PHM技术在综合航空电子系统中的应用

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PHM应用于直升机

一：PHM应用于直升机目前已广泛应用于英、美、加拿大、荷兰、新加坡、南非、以色列等国的直升机上的PHM技术叫做健康与使用监控系统(HUMS)。

直升机健康与使用监控系统（HUMS）是一个集航空电子设备、地面支持设备及机载计算机监视诊断产品于一体的复杂系统。

它使用传感器和机载计算机与地面支持设备的计算机相连以便连续观察、自动记录和分析飞行机载设备的性能特征，从而监测潜在失效，对早期故障作出诊断。

Smiths Aerospace公司，居于世界领先地位的HUMS供应商，自二十世纪80年代早期以来一直开发HUMS，已经有400多套HUMS完全投入使用,其中一半以上的HUMS安装在军用直升机上。

这些系统已经记录了一百多万个飞行小时，这使Smiths Aerospace公司，或者称之为HUMS供应商更为确切，最有权力提出下列具有权威性的对HUMS的定义：. •永久性安在直升机上；. •由数据采集/处理单元、座舱控制单元和相关的传感包括加速度计和旋翼桨叶同锥度测量器构成；. •集成了直升机飞行数据记录器(FDR)；. •执行基于振动的高级发动机传动链监测、传输机构、旋翼跟踪和平衡(RTB)；. •以超过数和使用为基础，精确记录飞机的使用时间和阶段；. •包括地面站系统(GSS)，可提供超限警报，并且支持详细的数据分析和趋势分析。

当前许多公司都纷纷仿制HUMS，推出系统和单元，但是很少有系统能够拥有全部的性能，没有这些性能，HUMS的真正的潜在功能就不能实现。

二：PHM应用于直升机的国内外现状自二十世纪90年代以来，HUMS系统就已经取证并且投入使用。

最早的HUMS可以追踪到70年代，当时美国国防部开始研究使用振动监测以提高对直升机传动链故障的探测。

英国开发出直升机HUMS ,用来监控转子轨迹和平衡、发动机性能和完好状态、齿轮箱和传动副完好状态以及结构使用情况等参数;跟踪疲劳寿命;提供维修趋势信息。

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。

基于数据驱动的航空装备生产系统PHM方法与应用系统设计

基于数据驱动的航空装备生产系统PHM方法与应用系统设计作者：张浩驰张星一崔赟刘谨尧来源：《航空科学技术》2023年第11期摘要：随着航空装备生产系统复杂度、集成度的不断提高，传统航空装备制造企业的综合保障能力和水平已无法满足现役航空装备生产需求。

为了有效优化航空装备制造企业生产效能，实现生产系统状态监测、故障诊断、寿命预测及智能运维，基于数据驱动的故障预测和健康管理（PHM）技术得到广泛关注和应用。

目前，PHM相关研究工作主要聚焦于数据体系的管理维护，较少涉及应用系统架构设计。

本文结合大数据分析的CRISP-DM模型，从业务理解到模型评估部署提出一种基于数据驱动的航空装备生产系统PHM分析流程，基于“云+端”的技术架构刻画了PHM应用系统的总体设计和功能设计思路，能够高效实现PHM分析过程中的数据资源化和模型化，有力支撑航空装备生产系统的智能决策，为推进PHM技术创新应用和航空装备制造业转型升级提供参考。

关键词：航空装备生产系统； CRISP-DM模型；故障预测与健康管理；数据驱动； PHM 应用系统中图分类号：V37 文献标识码：A DOI：10.19452/j.issn1007-5453.2023.11.011在国家顶层战略发展要求下，航空装备生产等传统行业正经历生产系统数字化、智能化转型的关键时期，随着生产系统软硬件组成日趋复杂，功能集成度越来越高，导致生产系统的失效模式日渐增多，故障发生原因更加复杂，基于“事后维修”和“计划维修”的传统被动维修保障模式已经难以满足现代化制造企业高质量、高效益、低成本的发展要求。

生产系统故障预测与健康管理（PHM）诞生于20世纪90年代中期，生产系统PHM是指通过采集生产制造过程中的设备运行参数信息，构建数据分析模型和算法，实现生产系统运行状态监测、故障诊断与健康管理[1]。

近年来，以大数据分析、数字孪生、人工智能为代表的新兴技术取得了飞速发展，给人类的生产生活带来巨大变化，也给航空、航天、汽车、船舶等传统制造业发展注入新的生机与活力，在生产系统产能分析、质量监测、布局优化、故障诊断等方面发挥了重要作用，加速推动了制造企业的转型升级。

