PHM技术的应用对新型装备保障模式的影响

金 星

（中航工业综合技术研究所，北京 100028）

PHM（Prognostics and Health Management）技术是装备状态预测与健康状态管理技术，它能够在使用装备时自动完成故障检测、预测、隔离和监控，并及时进行故障影响评价、故障报告和飞机状态管理。

PHM技术是支持装备自主保障的关键技术之一，是为适应21世纪高技术条件下局部战争而建立的自主式后勤保障系统的重要组成部分，是新一代武器系统故障诊断和保障体系结构的主要特点和发展方向。它采用先进的传感器（如涡流传感器，小功率无线综合微型传感器，无线微机电系统MEMS）采集飞机状态信息，并借助各种算法（如Gabor变换、快速傅里叶变换、离散傅里叶变换）和智能模型（如专家系统、神经网络、模糊逻辑等）来诊断、预测、监控和管理飞机的工作状态。PHM 技术的设计主旨不是直接消除故障，而是感知并预测故障发生的时限，从而达到在出现始料未及的故障之前开展有针对性保障活动的设计目标，完成装备保障从状态监控向状态管理的转变。

1 PHM的发展应用状况

1.1 国外对PHM技术的应用

目前，国外的PHM 技术已经实现从方案设计扩展到工程验证阶段的转变，其应用遍及航空航天、工业制造、水力、核电等大型复杂系统领域。

在PHM等新技术广泛应用的前提下，美军对航空装备保障模式进行了相应的调整。20世纪90年代初，美军取消了航空三级保障体制内的中继级保障，推行由基层级和基地级组成的二级保障，并在F-22和F-35等飞机上付诸实施。二级保障具有后勤补给线缩短、保障效率提高、保障停机时间缩短、飞机战备完好性和生存性提高等优点，目前的保障体制调整已初步实现在保障费用不变的前提下保持航空装备快速反应的能力。

2000年7月，PHM技术被列入美国国防部的《军用关键技术》报告中，从美国SH-60 直升机的使用和状态管理系统（HUMS, Health Usage and Monitoring Systems）到波音公司的飞机状态管理系统（AHM, Airplane Health Management），从美国海军的综合状态评估系统（ICAS, Integrated Condition Assessment System）、陆军的嵌入式诊断和预测系统（ED/EP, Embed Diagnostics/Embed Prognostics）再到海、陆、空通用的联合攻击战斗机F-35的机载PHM系统，PHM技术得到广泛地应用。特别是在武器装备使用和保障费用远远超出采购成本而国防预算又日渐缩减的背景下, 经济承受性使得PHM技术成为支持F–35飞机实现经济保障的关键技术之一。

1.2 国内对PHM技术的研究

国内对于PHM技术的研究刚刚起步，随着我国国防科技领域对PHM技术的强烈需求，在借鉴和吸收国外已有经验的基础上，研究PHM技术已成为我国新一代武器装备的基础技术储备, 并由此奠定了工程应用的基础。目前国内各个行业正在开展PHM技术相关理论和基础技术研究，并制定了关于PHM技术的行业标准和研制规范。

目前，PHM技术的应用大多集中在民航领域，主要用于监控飞机和发动机的性能状态；军方也在各领域对PHM技术进行了理论探索和深入研究，在空军、海军、炮兵等军兵种先后构建了PHM系统逻辑体系结构，而关于引入PHM技术后对保障模式等方面的影响和调整，也正在研究论证之中。

2 PHM技术对保障模式影响的分析

在我国空军60余年的发挥发展建设中，基本上沿用了俄军的保障模式，随着采用PHM技术的装备逐步引入，必然会对现有的保障模式产生相当程度的影响。

2.1 对专业划分与人员组织的影响

在现行的保障模式中，地勤机组有较细的专业分工，各个专业之间存在着较大的技术跨度，不仅使得地勤机组内各专业的人员难以互换，还会因为缺少任何一个专业的地勤人员而对机组保障工作造成一定的影响。由于PHM技术可以监控整架飞机而不是某个专业的技术状态，因此随着它的引入，对地勤机组的专业划分和组织形式造成一定的影响。

2.2 对部门职责与工作流程的影响

目前外场保障工作重点是对飞机的各系统进行全面检测和故障定位。据统计，该项工作大约占全部外场保障工作量的60%以上，因此外场保障中各级职能部门和领导的首要职责之一就是确认装备状态是否完好，并决定针对故障现象采取的维修措施。在引入PHM技术后，全机自检和故障定位将由PHM完成，为此对保障部门职责和工作重点将发生影响。

2.3 对保障时机决策与保障内容的影响

现行的外场保障时机由定时维修和视情维修组成，制定维修决策和内容的主要依据是主观人为经验。随着PHM技术的应用，维修决策和内容将以PHM技术对重要部件的状态监控结果为依据，因此对装备维修时机和内容的决策将产生影响。

