機(jī)載導(dǎo)彈發(fā)射裝置PHM系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

趙月琴 張勝利 肖守邦

摘 要：????? 預(yù)測(cè)與健康管理（PHM）是近年來(lái)在軍用裝備研制中提出的一種新的保障技術(shù)手段。 機(jī)載導(dǎo)彈發(fā)射裝置作為機(jī)載武器系統(tǒng)的配套產(chǎn)品， 已納入飛機(jī)PHM系統(tǒng)設(shè)計(jì)中。 本文介紹了PHM的基本概念和關(guān)鍵技術(shù)， 并根據(jù)發(fā)射裝置的功能特點(diǎn)， 提出了在線和離線相結(jié)合的發(fā)射裝置PHM框架結(jié)構(gòu)， 最后探討了實(shí)施PHM部位原則、 監(jiān)測(cè)參數(shù)的選取以及故障預(yù)測(cè)和維護(hù)管理方法。

關(guān)鍵詞：???? 預(yù)測(cè)與健康管理（PHM）; 發(fā)射裝置; 故障診斷; 故障預(yù)測(cè)

中圖分類號(hào)：??? TJ768.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：???? A? 文章編號(hào)：???? 1673-5048（2018）01-0087-06

0 引? 言

預(yù)測(cè)與健康管理（PHM）技術(shù)是由美國(guó)軍方最早提出和發(fā)展起來(lái)， PHM是對(duì)武器系統(tǒng)傳統(tǒng)機(jī)內(nèi)測(cè)試（BIT）和健康狀態(tài)監(jiān)控能力的進(jìn)一步增強(qiáng)， 實(shí)現(xiàn)了從武器狀態(tài)監(jiān)控到健康管理的轉(zhuǎn)變， 借助故障預(yù)測(cè)和健康管理系統(tǒng)， 識(shí)別和管理故障的發(fā)生、 規(guī)劃維修和決策保障， 以此降低使用和維護(hù)費(fèi)用[1-3]。 隨著我國(guó)航空武器裝備的發(fā)展， 新一代戰(zhàn)機(jī)的高機(jī)動(dòng)、 隱身以及全天候特性， 對(duì)機(jī)載設(shè)備包括導(dǎo)彈發(fā)射裝置不但在可靠性、 安全性、 環(huán)境適應(yīng)性方面提出了更高的要求， 而且對(duì)產(chǎn)品的維修保障方面也提出了如預(yù)測(cè)與健康管理和適航性等全新的概念和要求。 目前國(guó)內(nèi)外有關(guān)武器裝備的PHM研究大多針對(duì)大的工程系統(tǒng)或子系統(tǒng)， 如飛機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)、 綜合航空電子系統(tǒng)， 衛(wèi)星、 導(dǎo)彈系統(tǒng)等， 而有關(guān)設(shè)備級(jí)特別是機(jī)電一體化產(chǎn)品的相關(guān)文獻(xiàn)較少， 而且不同領(lǐng)域的PHM采用的技術(shù)和理論方法不同， 沒(méi)有現(xiàn)成的案例可借鑒。 本文通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)和資料的學(xué)習(xí)研究， 根據(jù)PHM的概念和內(nèi)涵， 對(duì)機(jī)載導(dǎo)彈發(fā)射裝置進(jìn)行PHM系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)研究。 分析飛機(jī)系統(tǒng)PHM的功能層次和物理層次關(guān)系， 確定產(chǎn)品級(jí)的PHM框架以及與飛機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸硬件接口。 結(jié)合產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中的壽命和FMECA分析， 確定被檢測(cè)對(duì)象， 選擇監(jiān)測(cè)參數(shù)， 從而確定監(jiān)測(cè)點(diǎn)并進(jìn)行傳感器布局。 對(duì)故障診斷和預(yù)測(cè)方法、 產(chǎn)品維護(hù)決策方法進(jìn)行探討。

