民用飞机健康管理技术研究_曹全新

民用飞机健康管理1面临的问题飞机健康管理研究的对象是飞机。

飞机是一个典型的复杂系统，决定了相应的健康管理系统的复杂性，具体表达在飞机一般由飞机机体、飞机机械系统、飞机推进系统、飞行控制系统、飞机电子电气系统等功能相对独立的的子系统组成，每一个子系统又由假设干单元、部件、组件、器件等组成。

随着飞机的功能和性能变得更加完善和强大，相应的组成也变得更加复杂，对其平安性的要求也变的更高。

要实现健康管理所需关注的对象众多，有关飞机健康的各种信号信息复杂多样，有连续的、离散的，有动态的、静态的，需要采用的监测方法多样，相应的诊断预测方法也各异，所以在飞机健康管理系统设计上，需要考虑多种问题：〔1〕飞机健康管理系统应怎样搭建、采用怎样的系统结构。

飞机健康管理技术是一项新兴的技术，具体的技术路线还在摸索中，尚未出现一套很好的系统方法指导健康管理系统的搭建和研究。

在系统框架结构方面比较有指导意义的是具有7层功能划分OSA-CBM体系结构【2】。

OSA-CBM将健康管理系统分为数据采集层、数据表达层、状态监测层、健康评估层、故障预测层、决策支持层、表达层，层与层之间有交互的数据流和命令流，并且定义了层与层之间交互的接口方式，作为一个开放系统框架，为系统的对象和功能的扩展留有接口。

〔2〕怎样划分机载系统和地面系统的功能。

飞机作为特殊的运载工具要求机载设备的重量尽量轻，体积尽量小，这就使机载设备的处理能力、存储能力等受到限制。

针对系统功能健康管理系统在空间上必然分为机载与地面两个局部，如何合理划分机载系统与地面系统的功能分配，也是健康管理系统研究工作的一局部。

〔3〕如何获取更多、更有效的数据。

现在飞机的航空电子网络，虽然使用了AFDX总线，其传输带宽较之前的飞机有了很大改善，但需要为所有的机载系统提供数据传输功能，留给健康管理的带宽并不充足。

另外，飞机在空中时只能使用ACARS链路实现健康管理数据的传输，而ACARS本身带宽很小，只能传输少量的报文，所以为了更有效地完成健康管理的功能，需要在数据采集时选取有效的特征参数，同时在飞机上做好数据处理以及故障检测工作，将检测结果通过ACARS发送到地面，用于地面快速应对。

版本：V1.0密级：内部飞行器健康管理技术研究现状调研报告研究生：钱朋朋空间自动化技术研究中心中国科学院沈阳自动化研究所2010-12-17目录一、综合飞行器健康管理技术 (4)1.1 技术背景与发展现状 (4)1.2 IVHM系统的结构及功能 (5)1.3 IVHM技术研究的难点和关键技术 (9)二、故障预测与健康管理技术 (11)2.1 PHM技术的发展历程及应用现状 (11)2.2 PHM系统的结构、功能及关键技术 (13)三、国内外主要研究单位 (15)3.1 国外主要研究单位 (15)3.2 国内主要研究单位 (16)四、其他 (16)4.1 有关学术组织简介 (16)4.2 有关学术会议简介 (177)4.3 有关学术期刊 (199)4.4 有关学术论坛 (199)五、结语 (199)摘要健康管理技术是继故障诊断技术之后的又一项重要技术，是先进传感技术、通信技术同人工智能技术的高度综合，以故障检测、隔离和重构为基础，注入了当前先进的网络技术、信息技术和推理技术。

