广东鸿图南通压铸有限公司226300
摘要：故障预测与健康管理系统是一种新型的维修保障系统，是实现售后自助保障的重要构成部分，它可以从根本上降低维修成本，提高复杂装备的完好性；本文主要介绍了故障预测技术的含义、国内ＰＨＭ技术发展现状、研究的关键内容以及健康管理系统基本构成及关键技术探讨。
关键词：故障预测与健康管理；状态监控
一、故障预测与健康管理技术
故障预测与健康管理技术简称：PHM，此技术作为实现武器设备基本状态的维修、自主式保护、感知与响应售后等新理念、新方案的主要技术，在美英等国受到高度重视和推广应用。PHM系统已经成为现代飞机、轮船和汽车等领域在管理方面不可或缺的重要组成部分。它包含两层含义，一是故障预测，即事先诊断零件的质量和系统功能状态是否完好，确保部件能够在期限内正常运行；二是健康管理，就是根据诊断结果、可用资源和使用要求对产品维修做出合适决策的能力。事实上，PHM技术已经在机械制造领域中广泛运用，比如核电站装备、制动系统、发动机、传动设备等。而将PHM技术用在电子产品领域则是近几年才流行起来的，也成为国外科技研发机构重要研发项目之一。当前国外对电子产品PHM技术的研发主要用在军用电子产品，主要包括两方面内容：一是产品使用周期原位监测中的传感体系与传感技术，二是剩余寿命预测的故障判断模型与计算。前者主要研发无线小型传感器，为了替换尺寸过大且必须有线传输数据的老式传感器。后者则主要研究各类不同型号的诊断模型与计算，为军用电子产品故障诊断能力提供科学依据。
二、国内ＰＨＭ技术发展现状
1、基础理论
我国在ＰＨＭ技术与基础理论与方法研究方面涉及较晚，对此技术的研究相对薄弱。“十一五”以来，国内相关部门主要在航空航天装备方面研发了一系列的ＰＨＭ系统设计研究工作，并结合实际情况，边研究边取证、逐渐完善、双向并行，取得了不错的成果。目前，已成功设立了一套典型机电、电子、结构类产品的健康体现、健康度量与演变规律挖掘的方法系统，形成了有关方面的诊断与预测模型设计方法。ＰＨＭ基础验证方面，“十二五”期间研发了一套ＰＨＭ系统验证与评价、试验验证体系设计等技术方法，并形成了有关演示系统与辅助设备。
2、工程技术
结合装备使用和维修保养状况，我国在航空、航天、轮船、国防等领域也正在研发相关技术研究工作。在ＰＨＭ需求分析与系统能力方面，从物理构造、综合判断、信息加工以及功能结构等方面进行了ＰＨＭ系统结构与集成的初始探讨；与此同时，也对ＰＨＭ系统参数指标体系、标准规范等进行了分析。在上述研究过程中，研发了对应的结构健康管理智能传感器、结构健康管理集成检测平台、机电ＰＨＭ原型体系与案例库、系统测试性设计分析设备、嵌入式智能检测原型系统，以帮助开展ＰＨＭ系统设计。
3、工程应用
我国在ＰＨＭ系统工程应用方面，已远落后于国外发达国家先进水平，当前ＰＨＭ技术还没有开展全面工程转化应用。在航空领域，通过型号技术攻关，根据飞控动作器系统、旋转作动器驱动设备、液压能源系体系、附件机匣、供电体系、航电处理机、金属／复合材料机体构架等进行了测试性设计与验证、诊断与性能状态预测等技术研究及有关验证。在航天领域，目前卫星电源系统大多采用太阳电池阵、蓄电池与控制器的在线状态监测、性能状态预测、运行管理与寿命延长等；载人航天也根据部分主要系统设立了状态监测与故障防错控制。在轮船领域，根据主机与辅机系统主要设备（柴油机、泵类机械、调距桨设备、舰面系统等），主要进行状态监测、故障判断、运行与辅助维修决策等技术应用。在国防领域，根据发射车进行了网络环境下的车载状态监测与辅助维修管理、监测中心加强诊断、任务与维修辅助决策工程应用。
三、复杂装备PHM工艺相关理论和技术探讨