1 PHM技術(shù)

1.1 PHM的基本概念

PHM是指利用各種傳感器在線監(jiān)測(cè)、 定期巡檢和離線檢測(cè)相結(jié)合的方法， 廣泛獲取設(shè)備狀態(tài)信息， 借助各種智能推理算法（物理模型、 神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)、 數(shù)據(jù)融合、 模糊邏輯、 專家診斷系統(tǒng)等）， 在系統(tǒng)發(fā)生故障之前， 評(píng)估設(shè)備本身的健康狀態(tài)， 對(duì)壽命件給出剩余壽命評(píng)估， 并提供維修保障決策及實(shí)施計(jì)劃等， 以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的視情維修[4]。

PHM技術(shù)的核心內(nèi)容包括功能框架搭建、 物理架構(gòu)布局、 故障預(yù)測(cè)與健康管理， 具體設(shè)計(jì)工作包括：

BITE設(shè)計(jì)、 傳感器選擇與布局、 數(shù)據(jù)采集與處理、 信息傳輸和融合、 故障診斷與預(yù)測(cè)模型的建立、 整機(jī)或部件剩余壽命預(yù)測(cè)、 維修建議生成等。

PHM的體系結(jié)構(gòu)分為功能和物理兩個(gè)層面。

功能結(jié)構(gòu)上， 國(guó)內(nèi)大都參照了CBM（視情維修開(kāi)放體系）的體系結(jié)構(gòu)。 文獻(xiàn)[3] 參照OSA-CBM構(gòu)建空空導(dǎo)彈的PHM結(jié)構(gòu)模型; 文獻(xiàn)[4]提出視情維修的開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)（OSA2CBM， open system architecture for condition based maintenance）， 用于指導(dǎo)構(gòu)建機(jī)械、 電子和結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域的各種具體類型的PHM系統(tǒng)。 OSA2CBM主要由7個(gè)部分構(gòu)成：? ① 數(shù)據(jù)采集和傳輸; ② 數(shù)據(jù)處理; ③ 狀態(tài)監(jiān)測(cè); ④ 健康評(píng)估; ⑤ 故障預(yù)測(cè); ⑥ 自動(dòng)推理決策; ⑦ 接口。 物理層面體系結(jié)構(gòu)， 是指對(duì)上述7個(gè)功能模塊在工程系統(tǒng)中的具體物理布局， 通常包括3種： 集中式、 分布式、 綜合式[5]， 許多機(jī)載或星載系統(tǒng)將PHM分為機(jī)上（或星上）和地面兩個(gè)部分， 也有些系統(tǒng)稱為在線PHM系統(tǒng)和離線PHM系統(tǒng) [5-9]。

1.2 關(guān)鍵技術(shù)

PHM的核心或關(guān)鍵技術(shù)即為預(yù)測(cè)和健康管理， 這也是判斷一個(gè)產(chǎn)品是否具有PHM功能的一個(gè)標(biāo)志。 所謂預(yù)測(cè)， 即預(yù)計(jì)部件或系統(tǒng)完成其功能的狀態(tài)， 包括確定部件的殘余壽命或正常工作的時(shí)間長(zhǎng)度。 所謂健康管理， 是根據(jù)診斷/預(yù)測(cè)信息、 可用資源和使用需求對(duì)維修活動(dòng)做出適當(dāng)決策的能力。

PHM的基本原理是基于絕大部分故障在真正發(fā)生前都有一定的征兆， 而且故障征兆、 故障原因、 故障部位之間存在著某種線性或非線性的映射關(guān)系， 找到這種映射關(guān)系即推理方法和模型， 通過(guò)傳感器對(duì)反映故障征兆的信號(hào)進(jìn)行采集、 檢測(cè)和分析， 再通過(guò)故障模型或推理方法， 就能在故障發(fā)生前， 對(duì)可能發(fā)生故障的原因和部位進(jìn)行預(yù)測(cè)。 故障預(yù)測(cè)技術(shù)從方法和技術(shù)路線上可分為3大類： ① 基于模型的故障預(yù)測(cè)技術(shù); ② 基于知識(shí)的故障預(yù)測(cè)技術(shù); ③ 基于數(shù)據(jù)的故障預(yù)測(cè)技術(shù)[10-11]。 典型基于知識(shí)的故障預(yù)測(cè)方法有專家系統(tǒng)和模糊邏輯。 典型基于數(shù)據(jù)的故障預(yù)測(cè)方法有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和隱馬爾可夫模型。 文獻(xiàn)[11]給出了16種故障預(yù)測(cè)方法并簡(jiǎn)要比較各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)。