电子产品PHM及其关键技术

电子产品PHM及其关键技术电子产品PHM（预测性维护）是一种基于状态监测和预测的技术，其目的是在设备发生故障之前进行维护和修复。

通过实时监测设备的运行状态，分析设备性能下降的原因，PHM能够预测设备何时可能出现故障，从而提前采取措施进行维修。

这种技术在电子设备日益复杂的今天，显得尤为重要。

PHM关键技术之一是数据挖掘。

在大量的运行数据中，数据挖掘技术可以帮助我们发现隐藏在数据中的有用信息，如异常模式、性能下降等。

这些信息对于预测设备故障至关重要。

另外，机器学习技术在PHM中也扮演着重要的角色。

通过训练大量的数据集，机器学习算法能够学习设备的运行特性，自动识别异常模式，进一步提高预测的准确性。

在实际应用中，电子产品PHM已经广泛应用于各种领域。

例如，在通信领域，PHM被用来监测和预测基站设备的性能下降，确保通信网络的稳定运行。

在工业生产中，PHM被用来预测工厂设备的故障，避免生产中断和损失。

随着智能家居的发展，PHM也被应用于智能家电的维护和保养，为消费者带来便利。

虽然电子产品PHM在实际应用中取得了显著的成果，但仍存在一些不足。

例如，数据挖掘和机器学习技术需要大量的数据进行训练，而实际应用中可能缺乏足够的数据。

这些技术还需要专业的技术人员进行开发和维护，成本较高。

未来，随着技术的不断发展，希望能够解决这些问题，进一步提高PHM的实用性和可靠性。

电子产品PHM及其关键技术在设备维护和预测方面具有重要的作用。

通过实时监测设备的运行状态，结合数据挖掘、机器学习等技术，能够实现设备的预测性维护，从而避免设备故障造成的损失。

未来，随着技术的发展和应用的深入，电子产品PHM将会有更多的应用场景和实际需求。

PHM技术也将不断完善和提高，为电子设备的维护和保养提供更加高效和准确的方法。

我们应该积极和掌握这种技术，以便更好地应用到实际生产和生活中，提高生产效率和生活品质。

航天电子产品在航空航天领域具有重要作用，其可靠性、稳定性和长寿命直接关系到任务的成功与安全。

PHM对提高新一代飞机综合保障能力作用

PHM对提高新一代飞机综合保障能力作用摘要现代飞机是一个庞大的复杂系统，由众多子系统构成，飞机的许多结构都涉及相关尖端学科的知识。

随着科学技术进步，如何提高飞机的综合保障能力已经逐步发展成为一个热点话题。

对此，本文将基于PHM系统对提高新一代飞机综合保障能力的作用作相关介绍。

关键词PHM；飞机；综合保障；作用1 主要内容随着飞机与人们日常生活的联系越来越紧密，广大人们群众对飞机的安全可靠性、事故发生几率等问题也越来越关心。

PHM（prognostic and health management）即故障预测与健康管理，非常适合应用于飞机这种大型的复杂系统当中，它能够很好的提高飞机综合保障能力。

简单的说，在PHM系统当中，各种传感器（比如压电传感器、光纤传感器、智能传感器、碳纳米管等）负责监控并收集相关系统的状态参数，然后在采集的数据基础上，系统通过建立数学模型并进行科学的推理预测，及时预测出飞机系统的健康状况，有效的实现了对飞机故障的预测，大大提高了新一代飞机的综合保障能力。

实践证明，PHM系统在许多重要行业的应用当中发挥了很好的作用。

下面文章就PHM系统在提高新一代飞机综合保障能力方面的相关内容进行具体介绍：2 PHM系统体系结构及其相应功能应用于飞机上的PHM系统结构由低级到高级通常分为成员级、区域级和平台级；其中成员级是整个PHM系统实现对飞机健康管理的基础，成员级PHM 对每一个子系统状态进行实时与异常监测，通过将检测到的被测非电量信息按一定的规律转化为某一种量值输出，然后将电信号送到PHM成员级系统管理器中进行信号和数据处理；区域级PHM则能够提高信息的有效性与协同性，具体来说就是它把来自各个成员级系统的数据和信息进行必要的处理，不但确保了数据的一致性，而且能够准确的找出飞机上的故障隐患；最后，平台级PHM一方面负责把所有系统传送来的数据信息进行互相关联，通过分析关联数据的结果预测飞机系统的健康状态及其发展趋势，同时，另一方面还将各个系统检测到的数据传送至地面后勤保障机构，为制定飞机定期检修方案提供科学的及时有效的依据。