1、复杂装备PHM工艺分析。当前的复杂装备故障诊断缺少实际的科学依据做支撑，技术方面没有办法共享等问题，通过分析复杂装备的特征并对传统故障诊断模式进行判断，获得一种面向服务的PHM技术类型。对系统服务模式和特点进行研究，复杂装备PHM系统的关键技术是预先预测系统中可能出现的故障，然后进行数据分析，判断可能出现的故障类型和故障原因，目前系统的健康状况等，是对复杂装备重点分析和诊断的先进性技术。
2、对故障诊断技术分析。PHM的关键就是故障诊断，现在的一些机械设备不像之前那么简单，而是逐渐复杂化和精密化，面对这些精密装备，如果采用传统的故障排除方法很难找到其根本原因，还可能因此造成更严重的事故，因此对设备进行故障预测和诊断就显得尤为重要，故障诊断的方法也有很多种，比如HMM故障诊断，它是在故障的基础上将系统状态再次分类，包括轻微故障、中等故障、严重故障等，可以更加精确的反映出系统的现有状态；还有一种就是LPP故障仿真测算方法，但这种方法需要HMM故障诊断作为基础，两者结合可以使故障诊断率更加精准，也是目前较常用的一种故障诊断方法。
3、时间顺序动态评估技术分析。故障预测是机械设备运行的保障，传统故障预测与诊断是在设备静止的状态下完成的，对设备故障判断也停留在静止状态阶段，现在的故障诊断预测技术更多的是在设备运行时对设备状态进行预测和判断，能更加准确的判断出故障的精确性，不光是对于复杂装备，我国很多机械设备的故障诊断也都又传统的静态预测转向动态预测，动态预测又分为不同时间阶段，它是按照时间顺序进行预测的，比如把一天分为几个阶段，用故障诊断预测判断每个阶段的设备运行状态，实验证明，动态故障预测比静态故障预测的效率更高，动态监测可以发现早期不易发现的故障，而且精确度高，不至于故障来临时无计可施，大大提高了设备的工作效率。
4、故障知识管理技术。PHM主要就是对系统进行故障预测与健康管理，现阶段的故障知识管理系统还不成熟，资源共享率不高，应该建立专门的故障诊断知识管理平台，更好的利用网络实现资源共享。
四、PHM系统关键技术
PHM系统工作原理是利用传感器技术或机内测试技术，收集监测目标的有关信息数据，判断检测对象的工作状态，并且根据现有信息数据，运用智能推理计算或模型，提出科学的维修保障意见，预测被测对象的寿命期限。
1、传感器及数据采集技术
传感器及数据采集是故障诊断及预测的关键要素，其功能是收集被测对象相应参数（如温度、压力、速度、振动等）的变化并根据一定规律将其转换为方便传输和后续处理的电信号。传感器作为最关键的资源元素直接关系着诊断及预测算法的有效性，对传感器进行合理安装并优化设计越来越受到人们的重视。
2、数据加工及特征参数提取技术
一般来说，PHM系统设计时会将所采集的数据进行适当处理后再用于故障诊断和预测，提炼出其中的有效信息，其数据加工过程通常包括信号预处理、特点提取、信息集成等。
3、状态监测与健康评估技术
状态监测与健康评估技术是利用不同技术进行分析、预测计算或推理模型，检测系统的运行状况，判断其运行是否正常，当故障发生时可以快速找到故障发生的位置并采取补救措施，预测监测对象的健康状况，预测故障可能发生的时间等。
结语
随着信息技术的进步，PHM系统技术未来的发展会以智能化、服务化、便捷化、知识化的趋势发展，PHM系统将成为企业设备维护与管理的重要系统，为企业发展提供更加优质的服务。
参考文献
[1]上海航空测控技术研究所.航空故障诊断与健康管理技术[M].北京：航空工业出版社，2013.
[2]詹景坤，陈灿辉，曹霄辉，代京，彭小波.我国航天器预测与健康管理（PHM）技术研究与启示[C].第二十四届测试与故障诊断技术研讨会，2015.