2.4 对训练体系的影响

目前地勤人员在保障工作中通常凭借维修经验完成故障的判断和定位，因此现行的维修训练重点是以分析故障现象、判断故障位置等外场保障工作经验为主。由于PHM技术可以自动进行故障检测和定位，对地勤人员维修经验的依赖性有所降低，对保障训练体系将产生一定的影响。

3 PHM技术应用后保障模式的调整

保障模式即装备保障的组织和管理方式，具体内容包括：保障工作的专业划分与人员组织、保障审批权限与工作流程、保障时机决策与保障内容管理、保障人员培训考核体系等。随着PHM技术的推广和应用，现行的保障模式需要进行相应的调整。

3.1 组织结构的调整

在PHM技术的支持下，地勤人员可以便捷地获取飞机的故障信息，外场保障的主要工作的重点也不再是进行故障定位而是完成故障件的更换，因此地勤人员可以分为放飞保障和排故保障二部分，放飞保障组借助PHM的功能完成全机检测；排故保障组借助PHM的功能快速确定故障位置，这样既可以降低对地勤人员专业技术的要求，又可以弱化各专业间的技术跨度，还能够减少地勤机组的人数。

3.2 工作流程的调整

在PHM技术的支持下，地勤人员能够在飞机落地前获取故障信息，并在飞机落地前完成排除故障的各种准备工作，在飞机落地之后立即排除故障，恢复飞机的完好。地勤保障不需要再按照飞行后检查、发现并确认故障位置、完成排故准备、排除故障等流程，从而缩短了地面保障的工作时间，为提高飞机的出动强度奠定了基础。

3.3 保障时机与内容的调整

在PHM技术的支持下，地勤人员可以准确获知故障所处位置并预测故障件的剩余使用时间。在飞机落地后，地勤人员的主要工作是确认是否对故障部件进行更换，因此地勤机组需要请示的保障授权由故障定位是否正确转变为故障件是否更换，保障主管的审批内容也由确认故障位置转变为确认更换故障件的时机。

3.4 训练体系的调整

在PHM技术的支持下，地勤人员可以准确地获知发生故障的具体部件并预测剩余的工作时间，地勤训练的重点也因此由传统的故障定位向综合考虑飞机完好性与保障经济性转移，地勤人员不仅要保证飞机的完好，还要在确保飞机完好的前提下尽量降低飞机的保障成本，提高飞机保障的经济性，充分发挥装备的使用效能。

4 保障模式调整需要的其它技术支持

在实际的工程应用中， 为了充分发挥PHM技术优势，还需要诸如自主式保障信息系统、便携式维修辅助设备、交互式电子技术手册、远程保障支持系统等其它技术的支持。

4.1 自主式保障信息系统

在自主式保障信息系统的支持下，PHM系统才能够将飞机在空中发生的故障或即将发生的故障、故障所处位置、预测故障件的剩余使用时间等信息通报给地勤人员，地勤人员才能在该系统地支持下完成查找故障原因、确定故障位置和排除故障件方法、申请航材备件等准备工作，PHM系统才能真正地发挥提高保障效率，缩短保障时间、降低保障成本的设计目标。

4.2 便携式辅助保障设备

便携式维修辅助设备（P M A，P r o t a b l e Maintenance Aid system）能够从飞机上下载并解读PHM系统提供的故障信息，并提供排故方法、检索相关技术资料等功能，还能够提供飞机零部件分解图和参考资料，并通过局域网将相关保障数据上传至主数据库，实现辅助保障管理的功能。地勤人员在PMA的辅助下才能完成人与飞机之间的信息沟通，提高外场保障的工作效率，降低工作强度。

4.3 交互式电子技术手册

交互式电子技术手册（IETM，Interactive Electronic Technical Manual）是提供具有交互功能的装备使用与保障支持的技术出版物。它是一种基于计算机的技术信息集合体，覆盖装备所需的有关使用操作、故障查找和保障方面的全部技术信息，这些信息可被直观地组织和格式化，并在电子屏幕上交互式地显示给最终用户。借助该技术的帮助，地勤人员才能便捷地获取PHM系统提供的故障信息及排除故障的具体方法，从而缩短查阅手册和相关技术文件的时间，提高机务保障的工作效率。

4.4 远程保障支持系统

远程保障是保障人员与后方技术支持人员或信息源之间的资料或信息的电子传输，以便地勤人员根据远程实时传送的信息对装备进行保障。远程保障支持系统使得地勤人员在获取PHM系统提供的相关信息后在第一时间内完成高质量的维修，并且在有限的时间内通过分享经验而提高保障人员技术熟练水平，显著减少装备在现场修理时间和停用时间，提高装备的战备完好性，降低装备的使用与保障费用。

5 结束语

PHM技术是一项崭新的综合检测技术，由于它具备的故障快速检测和精确定位能力，不仅能够节省外场的保障工时，还可以提高保障的科学化水平。在航空装备领域引入PHM技术后，地勤保障工作的诸多元素都会受到影响，因此需要对外场保障模式进行适度的调整，实现保障模式与装备的实际需求紧密耦合，最大限度地发挥装备的效能。

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