特种飞机综合化任务系统PHM设计与实现

doi:10.3969/j.issn.1001-893x.2021.03.005引用格式:张洪亮.特种飞机综合化任务系统PHM设计与实现[J].电讯技术,2021,61(3):291-297.[ZHANG Hongliang.Design and implementation of PHM for integrated mission system of special aircrafts[J].Telecommunication Engineering,2021,61(3):291-297.]特种飞机综合化任务系统PHM设计与实现∗张洪亮∗∗(中国西南电子技术研究所,成都610036)摘㊀要:任务系统是特种飞机能力的关键因素,对其开展故障预测诊断及健康管理技术(Prognostic and Health Management,PHM)的研究是一项重要课题㊂目前任务系统综合化程度不断提高,故障诊断难度不断加大㊂结合任务系统的使用场景以及综合化系统的结构特点,对PHM系统的层次结构㊁基础资源要素㊁功能要素㊁综合诊断㊁状态策略㊁故障管理等环节开展了全面设计与实现㊂设计结果表明,PHM系统在故障诊断准确性㊁降低飞机再次出动执行任务的间隔时间㊁缩短地面维修时间方面均具有明显优势㊂关键词:特种飞机;综合化任务系统;故障诊断;健康管理开放科学(资源服务)标识码(OSID):微信扫描二维码听独家语音释文与作者在线交流享本刊专属服务中图分类号:TN802;V243㊀㊀文献标志码:A㊀㊀文章编号:1001-893X(2021)03-0291-07 Design and Implementation of PHM for Integrated MissionSystem of Special AircraftsZHANG Hongliang(Southwest China Institute of Electronic Technology,Chengdu610036,China) Abstract:Mission system is the key factor of the capability of special aircraft.It is an important subject to study the technology of prognostics and health management(PHM).At present,the integration degree of mis-sion system is constantly improving.Considering the application scenarios of the mission system and the struc-tural characteristics of the integrated system,this paper designs and implements the hierarchical structure, basic resource elements,functional elements,comprehensive diagnosis,state strategy and fault management of PHM system.The results show that the PHM system has obvious advantages in the fault diagnosis accuracy, reducing the interval time of aircraft to launch again and shortening the ground maintenance time. Key words:special aircraft;integrated mission system;fault diagnosis;health management0㊀引㊀言目前机载综合化电子系统已经发展到第四代高度综合化阶段,装备先进性㊁复杂性大大提高,容错能力更强[1-2]㊂故障诊断及健康管理(Prognostic and Health Management,PHM)技术在未来航空领域将发挥重要作用㊂通过PHM系统设计,结合飞机起飞㊁巡航等不同场景的应用,能够有效提升任务完成率和装备可靠性㊂PHM技术将成为支撑装备实现高效保障㊁自主健康管理的最重要手段[3-4]㊂㊃192㊃第61卷第3期2021年3月电讯技术Telecommunication Engineering Vol.61,No.3 