2 發(fā)射裝置PHM設(shè)計(jì)分析

機(jī)載導(dǎo)彈發(fā)射裝置作為機(jī)載武器系統(tǒng)的一個(gè)組成部分， 其健康管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不是孤立的， 而應(yīng)與整個(gè)飛機(jī)系統(tǒng)相兼容， 其PHM設(shè)計(jì)工作應(yīng)納入飛機(jī)系統(tǒng)的PHM體系中， 在大系統(tǒng)框架下開(kāi)展產(chǎn)品級(jí)的PHM設(shè)計(jì)。

2.1 發(fā)射裝置功能組成及保障模式現(xiàn)狀

機(jī)載導(dǎo)彈發(fā)射裝置以飛機(jī)為平臺(tái)， 用于導(dǎo)彈的掛裝、 運(yùn)載和控制發(fā)射。 機(jī)載導(dǎo)彈發(fā)射裝置是連接飛機(jī)武器系統(tǒng)和空空導(dǎo)彈的橋梁和紐帶， 一般由結(jié)構(gòu)、 電氣兩大部分組成。 結(jié)構(gòu)部分一般由殼體、 局部導(dǎo)軌、 機(jī)架吊掛螺栓或叉耳接口、 鎖制器、 彈架插頭分離機(jī)構(gòu)、 頭尾整流罩等組成， 實(shí)現(xiàn)與飛機(jī)的機(jī)械連接和懸掛導(dǎo)彈， 保證導(dǎo)彈能夠可靠懸掛和發(fā)射（或彈射）離軌。 電氣部分一般由微處理器控制電路模塊、 接口電路板模塊和二次電源模塊及安裝結(jié)構(gòu)等組成， 向上與飛機(jī)外掛管理子系統(tǒng)連接， 向下通過(guò)臍帶電纜與導(dǎo)彈連接， 通過(guò)與飛機(jī)發(fā)控線路交聯(lián)， 完成導(dǎo)彈供電、 信息通訊與信號(hào)格式轉(zhuǎn)換、 發(fā)射和應(yīng)急發(fā)射等控制， 其中包括發(fā)射裝置鎖制器開(kāi)鎖控制等。

機(jī)載導(dǎo)彈發(fā)射裝置屬于機(jī)電一體化產(chǎn)品， 其傳統(tǒng)的保障模式為三級(jí)維修體制， 以事后維修和定期維修為主， 結(jié)合日常維護(hù)檢查。 檢測(cè)設(shè)備依賴隨機(jī)配套保障設(shè)備， 如內(nèi)、 外場(chǎng)測(cè)試儀（包括電氣測(cè)試儀、 氣動(dòng)測(cè)試儀、 機(jī)械測(cè)力計(jì)等）。 產(chǎn)品維修模式屬于觸發(fā)式維修， 即當(dāng)產(chǎn)品出現(xiàn)故障后進(jìn)行的針對(duì)性維修， 這種維修模式不能對(duì)潛在故障進(jìn)行提前預(yù)測(cè)和維修; 定期維修的概念是不管產(chǎn)品有無(wú)故障， 都在規(guī)定的時(shí)間如機(jī)械日、 產(chǎn)品定檢日等對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行全面的維護(hù)、 檢修， 這種方式存在盲目性， 其缺點(diǎn)是造成人力和物力的浪費(fèi)。 此外， 在導(dǎo)彈發(fā)射前后， 一般要用內(nèi)、 外場(chǎng)測(cè)試儀對(duì)發(fā)射裝置進(jìn)行在線或離線自動(dòng)測(cè)試設(shè)備（ATE）測(cè)試， 測(cè)試內(nèi)容以電氣性能為主， 而結(jié)構(gòu)方面以外觀檢查為主。 測(cè)試設(shè)備按既定的正常和故障程序?qū)Ξa(chǎn)品進(jìn)行測(cè)試， 通過(guò)測(cè)試參數(shù)與預(yù)先設(shè)定的合格判據(jù)進(jìn)行比較， 得出產(chǎn)品的測(cè)試結(jié)果， 由于考慮到產(chǎn)品的批量生產(chǎn)等因素， 往往合格判據(jù)較寬泛， 只能靠人工可能發(fā)現(xiàn)或許根本就不可能發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的潛在故障。

