浅析舰载电子装备故障监测与诊断技术

陈猛

（中国人民解放军第四八零六工厂军械修理厂，浙江 宁波 315834）

0 引言

舰载电子装备故障将直接导致对应系统无法正常工作，为保证舰艇作战能力，需要装备使用人员在规定时间内排除故障，然而，由于电子装备内部结构复杂，对应结构单元功能具有较强的相关性，以至于电子装备故障平均修复时间（MTTR）较长[1]。由此，通过计算机软件对舰载电子装备状态进行监测，并对已经发生的故障进行诊断，辅助维修人员定位和排除故障，这对舰艇战斗力的恢复与保持具备重要意义。

1 舰载电子装备故障监测与诊断技术概述

任何类型电子装备的故障都具有可预见性，根据量变与质变的理论，当电子装备故障风险积累到一定程度后，则故障必然出现。因此，借助传感器实时获取电子装备状态数据，在对数据进行分析的基础上，与数据库中对应装备故障的数据曲线进行拟合，进而判定该电子装备出现故障的几率[2]。同时，在电子装备发生故障后，结合数据分析结果，判定导致故障发生的主要原因，并对故障点进行定位，缩短故障排查时间。

2 电子装备故障监测与诊断技术分类

根据数据获取与分析方式，以及对应平台计算机的实时处理能力，舰载电子装备故障监测与诊断技术可分类两类：离线故障监测与诊断、在线故障监测与诊断。

2.1 离线故障监测与诊断

所谓离线，是指故障监测与诊断并非实时进行，而是在电子装备使用结束后，拷取装备状态数据，并按照图1所示步骤进行处理。

其中，数据收集是其中最为重要的一个环节，根据实际需要，将装备状态数据进行记录，数据的准确性将直接影响最终分析结果。因此，设计人员需要将这一要求贯彻到电子装备的研发环节，通过科学的传感器设计，能够使收集的数据更加全面、准确。

数据收集后需要进行处理，该过程是为了下一步的数据分析将收集到的数据进行加工，使其满足数据分析的格式，其主要包括数据清洗、数据转化、数据抽取、数据合并、数据计算等。

数据分析是利用相关数据分析软件研究数据中所含信息，常用数据分析软件有SPSS、SAS、Python、R语言等，其中也包括较为常见的Excel也是数据分析软件[3]。这需要注意的是，离线故障监测与诊断无法进行数据的实时分析，所以，数据分析过程中应考虑到装备持续工作对分析结果的影响。

数据展现与撰写报告能够对电子装备状态进行评估，在提出故障预警的同时，也能够对已经发生故障快速定位，并提出具有可操作性的维修意见与建议。

2.2 在线故障监测与诊断

目前，在线故障监测与诊断主要为舰载平台在线故障监测与诊断，受计算机性能、数据库模型等多种因素的影响，在线故障监测与诊断技术依然存在较大的提升空间。

以美军“菲茨杰拉德”号驱逐舰装备的SPS-73（V）12型导航雷达为例，作为保障舰艇航行安全的核心电子装备，导航雷达需要全天候工作，因此，在实际使用过程中，导航雷达故障相对较高，有效预判故障及定位故障对提高舰艇航行安全极为重要[4]。在“菲茨杰拉德”号驱逐舰发生撞船事故之后，首要排查导航雷达所记录的数据。作为美军现役导航雷达，SPS-73（V）12型导航雷达能够在线监测视频信号、收发机频率、输入电压、工作电流等信号，一旦某信号数值处于阈值范围以外，则系统将自动报警，提示航海部门工作人员及时检查。在发生故障的情况下，自检系统还可以通过小信号测试的方式对系统各模块进行初步晒查，快速定位故障单元。

两种故障监测与诊断技术各有优缺点，具体如表1所示。

3 电子装备故障监测与诊断技术发展

从传统电子装备故障监与诊断技术实际应用情况来看，结合电子装备使用环境与特性，基于大数据技术与人工智能技术的在线电子装备故障监测与诊断技术将成为未来舰载装备保障的趋势，具体表现在以下几个方面。

表1 离线/在线故障监测与诊断技术优缺点

3.1 电子交互手册实时共享

美国海军自上世纪就已经推行了电子交互手册，在舰员级维修能力训练与装备维修指导方面，电子交互手册发挥了巨大作用[5]。依赖于美军庞大的卫星通信网络，电子交互终端在维修过程中产生的数据可通过数据链汇总到后台服务器，从而不断丰富故障数据库，为故障监测与诊断提供依据。

例如，根据以往装备修理经验发现，电子对抗系统故障与湿度、温度、干扰扇面大小、频率、输入电压等因素相关，若电子交互手册终端能够接入电子对抗系统[6]。通过实时在线分析，并与后台数据库计算后的曲线进行对比，最终确定该系统是否存在故障，并对故障原因进行分析，从而进行初步定位，并指导现场人员进行处置。

3.2 基于人工智能的故障监测与诊断

在现有故障无法通过构建数据模型的方式进行处理的情况下，则可以采取人工智能技术辅助进行故障监测与诊断，如案例智能分析等[7-8]。

以案例智能分析技术为例，随着上报电子装备故障类型的不断增加，人工智能技术能够根据所提供的故障数据分析不同故障案例之间的相关性，如电子通信设备交流供电电压稳定性下降导致通信系统噪声信号增强等。

虽然，人工智能技术的应用在一定程度上提高了电子装备故障监测与诊断效率，但是，基于人工智能技术的故障监测与诊断技术仅能够作为预防性修理和故障处置的参考，依然需要结合现场检查的实际情况进行处置。

3.3 远程专家知识库

区别于传统数据库，远程专家知识库是用于解决电子装备新发故障，在传统数据库无法解决此类问题的情况下，可接入电子装备设计、生产单位，以及具备相应能力的高校、院所数据平台，对电子装备故障进行在线分析、讨论，并确定故障检测方法、处置方案。

远程专家知识库所形成的检测方法与故障处置方案都可以纳入通用数据库，通过远程专家库可最大限度解决舰载电子装备使用过程中的疑难杂症，同时可以为舰载电子装备设计、研发和生产提供借鉴。

4 总结

舰船电子装备故障监测与诊断是未来装备智能化发展的必然趋势，目前，舰载电子装备离线故障监测与诊断以得到广泛应用，大大提高了舰载电子装备的稳定性。随着舰载电子装备动态故障模型的不断完善，以及配套技术的日益成熟，舰载电子装备在线故障监测与诊断技术将在装备保障、维修等领域发挥不可替代的作用。