March,2021∗∗∗收稿日期:2020-06-17;修回日期:2020-12-13通信作者:anywn310@国内关于PHM技术的研究起步较晚,研究内容主要集中在概念原理㊁技术研究及局部支撑技术,尚无完整的系统投入使用,与国外存在很大差距[5]㊂在航空领域,主要围绕型号技术攻关,在机电和结构方面开展了技术研究以及部分应用,机载航空电子系统应用还处于较为初步的阶段[6]㊂目前,军用飞机装备PHM存在以下几方面问题[7]:装备设计初期PHM设计阶段考虑不足,信息感知样本少,故障模式难以通过PHM检测充分暴露;检测设备对故障的检测和隔离能力较弱,外场故障隔离主要依赖外场保障人员;装备实时健康信息㊁故障场景信息等信息不足且较为离散,无法进行综合诊断㊂综合来看,目前的军用飞机装备离实时健康监测㊁故障诊断准确定位㊁快速高效综合保障等PHM主要功能差距较大[5]㊂随着机载航空电子信息系统综合化程度不断提高,资源共用带来的系统内部交联复杂性将进一步加大故障诊断难度㊂本文针对特种飞机复杂综合化任务系统设计并实现了一种PHM系统,能实时监控系统健康状态,通过模块㊁功能等层次化的设计分析和多功能的综合故障诊断,能快速故障隔离并将故障定位至模块内部芯片,对机上系统剩余能力发挥㊁有效降低飞机再次出动执行任务的间隔时间㊁大大缩短修复时间均具有重要意义㊂1㊀PHM系统功能PHM技术在综合航空电子信息系统的主要功能包括状态监测㊁功能性能测试㊁故障诊断定位㊁故障预测以及综合保障及健康状态管理[5]㊂国外航空领域的PHM系统主要是以F-35飞机为代表的固定翼飞机PHM系统㊁直升机的健康和使用健康管理系统(Health and Usage Management System, HUMS)以及波音公司为代表的大型民用飞机的飞机健康管理(Aircraft Health Management,AHM)系统[6]㊂目前国内对军用特种飞机(电子战飞机㊁预警机等)的PHM技术研究较少㊂军用特种飞机的任务系统往往含有大量的侦察㊁雷达㊁光电㊁通信等电子设备,是特种飞机的主要任务属性以及最重要价值体现㊂任务系统往往较为独立,并具有独立的计算机与显示器[1]㊂国外某战场监视飞机的远航程任务机组成员数量超过10人[1]㊂因此,针对特种飞机任务系统开展PHM研究与设计具有重要意义㊂任务系统的PHM功能要考虑其使用场景(飞行前㊁中㊁后),通过任务系统的系统结构㊁主要功能㊁基础要素等特点切入,开展状态监测与故障数据的采集,挖掘信息进行故障诊断与定位,建立模型推断可能的故障,并以图形化的显示提供给任务机组人员;任务机组人员根据系统目前资源情况考虑功能重构以及通知地面备件准备,从而达到系统使用效能最大化,降低飞机再次出动时间以及提高效率的目的㊂2㊀PHM使用场景分析任务系统的PHM的应用主要贯穿于起飞前准备㊁巡航㊁地面处理三个环节,在爬升㊁下降㊁着陆等阶段任务系统一般不加电㊂图1为典型电子战飞机战场监视任务图[1]㊂图1㊀典型战场监视任务概图在起飞前:PHM需要对任务系统进行全面的功能㊁性能及健康检测,并给出实测以及故障预测结果,为飞机的任务规划提供重要依据㊂巡航阶段:进入巡航阶段后,PHM需要对系统功能㊁性能以及系统运行状态全面检测㊂当系统发生故障时,PHM应给出诊断结果以及故障影响的范围,并能实时提示任务机组㊂地面处理阶段:飞机抵达地面时,维修保障人员能够依据PHM给出的故障信息完成维修策略以及备件更换㊂3㊀综合化任务系统PHM设计3.1㊀综合化任务系统典型结构综合化系统一般采用模块化综合设计思路和开放式架构进行设计,对硬件资源进行分类综合和统一配置管理㊂系统资源按类别分为综合天线孔径㊁射频信道类模块㊁数字类模块,天线孔径与射频信道通过射频开关网络互连,采样类模块与数字类模块相互之间通过高速网络互连㊂图2给出了一种典型的综合化系统体系架构㊂㊃292㊃电讯技术㊀㊀㊀㊀2021年图2㊀综合化任务系统典型结构3.2㊀任务系统PHM 设计3.2.1㊀任务系统PHM 组成任务系统PHM 分为机上与地面两个部分㊂地面部分主要包括各通信㊁雷达检测仪等测试设备㊂当飞机处于地面时,使用地面PHM 设备对任务系统全部功能㊁性能进行检测,并将检测结果报送机上PHM㊂机上PHM 依据任务系统结构特点设计,具备基础资源级㊁功能级㊁系统级三层健康管理结构设计,并具备图形化显示界面,能将故障实时诊断㊁显示和报送任务机组㊂图3㊀任务系统PHM 组成3.2.2㊀PHM 层次划分任务系统PHM 采用的是机上㊁地面一体化,机上分层设计㊁逐级诊断㊁集中处理的体系结构㊂结构分层图如图4所示㊂低级别的层次为模块及网络等基础资源,依据系统资源重构特性,重点考虑模块内部及网络的资源划分㊁各类测试数据的覆盖性㊁准确性,以降低虚警率㊂中间层为功能级,搜集功能评估所需的健康数据,结合功能自身软硬件㊁模式以及闭环测试进行初级诊断,并将报告上报系统级㊂高级别层次为系统级,系统健康管理将故障结果进行关联分析㊁综合故障诊断,并以图形化方式通知任务机组㊂通过分层设计㊁逐级融合进一步提高故障诊断能力,减少虚警㊂图4㊀任务系统PHM 体系结构㊃392㊃第61卷张洪亮:特种飞机综合化任务系统PHM 设计与实现第3期3.2.3㊀基础资源健康管理设计3.2.3.1㊀模块健康管理设计模块健康管理功能主要完成模块内部健康测试及监测功能,测试点精细化至芯片㊂图5为模块健康设计原理㊂图5㊀模块健康管理原理该设计有以下能力:一是监测能力㊂对模块内部的环境变量(温度㊁湿度㊁振动等)实时监测;对模块内部芯片温度㊁供电电压㊁时钟等基础要素进行采集管理;健康设计依据系统影响结合模块内部芯片特征要素进行监测,例如数字芯片(例如CPU㊁大容量存储等)的工作状态,主频㊁使用率㊁扇区坏道等,射频芯片的功率㊁本振锁定状态㊁开关状态等㊂二是初步诊断能力以及执行策略能力㊂采用独立的微控制单元(Microcontroller