2.2 發(fā)射裝置PHM結(jié)構(gòu)框架設(shè)計(jì)分析

根據(jù)文獻(xiàn)[5]、 [10]， 飛機(jī)系統(tǒng)的PHM一般為綜合式， 其檢測(cè)關(guān)鍵部件的傳感器分布在各子系統(tǒng)的各產(chǎn)品中， 采集數(shù)據(jù)在本地進(jìn)行初步處理和判斷后逐級(jí)上報(bào)， 最后由中心PHM系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合和綜合處理。 機(jī)載導(dǎo)彈發(fā)射裝置作為懸掛武器管理子系統(tǒng)中的一個(gè)產(chǎn)品， 其電氣接口一般包括上接口、 下接口和檢測(cè)接口。 上接口為機(jī)架接口， 下接口為彈架接口， 統(tǒng)稱為任務(wù)接口。 檢測(cè)接口一般用于發(fā)射裝置的內(nèi)外場(chǎng)測(cè)試、 維護(hù)接口。 任務(wù)接口一般要求貫徹GJB1188A標(biāo)準(zhǔn)， 軟硬件資源有限， 在目前條件下PHM數(shù)據(jù)不可能大量經(jīng)由任務(wù)接口傳輸， 但其檢測(cè)接口可根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)計(jì)， 該接口一般與地面設(shè)備連接， 所以發(fā)射裝置PHM的物理結(jié)構(gòu)也可分為在線和離線兩個(gè)部分， 其中在線部分借助深度自檢測(cè)， 完成顯性參數(shù)的采集和判斷， 通過(guò)任務(wù)接口上報(bào)至飛機(jī)。 離線部分利用地面測(cè)試設(shè)備如外場(chǎng)測(cè)試儀或?qū)Ｓ帽銛y計(jì)算機(jī)， 對(duì)在線記錄如振動(dòng)、 溫度、 電壓、 電流等數(shù)據(jù)通過(guò)有線或無(wú)線下載， 利用地面設(shè)備的資源進(jìn)行離線故障診斷、 故障預(yù)測(cè)、 狀態(tài)分析以及維修決策。 發(fā)射裝置PHM系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)框架如圖1所示。

2.2.1 在線部分功能分析

在線部分的PHM功能利用發(fā)控電路盒的資源完成， 該功能嵌入在發(fā)控任務(wù)中。 為了減輕發(fā)控電路盒的資源負(fù)擔(dān)， 可將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分為顯性數(shù)據(jù)和隱性數(shù)據(jù)。 電壓、 電流、 壓力、 時(shí)間等參數(shù)， 由于其判斷方法較為簡(jiǎn)單， 通過(guò)時(shí)域分析， 可得到信號(hào)的峰值或均方根值等， 可直接用于電路工作狀態(tài)的判斷， 稱為顯性參數(shù)。 而隱性參數(shù)如產(chǎn)品的頻譜、 溫度、 振動(dòng)、 應(yīng)力等， 其背后隱含著產(chǎn)品的物理特征如電路功耗、 機(jī)構(gòu)狀態(tài)、 結(jié)構(gòu)疲勞損傷等， 主要用于發(fā)射裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)功能的監(jiān)測(cè)。 其中顯性參數(shù)通過(guò)發(fā)控計(jì)算機(jī)進(jìn)行簡(jiǎn)單處理、 判斷后在線上報(bào)至飛機(jī)外掛管理系統(tǒng); 隱性參數(shù)則由發(fā)控計(jì)算機(jī)進(jìn)行在線記錄， 待飛機(jī)返回地面后下載至離線設(shè)備或數(shù)據(jù)處理中心， 進(jìn)行復(fù)雜的故障或剩余壽命預(yù)測(cè)以及健康管理。