在国民经济的不同行业中，尤其在航空、航天等高新技术领域，有着举足轻重的作用。

飞行器健康管理技术的主要功能是了解、修复飞行器及其元部件故障。

近些年来，在飞机、无人机、航天器等飞行器中得到了广泛应用。

健康管理技术的两种典型代表是NASA、波音、霍尼韦尔等研究单位提出的综合飞行器健康管理技术（Integrated Vehicle Health Management，IVHM）和洛克希德·马丁公司在联合攻击战斗机（Joint Striker Fighter，JSF）项目中提出的故障预测与健康管理技术（Prognostics and Health Management，PHM），其中综合飞行器健康管理技术（IVHM）是在故障预测与健康管理技术（PHM）的基础上，加上地面的联合分布式信息系统（Joint Distribute Information System，JDIS）而形成的。

飞机综合健康管理系统的应用与发展李兴旺;汪慧云;沈勇;贺轶斐【摘要】飞机综合健康管理技术的应用对于提高飞机的安全性、维护性、降低运营成本等具有重要意义;通过对相关文献的整理,归纳和总结了飞机综合健康管理系统的含义,梳理了飞机综合健康管理系统发展过程,并以综合健康管理系统在B787、A380以及F-35飞机的应用为典型案例,从系统架构、功能组成等方面详细阐述了综合健康管理系统在民用和军用飞机上的最新应用,最后对飞机综合健康管理系统的发展趋势进行了探讨和展望;希望通过文章能够使读者对飞机综合健康管理技术的发展历程、最新技术水平以及未来发展方向有更加详尽的了解,对我国开展相关技术领域的研究提供有力的帮助.【期刊名称】《计算机测量与控制》【年(卷),期】2015(023)004【总页数】5页(P1069-1072,1079)【关键词】故障诊断;健康管理;维护;IVHMS;CMS;ACMS【作者】李兴旺;汪慧云;沈勇;贺轶斐【作者单位】故障诊断与健康管理技术航空科技重点实验室,上海201601;上海航空测控技术研究所,上海201601;故障诊断与健康管理技术航空科技重点实验室,上海201601;上海航空测控技术研究所,上海201601;故障诊断与健康管理技术航空科技重点实验室,上海201601;上海航空测控技术研究所,上海201601;陆航驻上海地区军代室,上海 201601【正文语种】中文【中图分类】TP206.30 引言随着航空装备的不断发展，飞机的安全性、可靠性以及维修保障性等方面成为航空技术发展必须面对的问题。

美国联邦航空局（FAA）和国家运输安全委员会（NTSB）的统计数据表明，全世界过去十几年的飞行事故中，24%是由飞行器子系统和部件的故障引起，26%是由飞行失控引起，其中硬件和系统故障是引起飞行失控的主要原因［1］。

商用飞机的经验也表明，几乎飞机生命周期内95%的成本都是维护维修所耗费的。

为提高飞行器可靠性、维修性、安全性和保障性，降低使用与保障费用，在航天领域，20世纪70年代美国国家航空航天局（NASA）就提出了飞行器综合健康管理技术（integrated vehicle health management，IVHM）［2］。

1 健康管理概念健康管理是由NA SA提出的一项关于航空航天飞行器安全飞行计划,通过将飞行器的各类传感器信号采集和处理,故障诊断预测功能以及后端的地面后勤保障决策执行的整个流程集成为一个综合的系统进行统一管理,从而实现故障监测、诊断预测以及后勤维护决策的高度智能化与自动化[1]。

飞机通过集成健康管理功能可提高其安全性、可靠性及运营经济性;并且实现视情维护(Condition-based Maintenance),提高民航客机的派遣率。

2 发展历程健康管理概念由其前身“故障自检测(BIT)”及“健康监测系统(Health Monitoring)”发展至今大致经历了以下三个阶段。

2.1模拟信号BIT阶段20世纪50至70年代受到技术条件限制,飞机系统以及部件自身的故障诊断能力并不完善。

飞行员在决定是否放飞前,需要通过驾驶舱内的开关进行相对简单的安全性检测。

通过按下驾驶舱的测试开关,飞机可为系统部件提供电流信号于其内部进行通电测试。

设备上电测试时通过检测电流是否连续,系统能够自动地判断设备功能是否完好,随后于驾驶舱内通过红色告警或绿色放行灯予以状态显示[2]。

2.2健康监测阶段随着信息技术与计算科学的发展,20世纪80年代后发动机指示告警系统(Engine Indicating and Crew Alerting System, EICAS)及中央维护计算机(Central Main-tenance Computer,CMC)的应用标志着民用航空工业进入了健康监测时代。