Unit,MCU)作为健康管理器,对健康数据进行采集㊁分析㊁上报,对故障进行初级分析㊁诊断㊁消除虚警,及故障隔离;在系统生成状态策略时,MCU 可以完成对本模块动态部署㊁重构等动作㊂3.2.3.2㊀数据总线及交换网络健康管理设计数据总线及交换网络负责任务系统内的业务数据传输,一般分为控制网络以及数据网络㊂控制网络用于传输控制命令㊁状态参数等数据,其特点是抗干扰性㊁可靠性㊁实时性要求高,但数据量较低,网络负荷较低㊂数据网络用于传输雷达㊁光电㊁数据链等功能业务数据,其特点为数据量大,网络负荷相对较高㊂因此数据总线及交换网络的健康设计,应该考虑数据测试以及状态监测相结合的方法㊂图6为一种典型数据及控制网络健康监测原理框图㊂图6㊀监测网络原理框图㊀㊀图6中网络管理模块实时监测数据网络,中心模块实时监测控制网络的健康状态,并将网络健康信息上报系统健康管理㊂该设计具备以下能力:具备端到端的网络状态监测与数据统计,包括收发累计包㊁丢弃包㊁错误包㊁重传包等信息,综合判断任意节点在网络中的健康状态;在启动或者运行中周期实时监测与之相连的模块端口速率㊁连接状态等物理状态信息,实时监测节点网络状态;在启动㊁运行或者维护过程中运行大规模健康数据,测试网络带宽㊁速率等网络效能㊂ 3.2.3.3㊀专用健康网络设计专用健康网络用于系统对模块的健康信息采集与传输㊂大型的综合化任务系统内模块数量往往较多(几十上百),对于模块精细化健康设计后,会产生海量的数据㊂如果使用系统内业务网络进行搜集㊁传输,一方面将会给业务总线带宽㊁延时等网络资源带来巨大消耗,另一方面一旦出现网络故障也会导致故障隔离难度加大㊂在有系统设计允许的情况下,采用专用网络是解决上述问题的较好办法㊂图7为一种专用健康网络结构㊂㊃492㊃电讯技术㊀㊀㊀㊀2021年图7㊀专用健康网络结构㊀㊀该设计具备以下特点:采用多区域划分,区域划分子网方式,降低了故障诊断难度;区域中设计中心节点对子节点模块进行统一管理,包含数据搜集㊁剔除㊁打包㊁初级判断等;PHM系统级管理对区域中心节点通信即可完成区域内硬件管理㊂3.2.4㊀功能健康管理设计功能的健康管理是结合功能使用的硬件资源㊁功能软件进行功能自检㊂并开展功能闭环自检㊂功能的健康结果需要对自检及闭环自检综合诊断㊂(1)功能硬件健康功能使用的硬件资源的健康状态搜集及综合诊断,包含独用以及共用射频信道资源㊁信号处理资源等健康状态㊂(2)功能软件健康功能使用的功能软件的健康信息的搜集以及综合诊断,包含不同模式状态检测㊁软件自检状态㊁功能软件链路状态检测等㊂(3)闭环检测依据功能的正常工作模式,采用系统内部信号源闭环的方式对功能进行检测㊂具体设计方法是在屏蔽外界信号基础上,通过接收标准信号与预置信号比对,确定功能检查结果,并将检测结果报送功能健康管理㊂设计中的开关矩阵㊁变频㊁AD采样等功能所需链路均工作在正常的工作模式下,能有效隔离故障并降低虚警㊂(4)功能健康管理的初步综合诊断通过功能使用的硬件㊁软件以及系统资源的健康状态,结合功能的性能指标特性综合判断功能可用性,并给出功能当前的健康状态,分为正常㊁告警以及故障㊂通过闭环检测,可以进一步剔除虚警,并确认故障位置㊂3.2.5㊀系统健康管理设计系统健康管理主要包括综合诊断㊁功能评估㊁状态策略㊁故障管理等环节,各个环节之间交联如图3所示㊂3.2.5.1㊀综合诊断综合诊断是通过多方式进行关联诊断,将故障结果与功能故障模式关联分析确定故障位置,流程如图8所示㊂其中综合诊断的难点在于多方式故障综合㊂多方式故障综合在设计上主要分为资源分类与多方式综合诊断分析两步㊂图8㊀综合诊断流故障(1)资源分类以功能1为例对综合诊断进行说明㊂图9为功能1使用的资源,将信号处理㊁信道等资源用A㊁B㊁C 替代,网络㊁传输总线用图9中互联线表示㊂功能1使用的独用资源为A1㊁A2㊁A3,公用资源为C1㊁C2㊁C3,功能2是与功能1资源相关功能㊂系统中所有资源分类与连接以蓝图形式预置于PHM系统中㊂图9㊀资源分类(2)多方式综合诊断多方式综合诊断使用基于模型推导诊断结果,结合功能1自检及闭环自检结果㊁功能2自检及闭㊃592㊃第61卷张洪亮:特种飞机综合化任务系统PHM设计与实现第3期环自检结果,将公用资源C1㊁C2㊁C3以及独占资源A1㊁A2㊁A3进行综合故障统计与概率分析㊂通过多方式综合诊断,故障虚警率极大降低㊂图10为多方式综合诊断框图㊂图10㊀多方式综合诊断㊀㊀图10中模型推导采用基于卡尔曼滤波[9]方式对实际功能和功能模型产生残差,通过残差评价推断故障发生,将残差结果进行判别㊁分类㊁消除抖动等逻辑判断,最终给出基于模型的故障结果㊂3.2.5.2㊀功能评估功能可用状态的评估采用定性评估办法,通过构建功能与链路上每个资源状态的映射关系,基于综合故障诊断结果㊁当前功能与资源链路的配置关系,评估功能的可用状态㊂3.2.5.3㊀状态策略系统依据功能评估的结果,结合当前任务规划情况对生成该功能的状态策略,包括降级㊁停止㊁重构等策略,并提交显示控制,提醒操作员是否执行该策略㊂3.2.5.4㊀故障管理主要包括故障触发以及过滤㊁信息记录与分析㊂建立统一的故障触发及过滤策略,当故障达到定义的门限时,触发错误报告㊂对全系统的健康数据㊁故障日志㊁工作日志㊁系统运行状态等实时记录,供事后数据回放与分析㊂3.2.5.5㊀系统健康实时显示与控制通过主动方式对全系统运行及健康状态实时监测,并以图形化实时显示,对于出现的故障可以实时提示㊂4㊀典型应用及效果分析4.1㊀典型应用(1)起飞前通过PHM 