2.2.2 離線部分功能分析

離線部分用于完成復(fù)雜的故障預(yù)測(cè)或剩余壽命預(yù)測(cè)以及健康管理工作， 離線部分的數(shù)據(jù)來(lái)源廣， 不僅包括在線記錄數(shù)據(jù)， 也包括大量生產(chǎn)數(shù)據(jù)、 外場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)等， 由于離線計(jì)算機(jī)的資源強(qiáng)大， 因此可以設(shè)計(jì)各種包含特征提取、 數(shù)據(jù)融合、 預(yù)測(cè)算法、 模型的分析軟件， 完成需要大量計(jì)算的預(yù)測(cè)和健康管理工作。

由于發(fā)射裝置產(chǎn)品基本都配置了內(nèi)場(chǎng)測(cè)試設(shè)備和外場(chǎng)測(cè)試設(shè)備， 內(nèi)場(chǎng)測(cè)試設(shè)備屬于離位ATE設(shè)備， 通過(guò)模擬載機(jī)接口和導(dǎo)彈接口對(duì)發(fā)射裝置構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行離位定量測(cè)試; ?外場(chǎng)測(cè)試設(shè)備屬于在線、 半開(kāi)環(huán)、 定性測(cè)試設(shè)備， 在外場(chǎng)當(dāng)飛機(jī)掛裝發(fā)射裝置后模擬導(dǎo)彈接口對(duì)發(fā)射裝置進(jìn)行掛彈前的檢查。 對(duì)于發(fā)射裝置的機(jī)械部分則配置了測(cè)力計(jì)， 用于導(dǎo)軌發(fā)射裝置鎖制器開(kāi)鎖力測(cè)試， 這些設(shè)備在產(chǎn)品出廠前、 后進(jìn)行了大量的測(cè)試， 設(shè)備存有大量數(shù)據(jù)， 對(duì)分析整體產(chǎn)品狀態(tài)或單個(gè)產(chǎn)品狀態(tài)提供了大量的數(shù)據(jù)支持， 再加上在線部分的記錄數(shù)據(jù)， 可以進(jìn)行基于數(shù)據(jù)的故障預(yù)測(cè)或剩余壽命分析。

2.3 實(shí)施PHM的功能部件的確定

產(chǎn)品在建立了PHM功能和物理頂層框架后， 接下來(lái)的設(shè)計(jì)工作就是確定被檢測(cè)對(duì)象， 然后選定監(jiān)測(cè)參數(shù)， 布置傳感器、 提取特征參數(shù)進(jìn)行故障預(yù)測(cè)和管理。 一般選擇產(chǎn)品的關(guān)鍵部件進(jìn)行故障預(yù)測(cè)與健康管理， 所謂關(guān)鍵部件是指其一旦發(fā)生故障會(huì)給產(chǎn)品造成十分嚴(yán)重影響的部件， 這可從可靠性設(shè)計(jì)分析入手。 可靠性設(shè)計(jì)分析包括可靠性分配、 預(yù)計(jì)， FMECA（故障模式及影響分析）、 FTA（故障樹(shù)分析）， 產(chǎn)品壽命分析等， 這些工作是軍工產(chǎn)品研制過(guò)程的基本內(nèi)容， 不僅是產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化、 測(cè)試性設(shè)計(jì)、 可靠性冗余設(shè)計(jì)的依據(jù)， 也可作為產(chǎn)品實(shí)施PHM設(shè)計(jì)的依據(jù)。 FMECA分析報(bào)告中識(shí)別的關(guān)重件清單是產(chǎn)品實(shí)施PHM的重點(diǎn)監(jiān)測(cè)對(duì)象; 通過(guò)壽命分析和可靠性預(yù)計(jì)等報(bào)告， 進(jìn)一步篩選出易損件及短壽件。 通過(guò)FTA分析可以確定監(jiān)測(cè)點(diǎn)等。 通過(guò)對(duì)上述報(bào)告的綜合分析可以建立產(chǎn)品關(guān)重件的故障模式、 故障原因、 故障現(xiàn)象、 危害度、 嚴(yán)酷度、 傳感器布置難度和PHM實(shí)施成本的多維度關(guān)系表， 優(yōu)先選擇故障率高、 危害性大的故障模式作為監(jiān)測(cè)源、 測(cè)試點(diǎn)選擇的依據(jù)， 如表1所示。