与BIT阶段最大的不同在于,除基本的通电自检测外,机载系统的设备内部集成了测试功能较为完备的自检测电路,设备在运行的同时能够进行连续自检测,并将监测信息报告给机载系统控制器。

在接收到可能影响系统及飞机安全的信息之后,机载系统控制器可将信息发送至航电系统并通过EICAS告知机组人员。

与此同时,相应的故障或状态信息可存储于飞机的中央维护计算机 (Centralized Maintenance Computer)中,待飞机落地后为地勤维护人员提供维护指导[2]。

航空机电产品故障预测和健康管理技术航空机电产品的故障预测和健康管理技术是航空领域内一项重要的研究方向。

它通过对航空机电产品的数据进行分析和处理，提前预测可能发生的故障，并采取相应的维修措施，以确保航空器的安全运行。

故障预测和健康管理技术可以应用于各种航空机电产品，如发动机、传动系统、液压系统等，以及整机的综合系统，如飞行控制系统、导航系统等。

通过实时监测和分析航空机电产品的工作状态和性能参数，可以及时发现潜在的故障隐患，并进行预测和诊断。

这不仅可以提高航空器的可靠性和安全性，还可以优化维修计划，降低维修成本，提高航空器的可用性和经济效益。

1. 数据采集和处理：通过传感器和数据采集系统，实时采集航空机电产品的各种参数和状态数据，如温度、压力、振动等。

然后，对采集到的数据进行处理和分析，提取特征信息、建立模型，并进行故障诊断和预测。

2. 故障预测和诊断模型：根据采集到的数据和航空机电产品的特性，建立故障预测和诊断模型。

这些模型可以基于统计方法、机器学习方法或人工智能方法等，用于预测潜在的故障、诊断故障原因和判断故障的严重程度。

3. 健康管理系统：根据上述模型和算法，开发健康管理系统，对航空机电产品进行实时监测和分析。

该系统可以提供实时的健康状态和性能评估，预测故障发生的概率，提供相应的维修建议，并记录和分析历史数据，以改进模型和算法。

4. 故障维修和优化：根据故障预测和诊断结果，制定相应的维修计划和方案。

对于紧急故障，必须立即采取措施进行修复；对于预测的潜在故障，可以提前安排维修，避免事故发生；对于常规维修，可以根据航空机电产品的健康状态和维修历史，优化维修计划，减少停机时间和维修成本。

航空机电产品的故障预测和健康管理技术能够提高航空安全性，降低维修成本，提高航空器的可用性和经济效益。

随着传感器技术、大数据分析和人工智能等领域的不断发展，这一技术将得到更广泛的应用和发展。

民用飞机系统的故障预测与健康管理系统设计作者：朱景辉来源：《中国机械》2014年第06期摘要：在对民用飞机系统的故障预测与健康管理系统及其重要作用进行论述的基础上，分析了故障预测与健康管理（PHM）、视情维修（CBM）、自主保障（AL）及其相互关系。

同时，论述了民用飞机系统的故障预测与健康管理系统的几个主要功能模块。

关键词：民用飞机；系统故障预测；健康管理1.民用飞机系统的故障预测与健康管理系统及其重要作用从民用飞机系统整体可靠性、安全性以及运行经济性的角度出发，采用预测技术作为支撑的故障预测及健康管理（PHM）方法已经在民航飞机故障预测中得到了更广泛的应用，同时也成为了当前飞机设计及运营的重要构成部分，是将来航空飞行器故障诊断体系的完善法制方向。