系统地面检测设备㊁机上PHM 对任务系统进行全面功能㊁性能及健康检测,并给出检测以及故障预测诊断结果,为飞机的任务规划提供重要依据㊂(2)巡航阶段在任务系统启动工作时,PHM 通过加电检测㊁闭环检测等方式,对系统功能㊁性能以及系统运行状态全面检测,并给出健康检测以及故障诊断结果㊂在任务系统开始任务执行时,PHM 对系统进行实时运行状态监测㊁健康监测㊁综合故障诊断㊁实时数据记录等㊂当系统发生故障时,PHM 给出综合诊断结果以及故障影响的范围,记录故障,并将该结果以图形化方式实时提示任务机组㊂任务机组依据故障诊断结果,结合本次任务,确认功能重构等策略,将当前的系统剩余能力发挥至最大;并同时将故障信息以及需要准备的备件通过数据链通知地面维修保障人员,地面保障人员依据故障信息,提前构建维修策略㊂(3)地面处理阶段飞机抵达地面时,维修保障人员依据PHM 提供的故障信息完成备件准备,通过更换备件,有效降㊃692㊃电讯技术㊀㊀㊀㊀2021年低飞机再次出动执行任务时间间隔㊂同时,维修保障人员依据故障诊断结果(如图11所示)开展故障件维修,降低故障件维修时间㊂图11㊀模块典型故障提示信息4.2㊀效果分析(1)起飞前效果分析依据检测及故障诊断结果,对已发生或者可能发生故障预警,能有效减少因故障引发的飞机返航㊂(2)巡航阶段效果分析对于机上故障,PHM 给出功能评估以及故障策略,任务机组可以依据功能评估结果确认是否可用,依据故障策略确认功能重构或者返航,将当前系统剩余能力发挥至最大㊂(3)地面更换备件由于飞机抵达地面前,保障人员已经依据故障将备件准备好,因此以往设计中地面检测㊁维修㊁更换等数天的工作流程直接被压缩至数小时乃至1h内,飞机再次出动执行任务时间大大降低㊂(4)地面维修由于机上PHM 已经将故障信息隔离至芯片,因此地面检测㊁维修设备的时间也大大降低㊂以往设计中地面排查㊁检测㊁维修等数周的工作流程,可能被压缩至数天乃至1天内,维修设备时间大大降低㊂5㊀结㊀论机载电子信息系统的综合化㊁一体化设计越来越成熟,机载电子信息系统在作战中的效益越突出㊂通过研究特种飞机的综合化体系的特点,设计一体化的PHM 系统是解决复杂电子信息系统健康管理设计的重要思路㊂㊀㊀本文设计的PHM 系统具备层次化体系结构㊁完善的基础资源管理㊁多方式故障综合诊断能力,以及统一可视化实时监测界面,使得PHM 系统具备故障诊断准确㊁机上故障处理及时㊁地面维修高效等特点,为复杂综合化电子信息系统的健康管理设计提供了参考㊂参考文献:[1]㊀MOIR I,SEABRIDGE itary avionics system[M].New Jersey:John Wiley&Sons Ltd.,2006.[2]㊀霍曼,邓中卫.国外军用飞机航空电子系统发展趋势[J].航空电子技术,2004,35(4):5-10.[3]㊀TSUI K L,CHEN N,ZHOU Q,et al.Prognostics and healthmanagement:a review on data driven approaches[J].Math-ematical Problems in Engineering,2015(6):1-17.[4]㊀ESTEVES M A M,NUNES E M P.Prognostics healthmanagement:perspectives in engineering systems relia-bility prognostics[EB /OL].[2020-07-20].https:// /download /pdf /55639152.pdf.[5]㊀卢海涛,王自力.综合航空电子系统故障诊断与健康管理技术发展[J].电光与控制,2015,22(8):60-65.[6]㊀吕琛,马剑.PHM 技术国内外发展情况综述[J].计算机测量与控制,2016,24(9):1-4.[7]㊀景博,徐光跃,黄以锋.军用飞机PHM 技术进展分析及问题研究[J].电子测量与仪器学报,2017,31(2):161-169.[8]㊀黄鹤,卢海涛.综合化航空电子系统PHM 应用与设计[J].电讯技术,2014,54(3):246-250.[9]㊀BYUN Y S,KIM B H,JEONG R G.Sensor fault detec-tion and signal restoration in intelligent vehicles [J].Sensors,2019,19(15):1-20.作者简介:张洪亮㊀男,1984年生于山东蓬莱,2008年获学士学位,现为工程师,主要从事航空电子综合传感器系统设计㊂㊃792㊃第61卷张洪亮:特种飞机综合化任务系统PHM 设计与实现第3期。