從表1可知， 結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部件主要有殼體、 吊掛螺栓、 局部導(dǎo)軌， 電氣部分主要有減振器、 部分重要電路、 微動(dòng)開(kāi)關(guān)等。 根據(jù)對(duì)發(fā)射裝置科研生產(chǎn)以及外場(chǎng)使用數(shù)據(jù)搜集， 發(fā)射裝置結(jié)構(gòu)方面的常見(jiàn)故障部件和故障模式有彈簧斷裂、 結(jié)構(gòu)裂紋， 產(chǎn)生故障的原因主要有靜動(dòng)態(tài)載荷、? 沖擊、 振動(dòng)、 銹蝕等。 因此， 對(duì)這些部件監(jiān)測(cè)的傳感器的選取應(yīng)包括振動(dòng)傳感器、 應(yīng)變式傳感器等。

電氣故障主要包括： 信號(hào)傳輸線路短路或斷路、 二次電源故障、 繼電器故障、 微動(dòng)開(kāi)關(guān)故障， 與該類故障相關(guān)的電路板和器件都是進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)和健康管理的對(duì)象， 監(jiān)測(cè)參數(shù)包括電壓、 電流、 溫度等。

對(duì)某些安全關(guān)鍵部件、 零件或器件， 雖然重要， 但根據(jù)多年工程經(jīng)驗(yàn)和大量保障數(shù)據(jù)分析， 這些部位可靠性很高， 幾乎不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題且安裝傳感器有困難， 如發(fā)射裝置導(dǎo)軌， 文獻(xiàn)[12]對(duì)發(fā)射裝置導(dǎo)軌的隨機(jī)振動(dòng)疲勞壽命進(jìn)行了計(jì)算分析， 計(jì)算出導(dǎo)軌的疲勞壽命為286～429 h， 遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)規(guī)定的80 h時(shí)間。 實(shí)際試驗(yàn)和使用也驗(yàn)證了這一點(diǎn)， 說(shuō)明發(fā)射裝置對(duì)關(guān)鍵部位的設(shè)計(jì)余量還是很大的， 可暫不考慮實(shí)施PHM， 只需在日常應(yīng)用中注意觀察即可。

2.4 監(jiān)測(cè)參數(shù)選取

表1中列出了發(fā)射裝置重點(diǎn)監(jiān)測(cè)對(duì)象的監(jiān)測(cè)參數(shù)的選取原則。 機(jī)載武器設(shè)備的外部環(huán)境條件嚴(yán)酷， 特別是飛機(jī)起降時(shí)的沖擊、 巡航或戰(zhàn)斗時(shí)的振動(dòng)、 離心力、 空氣動(dòng)力環(huán)境， 以及溫、 濕度環(huán)境等， 都與地面的武器裝備環(huán)境條件有較大的區(qū)別， 會(huì)降低武器裝備的可靠性， 尤其是對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)和電氣系統(tǒng)損傷極大， 是系統(tǒng)故障的重要原因。 所以， 監(jiān)測(cè)參數(shù)可以針對(duì)激發(fā)故障的外部環(huán)境參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)， 稱之為間接參數(shù)監(jiān)測(cè)， 一旦發(fā)現(xiàn)有超過(guò)設(shè)計(jì)要求的振動(dòng)、 沖擊應(yīng)力， 就可給出維護(hù)建議， 如需維護(hù)的組部件以及檢測(cè)內(nèi)容。 另一種監(jiān)測(cè)則是針對(duì)反映檢測(cè)對(duì)象故障征兆的直接參數(shù)變化或隱含特征參數(shù)數(shù)據(jù)， 如結(jié)構(gòu)件的疲勞變形、 裂紋， 開(kāi)鎖力的變化或具體電路的電壓、 電流以及殼溫參數(shù)等， 稱之為直接參數(shù)監(jiān)測(cè)。 目前對(duì)發(fā)射裝置關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部件實(shí)施PHM的主要問(wèn)題： 一是布置傳感器困難或特征數(shù)據(jù)獲取困難;? 二是沒(méi)有現(xiàn)成的各種故障預(yù)測(cè)模型。 在這種情況下可以采用環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)方法， 可定性地給出系統(tǒng)維護(hù)意見(jiàn)， 這樣可以盡可能減少傳感器的布置。