当前，PHM技术的主要研究方向在于提高故障诊断以及故障预测的精度，同时通过扩大健康监控的应用对象的方法，逐步形成基于飞机状态的自主式保障体系。

目前，国内对PHM技术的研究和应用都处于技术早期阶段，虽然在飞机的系统运行状况监控、故障诊断的研究方面获得了一定的成果，但是因为故障诊断、状态监测与飞机管理维修工作相互分离，导致故障信息的反馈速度较慢，资源的共享性、可扩展性以及可靠性都较差，制约了飞机的整体性能。

所以，在在飞机系统的基础管理工作中，构建其飞机系统故障预测以及健康管理系统对提高飞机的状态检测、故障预测与检测、故障维修水平具有重要作用。

2.故障预测与健康管理（PHM）、视情维修（CBM）、自主保障（AL）及其相互关系2.1 . PHM、CBM与AL的概念民用飞机的系统故障维修方式经历了包括反应性维修、预防性维修以及视情维修三个阶段。

其中，视情维修需要飞机系统自身拥有对相关故障的预测以及故障诊断能力，从而达到系统故障维修的“经济可承受性”目的，这就产生了故障预测及系统健康管理的基本概念。

PHM 是一种针对飞机系统进行的全面故障检测、隔离以及预测的管理技术，其引入的最终目的是了解并预测故障的发生时间或者针对预测外的故障进行简答的处理，而不是直接对故障进行维修。

某型民用飞机综合健康管理系统功能和架构研究作者：姚斌来源：《科技信息·上旬刊》2017年第04期摘要：某型民用飞机作为21世纪第一款全新设计的双通道飞机，其出色的市场表现不仅代表着某主制造商作为一流民机系统集成商所具备的强大系统综合能力，也为未来民用飞机特别是宽体客机的设计和维护技术奠定坚实基础。

该机型飞机机载健康管理系统包括中央维护计算功能和飞机状态监控功能，前者主要通过采集飞机系统的健康状态数据进行故障的诊断和隔离，后者采集飞机系统运行参数信息进行数据的处理和基于地面处理能力的飞机系统运行监控和故障预诊断。

本文总结某型民用飞机机载健康管理系统具备的功能和性能，分析其系统架构设计，以期为我国自主研制的宽体客机机载健康管理系统的设计提供有益的指导。

关键词：民用飞机；健康管理；功能；系统架构0 引言围绕着改善航空安全水平、降低飞机运营成本这一中心目的，民用飞机健康管理系统历经几十年的发展和沉淀，并率先在某民用飞机项目上得到全面应用和实施，基于飞机健康管理系统的现代维护保障方式逐渐开始取代传统的运营保障方式[1]，航空公司对该机型飞机的日常签派和维护工作越来越多地依赖于健康管理系统，这极大程度提高了航空公司的运营、维护工作效率，得到航空公司的广泛认同并由此带来显著的效益，包括降低航线维护人员资质要求，提高飞机系统的故障隔离准确率，缩短飞机过站短停时间等。

某型民用飞机健康管理功能包含在机载维护系统中，由驻留于综合模块化航电（IMA）平台中的两套CMCF和一套ACMF组成，数据的存储、管理、访问等功能驻留于机组信息系统平台上，与CMCF和ACMF一起为飞机提供故障诊断、状态监控、远程维护支持等功能。

本文分别就机载健康管理系统的功能、性能和架构进行研究总结，以提取有助于未来宽体客机健康管理功能研制的技术信息。

该型民用飞机机载维护系统主要由机载健康管理功能（OHMF）和高速数据加载功能两大部分组成，机载健康管理功能可进一步划分为中央维护计算功能（CMCF）和飞机状态监控功能（ACMF）两项子功能，提供故障检测、隔离、报告及系统运行与维修确认，参数数据收集与记录等能力。

民用客机健康管理系统的工程技术研究作者：吕镇邦孙倩王娟来源：《航空科学技术》2020年第07期摘要：健康管理系统（health management system， HMS）是现代民用客机必备子系统之一。

