預(yù)測(cè)與健康管理（PHM）技術(shù)
隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，武器裝備的集成度、復(fù)雜度及智能化程度急劇增加，傳統(tǒng)的故障診斷、維修保障技術(shù)逐漸難以適應(yīng)新的要求。為了滿(mǎn)足信息化戰(zhàn)爭(zhēng)對(duì)武器裝備作戰(zhàn)快捷、可靠、精準(zhǔn)的要求，在上世紀(jì)末PHM（Prognostics and Health Management）技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，并迅速得到了以美國(guó)為代表的西方各軍事強(qiáng)國(guó)的高度重視，當(dāng)前該技術(shù)已被視為提高系統(tǒng)“六性”和降低全壽命周期費(fèi)用的關(guān)鍵技術(shù)。    PHM是指利用傳感器采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息，借助于信息技術(shù)、人工智能推理算法來(lái)監(jiān)控、管理與評(píng)估系統(tǒng)自身的健康狀態(tài)，在系統(tǒng)發(fā)生故障之前對(duì)其故障進(jìn)行預(yù)測(cè)，并結(jié)合現(xiàn)有的資源信息提供一系列的維護(hù)保障建議或決策，它是一種集故障檢測(cè)、隔離、健康預(yù)測(cè)與評(píng)估及維護(hù)決策于一身的綜合技術(shù)。相較于傳統(tǒng)的故障后維修或定期檢修這類(lèi)基于當(dāng)前健康狀態(tài)的故障檢測(cè)與診斷，PHM是對(duì)未來(lái)健康狀態(tài)的預(yù)測(cè)，變被動(dòng)式的維修活動(dòng)為先導(dǎo)性的維護(hù)保障活動(dòng)，大大提高了裝備的戰(zhàn)備完好性。當(dāng)前PHM技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代武器裝備實(shí)現(xiàn)自主式后勤、降低全壽命周期費(fèi)用的關(guān)鍵技術(shù)。    PHM系統(tǒng)常見(jiàn)功能如上圖所示，系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中涉及到的關(guān)鍵技術(shù)一般有下面幾個(gè)方面：  1、傳感器數(shù)據(jù)采集  傳感器作為最底層的數(shù)據(jù)獲取元素，感受被測(cè)對(duì)象的相應(yīng)參數(shù)（振動(dòng)、溫度、光強(qiáng)、電壓等）變化，并將測(cè)到的物理量按照一定轉(zhuǎn)換規(guī)則轉(zhuǎn)換為便于后續(xù)傳輸與處理的電信號(hào)，其直接關(guān)系到故障診斷、故障預(yù)測(cè)的有效性，而傳感器種類(lèi)的選取、傳感器的優(yōu)化布局等關(guān)鍵技術(shù)也越來(lái)越受到關(guān)注。  2、數(shù)據(jù)處理及特征提取  通常PHM系統(tǒng)不會(huì)將傳感器采集到的數(shù)據(jù)直接用于故障的診斷和預(yù)測(cè)，而是經(jīng)過(guò)一系列的預(yù)處理、特征提取、同類(lèi)或異類(lèi)數(shù)據(jù)的信息融合等處理之后加以判斷。隨著人工智能、大數(shù)據(jù)等新興技術(shù)的不斷興起，運(yùn)用這些技術(shù)的數(shù)據(jù)處理、特征提取技術(shù)也成為當(dāng)前研究的一大熱點(diǎn)。  3、健康評(píng)估與故障預(yù)測(cè)  健康評(píng)估與故障預(yù)測(cè)就是基于數(shù)據(jù)處理、特征提取的結(jié)果運(yùn)用失效模型、智能的推理算法評(píng)估系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，預(yù)測(cè)系統(tǒng)發(fā)生故障的部位、時(shí)間及使用壽命，并給出合理的維修保障建議。失效模型的建立一般有兩種方式：一種是基于失效物理的方法，從材料的組成、變化及系統(tǒng)各部分之間的相互影響進(jìn)行分析，需要非常完善的相關(guān)基礎(chǔ)理論，這在當(dāng)前是很難實(shí)現(xiàn)的，所以一般采用這種方式建立的失效模型精度不高，導(dǎo)致健康評(píng)估與故障預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確度不高；另一種方式是基于大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的建模，在當(dāng)前大數(shù)據(jù)熱潮背景下得到了一定的發(fā)展，具有比較大的潛在研究?jī)r(jià)值。智能推理是運(yùn)用各種先進(jìn)的分析、預(yù)測(cè)算法及失效模型，評(píng)估系統(tǒng)狀態(tài)，預(yù)測(cè)系統(tǒng)健康狀況的變化趨勢(shì)。  4、信息資源管理與決策  PHM系統(tǒng)運(yùn)用系統(tǒng)健康狀況趨勢(shì)信息、歷史狀態(tài)信息、任務(wù)信息等，結(jié)合當(dāng)前的維修、維護(hù)、保養(yǎng)資源及成本，決策得到系統(tǒng)的維修保障方案，便傳統(tǒng)被動(dòng)的事后維修或周期性檢修為主動(dòng)的針對(duì)性維護(hù)，可以輔助后勤保障系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，改善效率的同時(shí)降低了成本。  5、PHM驗(yàn)證技術(shù)  PHM驗(yàn)證是確認(rèn)設(shè)計(jì)結(jié)果是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，從而對(duì)完善設(shè)計(jì)提出反饋，是設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)成熟化、部署應(yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。  目前，以美國(guó)為代表的各軍事強(qiáng)國(guó)的PHM技術(shù)覆蓋了航天器、戰(zhàn)機(jī)、艦船等各類(lèi)先進(jìn)武器裝備，如下表所示。      其中，PHM技術(shù)在F-35戰(zhàn)斗機(jī)上的應(yīng)用最為典型，下圖是F-35戰(zhàn)斗機(jī)PHM系統(tǒng)工作流程：首先機(jī)載PHM系統(tǒng)在組件、分系統(tǒng)、系統(tǒng)三個(gè)層次對(duì)采集的信息進(jìn)行處理，并傳輸?shù)降孛鍼HM系統(tǒng)進(jìn)行維修分析，決定是否需要以及何時(shí)需要維修，最終經(jīng)過(guò)任務(wù)的規(guī)劃與資源管理后執(zhí)行維修工作。根據(jù)美軍的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，F(xiàn)-35戰(zhàn)斗機(jī)采用PHM技術(shù)后故障不可復(fù)現(xiàn)率降低82%，維修人力減少20%~40%，后勤規(guī)模減少50%，出動(dòng)架次率提高25%，飛機(jī)的使用與保障費(fèi)用比過(guò)去機(jī)種減少50%，使用壽命達(dá)8000飛行小時(shí)。