發(fā)射裝置電氣部分主要包括微處理器電路、 數(shù)字電路、 模擬電路、 二次電源以及功率信號(hào)處理電路等， 獲得數(shù)據(jù)相對(duì)容易， 可以采用直接參數(shù)監(jiān)測(cè)模式。 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)， 數(shù)字集成電路的故障可以反映在具體芯片或整個(gè)系統(tǒng)的工作電流上， 所以監(jiān)測(cè)數(shù)字電路的工作電流是數(shù)字電路狀態(tài)監(jiān)控的重點(diǎn)參數(shù)選項(xiàng)。 而模擬電路和二次電源的性能退化直至失效一般是漸變性的， 可通過(guò)高速的A/D采樣， 進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控和數(shù)據(jù)收集。 對(duì)于發(fā)射裝置中常用的功率較大的器件， 按長(zhǎng)時(shí)工作和短時(shí)工作模式采用不同的監(jiān)控策略， 對(duì)長(zhǎng)時(shí)工作模式， 導(dǎo)彈電源控制電路可采用測(cè)溫電路對(duì)器件的表面溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)， 獲得器件溫度參數(shù)的變化特征和趨勢(shì)， 來(lái)完成其故障預(yù)測(cè)，? 對(duì)于短時(shí)工作模式， 如電池激活、 發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火輸出控制繼電器， 可采用監(jiān)測(cè)輸入輸出壓降變化的方法完成數(shù)據(jù)提取。

3 PHM相關(guān)技術(shù)方法適應(yīng)性分析

通過(guò)各種傳感器以及內(nèi)、 外場(chǎng)測(cè)試設(shè)備得到的原始數(shù)據(jù)， 基本都屬于時(shí)域范圍的電壓、 電流信號(hào)， 有些為直接測(cè)量信號(hào)， 有些為物理變換信號(hào)， 如溫度和振動(dòng)（位移）信號(hào)。 收集到原始數(shù)據(jù)后， 要根據(jù)這些信號(hào)來(lái)進(jìn)行故障診斷、 故障預(yù)測(cè)以及剩余壽命評(píng)估， 即要對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行信號(hào)處理， 提取特征參數(shù)。 信號(hào)處理方法主要包括時(shí)域分析、 頻域分析、 時(shí)頻域分析、 高階統(tǒng)計(jì)量分析等。 通過(guò)時(shí)域分析可得到信號(hào)的時(shí)域特征信息， 如均值、 方差、 有效值（均方根）、 峰峰值等， 其中均值描述了信號(hào)的直流成分， 方差描述了信號(hào)對(duì)于均值的離散程度， 有效值反映了信號(hào)總體能量的大小。 通過(guò)頻域分析可得到信號(hào)的頻譜、 相位等， 而信號(hào)的均方根值、 峰值、 頻率、 相位等參數(shù)都可能包含有故障特征， 找到故障或壽命與特征信號(hào)關(guān)聯(lián)的映射關(guān)系， 從而完成故障或壽命的預(yù)測(cè)。 前面提到的3種常用故障預(yù)測(cè)方法， 對(duì)于發(fā)射裝置的關(guān)鍵組部件， 由于其使用環(huán)境復(fù)雜， 通常難以建立精確的數(shù)學(xué)模型， 因此尚不能采用基于模型的故障預(yù)測(cè)技術(shù)方法; 第2種基于知識(shí)的故障預(yù)測(cè)方法可以在發(fā)射裝置中嘗試， 因?yàn)榘l(fā)射裝置經(jīng)歷了數(shù)十年的研制和使用， 積累了大量的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)， 但需要建立知識(shí)庫(kù)， 并進(jìn)行知識(shí)規(guī)則化表述方面的研究;? 第3種基于數(shù)據(jù)的故障預(yù)測(cè)方法則是一種較實(shí)用的方法， 通過(guò)現(xiàn)有數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)特性的角度進(jìn)行故障預(yù)測(cè)， 主要包括貝葉斯方法、 D-S證據(jù)方法、 似然比檢驗(yàn)、 極大似然估計(jì)、 最大后驗(yàn)概率估計(jì)和最小均方誤差估計(jì)等[8]。 可根據(jù)具體應(yīng)用對(duì)這些方法進(jìn)行深入研究后選用。