PHM技术在综合航空电子系统中的应用

PHM技术在综合航空电子系统中的应用作者：孙粉妮来源：《中国科技博览》2019年第02期[摘要]PHM技术不是当今时代一项全新的技术或者概念。

PHM是一项独立的可检测、可检查的系统技术，之所以会有这项技术主要是因为航空电子系统的发展在不断壮大，同样这也会是今后综合航空电子系统领域的一项重要技术。

目前，PHM技术已经成为我国军事航空领域主要研究的技术，它对综合电子系统的发展有着很重要的影响因素及意义。

[关键词]PHM 技术；综合航空；电子系统中图分类号：G623.58 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）02-0151-01目前，我国的军事科技的不断发展壮大，制空权对军事科技的影响也因此越来越大，世界各国都将会对军事航空领域加大投资力度。

当今的军事局格局正处于一个非常严峻的时刻，军事的发展离不开科学与技术，同样，航空中电子系统的应用也起到了非常重要的作用，一个细小的零件都可能会影响全局。

从综合航空电子系统方面来看，PHM是对其最具有影响的一项技术。

近几年，航空领域在军事安全方面以及经济效益方面的发展都离不开PHM技术的支持。

所以，我们必须要将PHK技术广泛地应用到航空电子系统中去。

一、 PHM 技术的概述、应用领域以及现状1.1 PHM 技术的简介Fault Prediction and Health Management 是PHM技术的全称，即故障预测与健康管理。

它主要应用在一些战斗机或者其他飞行机上，除此之外，还会应用到一些核电站以及大型水坝上。

PHM技术的主要包括两大功能，即故障预测和健康管理。

下面我们分别来介绍一下这两项功能，故障预测的功能是起到警报的作用，它可以对系统部件进行检测和预测，对可能遇到的问题进行预测或者预计系统的正常工作时间；健康管理则是针对这些问题，依据PHM技术所提供的资料制定出恰当的治理方法。

1.2 PHM技术的应用情况PHM系统一般应具备故障检测、故障隔离、增强的诊断、性能检测、故障预测、健康管理、部件寿命追踪等能力，通过联合分布式信息系统与自主保障系统交联。

航空装备领域中故障预测与健康管理技术的应用分析

航空装备领域中故障预测与健康管理技术的应用分析作者：张栋善来源：《山东工业技术》2016年第10期摘要：故障预测与健康管理（PHM）技术旨在于维护和保障航空机电产品及其系统的安全性、可靠性和经济性能，目前在航空装备领域中得到了广泛运用。

基于此研究背景，本文主要阐述了PHM技术的基本内涵，细述了PHM技术实现故障预测健康管理的方法，并结合当前PHM技术在我国航空装备领域中的应用现状分析其存在的不足之处，就解决方案进行了探讨，以供业内人士交流探讨之用。

关键词：航空装备；故障预测；健康管理；诊断DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.10.233较之于传统的故障诊断技术，故障预测与健康管理（Prognostic and Health Management，PHM）技术是一种更为高级的故障预测、诊断技术，且其中涵盖了健康管理理念，是于电子技术推动和发展需求的前提下而诞生的一种电子系统。

将其应用于系统或设备监控和预测，对于降低使用及保障费用，保障设备及系统的完好性，提高任务成功率具有积极效用。

1 PHM技术概述PHM是传统监控与故障诊断技术的一种发展形态，它将机内测试功能和状态监控能力予以拓展，并旨在通过预测能力将技术要素转变为系统或设备的健康管理，由此实现及时预测故障发生，及时进行维修，以最大限度保障系统装备功能性和安全性。

因此，PHM技术包含两方面内容。

其一为预测，是一种结合系统历史性能资料数据，分析系统当前工作状态，并以此为依据诊断系统未来工作性能的一种识别能力；其二为健康管理，即根据预测信息作出是否维修决策的一种能力。

可见，PHM技术实质上是一种测试方法的转变，由传统的外部测试发展成为机内测试，经由传感器诊断转变为智能系统预测。

而随着智能技术的发展，综合诊断理念的运用，PHM技术体系也愈加完善。

2 航空装备领域中PHM技术的应用现状分析（1）简析PHM技术实现故障预测健康管理的方法。

2023年PHM系统行业市场调研报告

2023年PHM系统行业市场调研报告PHM系统是指预测性保养和健康监测系统。

它可以根据装置的使用情况和装置部件的健康状态提前发现潜在的故障和问题，并进行维修和保养，以提高装置的可靠性和性能。

PHM系统在航空、能源、制造业等领域得到广泛应用，随着技术的不断进步，它在未来的市场前景也很广阔。

本文将对PHM系统进行市场调研。

一、航空领域对于航空公司而言，飞机停飞时间是巨大的财务成本，而PHM系统可以帮助航空公司在飞机没有停飞时进行维修和保养，从而减少停飞时间，提高飞机的飞行时间，降低维修和保养成本。

