故障预测与健康管理(PHM)技术研究共48页

预测与健康管理（PHM）技术随着科学技术的飞速发展，武器装备的集成度、复杂度及智能化程度急剧增加，传统的故障诊断、维修保障技术逐渐难以适应新的要求。

为了满足信息化战争对武器装备作战快捷、可靠、精准的要求，在上世纪末PHM（Prognostics and Health Management）技术应运而生，并迅速得到了以美国为代表的西方各军事强国的高度重视，当前该技术已被视为提高系统“六性”和降低全寿命周期费用的关键技术。

PHM是指利用传感器采集系统的数据信息，借助于信息技术、人工智能推理算法来监控、管理与评估系统自身的健康状态，在系统发生故障之前对其故障进行预测，并结合现有的资源信息提供一系列的维护保障建议或决策，它是一种集故障检测、隔离、健康预测与评估及维护决策于一身的综合技术。

相较于传统的故障后维修或定期检修这类基于当前健康状态的故障检测与诊断，PHM是对未来健康状态的预测，变被动式的维修活动为先导性的维护保障活动，大大提高了装备的战备完好性。

当前PHM技术已经成为现代武器装备实现自主式后勤、降低全寿命周期费用的关键技术。

PHM系统常见功能如上图所示，系统设计过程中涉及到的关键技术一般有下面几个方面：1、传感器数据采集传感器作为最底层的数据获取元素，感受被测对象的相应参数（振动、温度、光强、电压等）变化，并将测到的物理量按照一定转换规则转换为便于后续传输与处理的电信号，其直接关系到故障诊断、故障预测的有效性，而传感器种类的选取、传感器的优化布局等关键技术也越来越受到关注。

2、数据处理及特征提取通常PHM系统不会将传感器采集到的数据直接用于故障的诊断和预测，而是经过一系列的预处理、特征提取、同类或异类数据的信息融合等处理之后加以判断。

随着人工智能、大数据等新兴技术的不断兴起，运用这些技术的数据处理、特征提取技术也成为当前研究的一大热点。

3、健康评估与故障预测健康评估与故障预测就是基于数据处理、特征提取的结果运用失效模型、智能的推理算法评估系统的运行状态，预测系统发生故障的部位、时间及使用寿命，并给出合理的维修保障建议。

故障预测与健康管理技术的现状与发展一、本文概述随着工业技术的不断进步和智能化水平的提高，故障预测与健康管理技术（Prognostics and Health Management，PHM）已成为当前研究领域的热点之一。

PHM技术通过对设备运行状态的实时监测与数据分析，旨在预测设备可能出现的故障，并对其进行健康管理，从而延长设备使用寿命，提高设备的可靠性和安全性。

本文将对故障预测与健康管理技术的现状进行综述，探讨其发展趋势和应用前景，以期为该领域的研究和实践提供参考和借鉴。

本文将介绍PHM技术的基本概念、发展历程和核心技术，阐述其在不同领域的应用现状。

本文将从数据采集与处理、故障预测与健康评估、健康管理决策等方面，分析当前PHM技术的研究热点和难点。

接着，本文将探讨PHM技术的发展趋势，包括智能化、集成化、标准化等方向，并展望其未来的应用前景。

本文还将总结PHM技术的发展对设备维护和管理带来的影响，以及面临的挑战和机遇。

通过本文的综述和分析，旨在为读者提供一个全面、深入的PHM技术现状与发展视角，为相关领域的研究和实践提供有益的参考和启示。

二、故障预测与健康管理技术的现状近年来，故障预测与健康管理（Prognostics and Health Management，PHM）技术在全球范围内得到了广泛的关注和应用。

作为维护设备持续、稳定运行的关键技术，PHM技术在航空、航天、船舶、电力、机械等领域均有所涉及，发挥着日益重要的作用。

目前，PHM技术主要依赖于大数据分析、机器学习、传感器技术等多学科交叉融合。

通过集成多种传感器，实时采集设备运行过程中的各种参数，如温度、压力、振动等，PHM系统能够实现对设备状态的全面感知。

同时，结合大数据分析技术，系统能够对采集到的大量数据进行深度挖掘，发现设备运行过程中的异常和故障模式，进而预测设备的剩余使用寿命和可能的故障点。

在机器学习算法的帮助下，PHM系统能够实现对设备状态的智能识别和故障预警。

航空电子的故障预测与健康管理技术作者：叶剑峰来源：《数字化用户》2013年第22期【摘要】航空电子产品是我国航天事业发展中的重要组成部分，航天事业属于高新技术产业的范畴。

