PHM技术在飞机装配单元中的应用分析

黄维

摘 要：本文从飞机装配入手，剖析PHM技术，综述其体系框架与工作流程。以某型飞机的尾翼制造为例，探讨PHM技术的运用，分别从建构集中管理平台与检测工装变形两个方面展开。以供参考。

关键词：PHM技术;飞机;装配单元

引言：高效、高精度、智能及低成本为所有建设加工业务追求的目标。飞机制造期间，收集、分析与预测多源数据，可有效提升装配过程的品质及效果，并利于减少各项成本的浪费量，达到资源的科学整合。利用现代科技手段，缓解甚至完全克服飞机装配时的不确定性问题，减少维护的费用比例。

1 飞机装配

装配环节是飞机制造任务中主要工作之一，如今国内在此方面逐渐形成智能化与数字化的特点。并且，在机器人技术自动制孔、柔性装配、激光跟踪等现代化系统的运用后，装配过程更加高效，技术能力有所提升，满足装配环节对多元化功能的要求。在飞机更新换代中，装配工作的复杂性有所提升，干扰性因素也逐渐增多，造成装配单元出现异常甚至直接失效的概率相应提升，所以在飞机投入应用后的保养维护中，费用量大幅度增多，提高了在生产全过程的成本的占比。

2 PHM技术剖析

现代信息科技的成熟，给PHM技术创造更多的成长机会。PHM技术是当前军民两用的技术手段，目的是维护复杂系统可维修性、平稳性、安全性以及控制周期成本等，如今航天、电子、核反应堆等均有其身影，并得到若干工业领域中专业人士的注目。

2.1技术概述

PHM技术分成预测与健康管理两项，其中预测是按照系统当前与以往的性能情况，预测飞机对应部件与整个系统的健康程度。而健康管理则基于判别及预测的数据结果，以及能运用的维修条件、应用标准，生成最佳的维修方案。PHM技术最初开发的意图是为让视情维修能代替事后处理及定期维护。所谓的视情维修强调预防维修，将传统被动式的工作形式转变成先导化的保护任务。利用适宜的传感装置、数据算法与模型，对维修对象的应用状态进行评估，以及时采取有效手段，消除及把握潜在问题，确保飞机系统具备平稳性与安全性，并能下调维护成本，避免额外经济资源消耗。PHM技术的成长道路上，通过外部与机内检测，并经历智能BIT及综合诊断，最终形成PHM。升级完善中，使诊断及预测异常、系统集成三个层面模均得到发展，由原本部件级细化到系统级的运用程度。此外，维修模式从事后维修逐渐发展到状态与智能层面上的维护，更准确地保障设备健康运行。如今，维修工作的针对性有所提升，确实加深智能化的程度[1]。

2.2体系框架

单套PHM系统中有信息采集、处理与管理等部分。其一，信息采集为该系统的基础性技术单元，是利用安装于现场的传感装置，得到能反映系统健康情况的信息。其二，信息处理则是把所有采集到的信息加以归纳分类，此处涉及到设置数据格式、消除噪波与信息压缩等，以方便后续提取应用信息的需要。此外，信息融合在处理单元中处于深层次的位置，会面临诸多繁杂的计算。信息融合是利用各数据之间存在的协作或者竞争关系，把通过类型的信息合并起来，并消除无保留价值的信息，将生成的数据资料，高精度地传送至管理单元中。其三，管理单元为PHM系统核心部分，集合若干算法，还涉及到神经网络等的物理模型。利用异常推理预测以及健康评估，判断系统里重要元部件及设备的运行状态，估计应用性能与今后可用年限。并制定解决问题的计划，例如诊断信息文件、维修说明等，保障维修任务中各项准备环节能稳步推进。