目前，PHM系统已经在几乎所有主流飞机制造商，包括波音、空中客车和庞巴迪等公司的飞机上得到了应用。

而且，随着航空业的发展，PHM市场前景也非常广阔。

二、能源领域能源领域是一个巨大的市场，PHM系统可以帮助能源公司掌握发电设备的健康状况，及时进行维修和保养，延长设备的寿命，提高设备的效率，减少维修和保养成本。

随着能源需求的增加，PHM系统在能源领域的应用也会越来越广泛。

三、制造业在制造业中，PHM系统可以为制造商提供实时的装置健康状态信息，帮助制造商及时管理生产线的维修和保养，减少生产停机时间，提高生产效率。

目前，PHM系统在汽车、铁路和海洋工业等领域得到了应用，未来在制造业中的应用也将会有很大的市场潜力。

四、市场前景PHM市场未来的前景很广阔。

根据市场研究公司的预测，到2023年PHM市场的规模将达到337亿美元，年复合增长率为27.5%。

航空和能源领域将是最大的应用领域，制造业和汽车行业也将是潜力市场。

总体来说，PHM系统市场前景非常广阔，随着技术的不断发展和需求的增加，PHM 系统将得到更广泛的应用。

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中图分类号：ＴＪ０３文献标志码：Ａ
ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＰＨＭＴｅｃｈｎｉｃｉｎＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＡｖｉｏｎｉｃｓＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＳｙｓｔｅｍ
兵工自动化
Ｏｒｄｎｍａｔｉｏｎ
２Ｏ１３．０４
３２（４）
ｄｏｉ：１０．７６９０／ｂｇｚｄｈ．２０１３．０４．０２１
ＰＨＭ技术在综合航空电子系统中的应用
０引言
综合航空电子（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄａｖｉｏｎｉｃｓ，ＩＡ）系统是
可维护性和经济可承受性目标的支撑技术［３】。故障预测，即预计性诊断部件或系统完成其功能的状态，包括确定部件的残余寿命或正常工作的时间长度；健康管理是指根据诊断／预测信息、可用资源和使用需求对维修活动做出适当决策的能力。ＰＨＭ技术的
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，ａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙ，ａｎｄｌｉｆｅｃｙｃｌｅｅｃｏｎｏｍｙｒｅｃｅｐｔｉｖｉｔｙ，ｐｒｏｇｎｏｓｔｉｃｓａｎｄｈｅａｌｔｈ
肋ＭｉｎｇｈｕｉＸｕＡｉｑｉａｎｇ．ＤａｉＨａｏｍｉｎ
（ＮａｖａｌＡｅｒｏｎａｕｔｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｙａｎｔａｉ２６４００１，Ｃｈｉｎａ）
的综合航电ＰＨＭ系统的框架结构，从可预测性设计、故障预测技术和健康管理技术３个方面，阐述构建综合航电
ＰＨＭ系统的支撑技术。该研究对综合航电ＰＨＭ系统的应用和开发具有重要意义。关键词：ＰＨＭ；综合航电系统；可预测性；故障预测；健康管理
ＰＨＭｓｙｓｔｅｍｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ａｎｄｔｈｅｎ，ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅＯＳＡ— ＣＢＭ，ｔｈｅｓｙｓｔｅｍａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅＰＨＭｓｙｓｔｅｍｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄｆｏｒｉｎｔｅｇｒａｔｅｄａｖｉｏｎｉｃｓｓｙｓｔｅｍ．Ａｔｌａｓｔ，ｔｈｅｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｂｕｉｌｄｉｎｇｔｈｅＰＨＭｓｙｓｔｅｍｏｒｆｉｎｔｅｇｒａｔｅｄａｖｉｏｎｉｃｓｗｅｒｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄ，ｆｒｏｍｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｐｒｏｇｎｏｓｔｉｃｃａｐａｂｉｌｉｔｙｄｅｓｉｇｎ，ｆａｕｌｔｐｒｏｇｎｏｓｔｉｃｓａｎｄｈｅａｌｔｈｍａｎａｇｅｍｅｎｔ．ＴｈｅｐａｐｅｒｈａｓｉｍｐｏｒｔａｎｔｓｉｇｎｉｉｆｃａｎｃｅｆｏｒａｐｐｌｙｉｎｇａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇａＰＨＭｓｙｓｔｅｍｏｒｆｔｈｅｉｎｔｅｇｒａｔｅｄａｖｉｏｎｉｃｓ．
吴明辉，许爱强，戴豪民
（海军航空工程学院，山东烟台２６４０００１）
摘要：为了提高综合航空电子的可靠性、可用性以及寿命周期内的经济可承受性，将故障预测与健康管理（ｐｒｏｇｎｏｓｔｉｃｓａｎｄｈｅａｌｔｈｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，ＰＨＭ）技术应用到该系统中。分析ＰＨＭ技术的目标和优势，构建基于ＯＳＡ— ＣＢＭ
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＰＭＭ；ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄａｖｉｏｎｉｃｓｓｙｓｔｅｍ；ｐｒｏｇｎｏｓｔｉｃｃａｐａｂｉｌｉｔｙ；ｆａｕｌｔｐｒｏｇｎｏｓｔｉｃｓ；ｈｅａｌｔｈｍａｎａｇｅｍｅｎｔ
ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ（ＰＨＭ）ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｗａｓａｐｐｌｉｅｄｔｏｔｈｅｉｎｔｅｇｒａｔｅｄａｖｉｏｎｉｃｓｓｙｓｔｅｍ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅｏｂｊｅｃｔｉｖｅｓａｎｄａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