PHM技术应用现状

PHM技术应用现状国外PHM技术的应用现状F-35自主式保障系统采用的PHM系统目前正在研制和完善过程中,代表了美军目前视情维修技术(ConditionBasedMaintenance,CBM)所能达到的最高水平。目前,美国、英国、加拿大、荷兰、新加坡、南非和以色列等国已将PHM技术应用到直升机上,出现了称作“健康与使用监控系统”(HealthandUsageMo-nitoringSystem,HUMS)的集成应用平台。其中美国国防部新一代HUMS-JAHUMS具有全面的PHM能力和开放、灵活的系统结构。安装了HUMS系统的美国陆军直升机任务完备率提高了10%,陆军已向装备了HUMS的飞机颁发了适航证和维修许可证。此外,美陆军已批准在全部750架“阿帕奇”直升机上安装HUMS。英国国防部也与史密斯航宇公司达成协议,为70架未来“山猫”直升机开发一种状态与使用监测系统和机舱声音与飞行数据记录仪(HUMS/CVFDR)组合系统,2011年前交付使用[3]。HUMS不但应用于直升机上,在“阵风”、“鹰”等战斗机和C-130“大力神”运输机等固定翼飞机上也已经开始应用。美国各军种研究开发的与HUMS和PHM类似的技术还有:海军的综合状态评估系统(IntegratedConditionAssessmentSystem,ICAS)、陆军的诊断改进计划(ArmyDiagnosisImprovementPlan,ADIP),B-2轰炸机、“全球鹰”无人机和NASA第2代可重复使用运载器的飞行器综合健康管理(IntegratedVehicleHealthManagemen,tIVHM)系统等[5]。除了在军事领域的成功应用外,PHM技术还在航空航天、民用飞机、汽车、核电站和大型水坝等民用领域获得广泛应用,成为名副其实的军民两用技术。波音公司已将PHM技术应用到民用航空领域,称作“飞机状态管理(AircraftHealthManagemen,tAHM)系统”,已在法国航空公司、美利坚航空公司、日本航空公司和新加坡航空公司的B777,B747-400,A320,A330和A340等飞机上得到大量应用由于电子产品本身故障的特点,电子产品的PHM问题尤为困难。如:由于电子产品中的缺陷可能是微米甚至纳米尺寸级,电子产品中的故障相对更难于检测。而且由于电子失效机理繁多,单一器件失效率较低,电子产品的PHM优势不如在其机械系统中明显。目前国外在对电子产品进行PHM的应用和研究方面主要取得了以下成果:波音公司的AHM,JSF以及IVHM等系统中都不同程度地采用监测那些能够反映电子产品故障或健康状态的性能(特征)参数(如电流、电压和电阻等)来监测电子产品的健康状态[7-9];美国马里兰大学CALCE中心以故障物理方法为基础,对电子产品的PHM技术进行了大量深入研究工作,并得到了初步应用和验证[10-13],该方法是指在已知电子产品故障物理(PhysicsofFailure,PoF)模型的基础上,通过监测产品的使用环境条件(如温度、振动等参数信息),进而根据损伤累积模型预测产品的剩余寿命来监测电子产品的健康状态;美国的Ridgetop公司还提出了在电子产品内部内置“故障标尺”的方法,来预测实际被监测产品的剩余寿命[14]。国内PHM技术的应用现状从20世纪50年代起,中国就与世界其他国家一起涉足PHM这一新兴领域。但是由于工业基础薄弱等问题,一直发展缓慢。自20世纪80年代以来,我国政府大力发展状态监测、故障预测及可靠性维修等PHM相关技术的研究,并将其列入国家“863”发展计划。我国在PHM方面的早期应用主要在民航系统,主要是应用了飞机或发动机的性能状态监控软件系统,但与硬件系统贯穿在一起的整套解决方案的可应用成果较少空军工程大学的张亮等[16]针对我军新一代作战飞机的技术特点及其维修保障需求,对机载PHM系统体系结构的各种方案进行了对比分析,提出了一种由模块/单元层PHM、子系统级PHM、区域级PHM和平台级PHM等4层集成的层次化体系结构;海军航空工程学院的何献武等[17]对PHM技术应用于反舰导弹维修保障中的有效性和可行性进行了研究,并设计了反舰导弹武器系统PHM系统结构及反舰导弹维修保障中的传感器网络结构;空军雷达学院的王晗中等[18]为克服传统维修保障方式的缺陷并适应现代雷达装备维修保障的发展需求,构建了基于PHM的雷达装备维修保障系统;解放军炮兵学院的彭乐林等[19]根据无人机系统故障特点建立了系统设备拓扑结构,并构建了无人机PHM系统逻辑体系结构。虽然国内外各种PHM系统已逐步开始得到应用,但还远没有达到工程实用化的程度。