健康管理部分則是根據(jù)預(yù)測(cè)的故障部位進(jìn)行智能推理， 給出維修決策， 對(duì)于大系統(tǒng)的健康管理， 最終要實(shí)現(xiàn)的維修決策包括： 裝備維修計(jì)劃制定、 裝備維修備件采購(gòu)計(jì)劃、 裝備維修任務(wù)調(diào)度和裝備維修資源的統(tǒng)一調(diào)配等。 對(duì)于產(chǎn)品級(jí)， 做到提出維修部位的建議， 是否更換零部件、 是否返廠進(jìn)行深度維修即可。 對(duì)發(fā)射裝置來(lái)說(shuō)， 在PHM設(shè)計(jì)還很不完善的階段， 還要融合常規(guī)的人工檢查的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)， 給出維修指導(dǎo)， 主要包括組部件或元器件、 零件的更換或者進(jìn)一步檢查， 如減振器、 微動(dòng)開(kāi)關(guān)、 電氣組件、 局部零件等。

4 結(jié)論與展望

本文根據(jù)PHM的基本概念和內(nèi)涵以及主機(jī)的要求， 進(jìn)行了機(jī)載導(dǎo)彈發(fā)射裝置PHM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框架設(shè)計(jì)， 給出了實(shí)施PHM部件及其檢測(cè)參數(shù)選取原則， 需要注意的是，? 對(duì)設(shè)備級(jí)的產(chǎn)品， 不是所有的功能部件都必須實(shí)施PHM， 而應(yīng)結(jié)合產(chǎn)品自身的特點(diǎn)， 在重要程度、 可靠性、 實(shí)施難度、 經(jīng)濟(jì)性和進(jìn)度等之間綜合權(quán)衡。

從傳統(tǒng)的依賴外部設(shè)備測(cè)試的保障方式轉(zhuǎn)變?yōu)橐訮HM為核心技術(shù)的視情維修需要一個(gè)過(guò)程， 首先要轉(zhuǎn)變觀念， 然后是掌握相關(guān)方法和技術(shù)， 最后應(yīng)納入到產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中。 在PHM設(shè)計(jì)還很不完善的階段， 機(jī)載導(dǎo)彈發(fā)射裝置的維護(hù)保障還需要人工介入， 對(duì)智能系統(tǒng)達(dá)不到的維護(hù)部位進(jìn)行維護(hù)。 未來(lái)要設(shè)計(jì)完善實(shí)用的發(fā)射裝置PHM系統(tǒng)， 還需加強(qiáng)如下研究工作：

（1） 傳感器應(yīng)用技術(shù)研究;

（2） 對(duì)特定故障模式， 開(kāi)展基于模型的故障預(yù)測(cè)技術(shù)研究;

（3） 建立發(fā)射裝置知識(shí)庫(kù)， 進(jìn)行知識(shí)規(guī)則化表述研究;

（4） 開(kāi)展與保障設(shè)備互動(dòng)的技術(shù)研究。

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