[科普中國]-故障預(yù)測與健康管理

歷史淵源

PHM早期應(yīng)用主要集中于航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，例如GE的F404發(fā)動(dòng)機(jī)、PW的F117發(fā)動(dòng)機(jī)等等。讓它聲名顯赫的時(shí)機(jī)，是在F35聯(lián)合戰(zhàn)斗機(jī)項(xiàng)目的智能后勤信息系統(tǒng)ALIS，該系統(tǒng)囊括了飛機(jī)系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控、健康評(píng)估、故障預(yù)測、維修計(jì)劃、后勤保障等若干功能。在F35之前的PHM，只是測試、監(jiān)控，或者是健康管理，都不是真正意義的PHM。F35戰(zhàn)機(jī)是第一個(gè)真正有故障預(yù)測概念的，才能稱得上PHM。

PHM最早可以源自70年代， 早在1982年F-18大黃蜂機(jī)隊(duì)F404發(fā)動(dòng)機(jī)檢測系統(tǒng)，用于大黃蜂戰(zhàn)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)的監(jiān)測。那時(shí)候，似乎沒有故障預(yù)測功能，也沒有著重于大數(shù)據(jù)分析，或是沒有凸顯出大數(shù)據(jù)分析能力。這其實(shí)不屬于真正的飛機(jī)PHM。當(dāng)時(shí)只有剩余壽命評(píng)估、操作極限監(jiān)控、傳感器失效檢測、熄火檢測、著陸推力評(píng)估、飛行員啟動(dòng)記錄等，缺失了故障預(yù)測功能。1
早期資料上的PHM都很少涉及故障預(yù)測，盡管F22已經(jīng)有了類似的設(shè)備與系統(tǒng)，但是F22的PHM應(yīng)該還屬于狀態(tài)監(jiān)測范圍。F22在飛行時(shí)傳輸部分?jǐn)?shù)據(jù)，落地后采集全部數(shù)據(jù)。可以通過維修輔助計(jì)算機(jī)插入接口，發(fā)送激勵(lì)信號(hào)采集重點(diǎn)部件測試數(shù)據(jù)，在當(dāng)時(shí)已經(jīng)很先進(jìn)了。但是現(xiàn)在看來，似乎還處于基于狀態(tài)監(jiān)測的健康管理水平，不能稱之為預(yù)測健康管理(PHM)。

PHM發(fā)展現(xiàn)狀與難點(diǎn)而F35項(xiàng)目的PHM在F22之上又得到了長足的發(fā)展，已經(jīng)基本上達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)，整機(jī)監(jiān)測與故障預(yù)測。預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)是飛行過程中就采集數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)傳輸部分?jǐn)?shù)據(jù)，落地后采集全部數(shù)據(jù)，并且可以通過維修維修輔助計(jì)算機(jī)發(fā)送激勵(lì)信號(hào)，采集重點(diǎn)部件數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)分析與故障預(yù)測功能。1
PHM的特點(diǎn)是，必須有海量數(shù)據(jù)分析和健康判斷。數(shù)據(jù)是基礎(chǔ)，而有了數(shù)據(jù)如何分析也是一個(gè)大問題。國內(nèi)的航空公司，幾十年海量的數(shù)據(jù)，都無法自己開發(fā)PHM系統(tǒng)。這個(gè)難點(diǎn)就是模型：健康模型怎么評(píng)價(jià)，而預(yù)測模型更難。這就是工業(yè)技術(shù)體系，如何將專家經(jīng)驗(yàn)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，這正是工業(yè)化的核心。

國內(nèi)現(xiàn)在狀態(tài)監(jiān)測水平都不很高，Health Management基本不掌握工程實(shí)用的模型，成功應(yīng)用案例較少，而PHM就干脆只剩下概念了。有了數(shù)據(jù)還必須進(jìn)行分析；而有了建模能力，還得有工程實(shí)現(xiàn)能力，把PHM系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開發(fā)出來。而且可靠性水平要求也很高，必須高于其他分系統(tǒng)，否則容易虛警?？湛团c波音都有成熟的PHM理念、方法與實(shí)際手段，但是，都是秘不可宣，只能從一些公開資料上得到片面的信息2。

隨著F35戰(zhàn)斗機(jī)交付日期迫近，而其革命性的設(shè)計(jì)要點(diǎn)之一自動(dòng)后勤信息系統(tǒng)，也就是自檢和自動(dòng)診斷系統(tǒng)，仍然存在這諸多的不確定性，PHM的難度可想而知。

要實(shí)現(xiàn)PHM，除了物理基礎(chǔ)條件保障外，既需要大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，又需要非常密集的行業(yè)知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)和模型做為支撐。PHM跟航空有很深的淵源，在航空領(lǐng)域有著較為成熟的概念模型和深入的討論。與此同時(shí)，在石化、能源、制藥、離散制造等設(shè)備運(yùn)營上，同樣有著廣泛的應(yīng)用前景，值得關(guān)注2。