提升相关技术的系统化、规范化、模块化水平对于实际HMS系统的研制具有至关重要的意义。

本文在分析民用客机健康管理系统国内外现状和技术特点的基础上，梳理了其工程技术体系和基本研制流程，重点阐述了体系建模与分析、知识工程与数据建模、机载应用客户化设计、基于模型的综合验证等当前较为先进的系统性关键工程技术，并简要介绍了某型国产民用客机的航电设备HMS研制实践，最后结合需求、差距及研究热点提出了未来需要重点解决的工程问题。

关键词：健康管理；机载维护；体系工程；数据建模；机载应用客户化；基于模型中图分类号：V37文献标识码：ADOI：10.19452/j.issn1007-5453.2020.07.004基金项目：工信部民机科研项目（MJ-2017-S-58）从早期在模拟或机械式设备中采用Push-To-Test测试，到实现了对部分重要设备的数字化测试、监测和显示，再逐步发展到中央维护计算机（CMC）和中央维护系统（ATA 45 CMS）的出现，以及ARINC 624机载维护系统（OMS）设计指南的制定，标志着民用客机机载维护系统和健康管理系统的正式形成。

自20世纪90年代以来，在此基础上发展出以波音777为代表的第二代和以波音787、空客380为代表的第三代HMS系统产品[1]。

伴随和支撑实际HMS系统研制发展的是世界各国科研机构持续开展的为数众多的基础技术、前沿技术及其工程应用研究。

典型的如美国国家航空航天局（NASA）提出的飞行器综合健康管理（IVHM）计划[2]，涵盖了基础技术、子系统健康管理、关键主题技术和系统级工程整合4个层级的研究内容，技术重点包括健康监测与管理、飞机运营能力评估、面向过程的维修、可移动维修方法和灵活的维修计划等。

航空发动机健康管理技术研究航空发动机是现代飞机的心脏，是保证飞机正常运行的重要部件。

而长期飞行、高温高压等恶劣环境的作用下，航空发动机也面临着各种各样的故障和疲劳损伤，对于航空安全而言，及时、准确地判断和预测发动机的健康状态显得格外重要。

因此，航空发动机健康管理技术的研究，对于提高航空安全、降低运营成本具有重要的意义。

一、航空发动机健康管理技术的现状目前，航空发动机健康管理技术已经成为航空工业发展的重点之一。

在现有技术水平下，航空发动机健康管理技术主要包括以下几个方面：实时监测技术、故障诊断技术、故障预测技术、性能预测技术等。

其中，实时监测技术是航空发动机健康管理技术的基础。

通过监测发动机的各项参数，如振动、温度、压力等，获取发动机当下的状态信息，为后续的故障诊断、故障预测、性能预测等工作提供数据支持。

故障诊断技术则是在实时监测技术的基础上，通过对实时采集的数据进行分析，快速判断发动机系统中是否存在故障，并对故障进行具体化的诊断。

故障预测技术则是在故障诊断基础上，通过对故障的发展趋势、规律、历史数据等进行分析和预测，为保证航空安全提前做好准备。

而性能预测技术则是指通过综合考虑发动机的各项参数，预测发动机未来在不同环境下的性能指标，以提高运营效率和降低成本。

二、航空发动机健康管理技术的发展趋势近年来，随着科技的进步和需求的不断提高，航空发动机健康管理技术也在不断发展和创新。

在技术方面，航空发动机健康管理技术将向着以下几个方向发展：1.智能化——随着人工智能技术的快速发展，航空发动机健康管理技术也将不断向智能化方向发展。

通过采用先进的机器学习、数据挖掘等技术，对发动机运行数据进行分析和预测，提高判断的准确性和效率。

2.网络化——随着互联网技术的发展，航空发动机健康管理技术也将向网络化方向发展。

通过将各个航空公司、维修企业等的数据进行互联互通，形成统一的数据平台，为发动机健康管理提供更全面、更及时的数据支持。