在仪器，健康系统相关理论也成为航天航空领域的实用词汇。

（5）故障预测和健康管理。在20 世纪末，NASA 开始引入综合性的系统健康管理概念，这一概念主要是借助综合的动机目的，从而解决系统级/不同分级系统的区分性问题。在以往的不同系统中，主要是在各自的领域中解决各种故障问题，并没有从一个系统化的角度上实现综合、全面性的考虑。对此，这一阶段的重点在于系统化的角度考虑，充分应用PHM 技术实现对设备的保障。在20 世纪末，美国开始开展关于F35 联合攻击机的研究，同时，也为PHM 技术的发展与普及奠定了基础，在进入21 世纪后，在不同国家研究者的共同努力以及国家的支持之下，不同领域中均衍生出了相应的PHM 技术体系，这也为PHM 技术的实践性应用以及经济效益、社会效益的影响推动到了社会前列。

2.2 发展现状

国外目前PHM 技术的研究主要是以军事领域为主，美国的不同研究开发还有许多相似技术，其中，PHM 技术的应用仍然属于重点，目前，已经成功应用在了多家航空公司中，适用机型已经涉及A340、B777、B747、A320 等飞机。

以我国的PHM 技术发展现状为主，我国和世界国家相比在PHM 技术这一领域存在明显的延缓性发展特征，起步时间较晚。随着近年来，我国对技术研究的高度重视，PHM 技术得到了明显的发展。北京航空航天大学、清华大学等多个高校、研究院都开展了相关的研究工作，北航的可靠性工程研究比较早的应用PHM 技术，并结合了相关的领域，如飞机、无人机以及航天器等进行了算法、智能化模型、管理调度等多方面的探索性研究，同时，基于神经网络、混合模型以及时间序列等进行了案例分析，并通过不同类型的方式判断了其中的优缺陷以及局限性，借助不同案例的研究实现相应的尝试、拓展以及深入分析。我国在PHM 技术的应用主要是以民航系统为主，应用在了飞机、发动机的性能检测方面，但是，和硬件系统结合的应用成果研究并不多。另外，国内在不同领域上对于PHM 技术也有一定的研究，其中空军工程大学的相关研究者针对我国的新一代作战飞机的维修保障需求以及技术特征进行了研究，针对机载的PHM 技术体系进行了方案对比，并提出了基于模块、单元层的PHM 技术、子系统、区域级以及平台及四个集成化的层次体系结构。同时，另一院校了进行了额相关研究，借助反舰胆道维修保障的有效性以及可行性进行了研究，同时，提出了关于保障维修的传感器网络结构。虽然国内并没有关于PHM 技术的广泛性应用，实践应用与工程实用化的程度也存在差异，例如，当前并没有部分关键系统与部件的应用，所以整个系统的集成化效果并不理想。大多数的系统在故障预测以及健康管理方面存在明显的脱节现象，所以很难充分发挥PHM 技术的优势。针对大多数系统而言，对于电子设备的故障机理研究也不够深入，其中大多数仅出于故障检测发展阶段，并不具备故障的预测功能。除此之外，如何准确地判断系统的健康状态，并作出针对性的优化决策，仍然是今后的重点研究方向。

3 结语

综上所述，PHM 技术的发展已经得到了明显的发展。伴随着近年来，PHM 技术在航空领域的应用越发普及，我国国防科技工业对于PHM 技术的应用需求表现得越发强烈。在今后，需要进一步提高PHM 技术的研发，首先，是做好先进传感器技术的研究，开发需要持续想着低能耗、高可靠性、高精度的方向发展；其次，是需要从部件到系统、电子到机械的失效机理研究，准确地掌握环境条件以及系统化运行的模型建设，更好地判断故障的时间特征；再次是结合传感器技术，做好信号处理的技术研究，不断地研究高信噪比的健康监控路径，提升故障的预测以及探测水平；最后，是做好智能化技术的融入，借助推理、大数据计算方式提高故障诊断和预测判断。