2.3工作流程

PHM技术比较典型的运用是F-35战斗机，具体的工作流程是：针对PHM系统内组件、子系统等是数据采集处理，同时把信息传给地面的PHM系统开展维修分析，以给出维修处理安排。最后通过工作规划及资源管控整合，落实维修行为。按照美军发布的统计数据，该战斗机在装载PHM系统后，故障不再复现率下调82%。维修工作的人力投入下降20%∽40%，出动架次率也在原本的基础上提升25%。战斗机应用和保障成本控制在原本的半数左右，可飞行时间长达8000h。而国内在PHM上的开发时间较短，但也获得不小的成绩，在高铁、航空与导弹上都有涉猎。

2 飞机装配单元中PHM技术的運用分析

以某型飞机为例，讨论PHM技术的实际运用。该型号飞机的尾翼采用碳纤维复合型材质，因为纤维本身的硬度大，并且热导能力不强，制孔期间材料容易被刀具损伤，但同时制孔作业还是尾翼装配过程中比较关键并耗费时间的一步。由此来看，制孔品质与检验速度会影响到产品交付时间与制造费用。另外飞机的型架工装为制作产品定位及生产的根本依据。笔者以某型飞机的尾翼装配为分析对象，结合PHM技术理论和涉及到的关键工艺，提出用于装配单元的PHM系统架构，以增强对制孔装置及品质状态等的管理力度。

2.1构建集中管理平台

通过信息集中管理平台，可获取数据保存、处理与可视化的效果，其寄托在B/S模式下，应用简便，有足够的可扩展空间，具体分成三个模块。首先，录入单元，其是该管理平台内部信息的重要来源。运行期间，能将借助传感装置获取的信息，导进平台中。此外还包括不能通过自动采集的信息，利用人工完成录入任务。其次，信息管理单元，把尾翼装配期间涉及到的装置、工装、制孔品质等具有各类特征的故障信息与预警信息，进行归类与整合，并能直接生成分析决策资料。为飞机制造工程技术员比较清晰地了解制造模块的工作情况，以及当下制造生产资料，基于此进行整体性评估。最后，配置管理单元，此部分的职责功能是针对管理员，进行交互设计。通过数据检索页面，管理员能随时查找所需的资料信息，根据制造装配项目需要，完成删改与增添等动作。此外，管理员也能按照自身的喜好，设置管理平台页面布局与整体风格，适应自己的操作习惯，提高管理动作的效率，降低失误率[2]。

2.2检测工装变形处理

飞机尾翼制造的工装体积偏大，普通单目及双目的处理方式，无法辐射到尾翼工装整体，为此应当设置多目的检测分析系统，并开发出可供多目相继应用的全方位标定方式。与此同时，在飞机制造中，为保证精准度，要求不间断地检测工装变形情况，所以会针对工装上数个点及各个时间的坐标，执行测量动作，利用分析各点坐标与位移情况，评估工装的变形状态。实际建造中，需要提前在工装上设置检测点，借助摄影测量的方式，对各个点进行扫描及识别。下一步利用图像处理等有关技术，提炼出对应点位的基本特征，此过程可用的图像处理方式有去除背景、区域定位、编码及解码、边缘拟合、形态学等。基于此，获取目标点的坐标信息，借助公共点转化的计算方式，确定理论层面的坐标系中，各点对应的坐标描述结果。而后和之前制定工装设计模型参数细致比对，得到二者之间的差值。最终利用工装坐标信息的偏差设置，评估工装变形情况。

结束语：

本文以某型飞机为讨论对象，基于故障预测及PHM技术的有关理论内容，发挥此项技术的价值，保障飞机制孔设施的工作状态，提升飞机制孔的品质，把控好工装的应用效果，强化制造过程的管理力度，为飞机装配构建平稳安全的单元运行空间。

参考文献：

[1]李西宁，支劭伟，王悦舜，等.面向飞机装配精准定位的状态感知技术[J].航空制造技术，2020，（Z1）：46-51.

[2]徐海峰.基于MBD的飞机数字化装配工艺协同设计研究[D].导师：唐敦兵.南京航空航天大学，2019.

作者简介：

黄维（1988.05-），男，汉族，籍贯：江苏，最高学历：本科，目前职称：初级职称，研究方向：飞机制造工艺装备领域。