伴随着我国科学技术水平的显著提高，我国的航空事业得到了显著的发展，这都是得益于航空电子系统的发展。

对航空电子系统进行故障的预测和健康管理，是保证航空电子系统的质量和性能，并且促进我国航空事业快速发展的保障。

近些年来，新兴了一种航空电子故障诊断技术，即航空电子故障预测与健康管理技术，简称PHM技术，它是一种更加高效的监测与管理技术，在对航空电子进行诊断和管理方面发挥了重要的作用。

以下，本文将对航空电子的故障预测与健康管理技术进行简要的探讨。

【关键词】航空电子故障预测健康管理在飞机故障的造成因素中，电子系统产生的故障已经占据了总比重的百分之四十以上，并且对电子系统进行维修所消耗的时间占据总飞机维修时间的三分之一。

由此可见，航空电子系统的重要地位，这就逐渐凸显出了航空电子故障预测与健康管理技术的重要性。

同以往的航空电子故障诊断技术相比较而言，故障预测与健康管理技术是一种更加先进和高效的技术，这一技术已经被广泛的应用于航空电子系统之中，并且逐渐成为航空电子系统中主流故障诊断技术。

一、故障预测与健康管理技术（PHM）的概述所谓的故障预测与健康管理技术（PHM），是指用于监控和预测电子系统功能发挥的程度和状态，对构成航空电子系统的零部件的使用寿命、故障类型进行监督和预测，并且能够根据预测的结果进行有效的决策的一种技术[1].PHM技术能够对整个电子系统进行全方位的监督和预测，是一种更加智能化的动态监测系统，不仅能够在很大程度上减少对电子系统进行监测的时间，减少人力物力的投入，同时还能大幅度的降低维修费用，提高经济效益。

另外，对于提升战备的完好率和任务的完成率也发挥出了重要的作用。

二、故障预测与健康管理技术的主要实现方法在整个故障预测与健康管理技术中，故障监测被作为核心的任务和内容，当前我国的航空电子的故障监测与健康管理技术主要是通过以下几种方法来实现的：（一）利用预警电路法对电子系统故障进行监测与管理同正常的电路相比较，预警电路法监测的故障发生期要提早一段时间，而这段时间主要被应用于接收报警信号，并且能够在第一时间做出应急反映，最大程度的减少电子故障给电子系统造成的损失[2]。

收稿日期：2014-02-25修回日期：2014-04-15基金项目：国家重点基金资助项目（40405070301）作者简介：高美娟（1990-），女，山西祁县人，硕士研究生。

研究方向：人工智能及应用。

*摘要：故障预测和健康管理（PHM ）技术具有故障诊断、故障预测以及健康管理的功能，对降低火控装备维修成本、增强火控系统的完备性以及提高火控系统管理效率具有重要意义。

根据通用火控系统发展现状及应用需求，将PHM 技术引入到火控系统中。

首先介绍了PHM 技术原理和国内外发展现状，重点讨论了PHM 关键技术和通用火控系统PHM 体系结构。

最后展望了火控系统PHM 技术的发展趋势。

关键词：火控系统，健康管理，故障预测，故障诊断，PHM 体系结构中图分类号：TP206文献标识码：A火控系统故障预测与健康管理技术*高美娟1，刘白林1，张振华2（1.西安工业大学计算机科学与工程学院，西安710021；2.北方自动控制技术研究所，太原030006）Research on Prognostic and Health Management of Fire Control SystemGAO Mei-juan 1，LIU Bai-lin 1，ZHANG Zhen-hua 2（1.School of Computer Science and Engineering ，Xi ’an Technological University ，Xi ’an 710021，China ；2.North Automatic Control Technology Institute ，Taiyuan 030006，China ）Abstract ：Prognostic and Health Management （PHM ）technology is provided with fault diagnosis ，prognostic and health management ，which has made a great sense of reducing fire control equipment maintenance costs ，enhancing equipment availability ，and improving management efficiency.This paper aims at the development status and application requirements of the universal fire control system and introduces PHM technology.Firstly ，it introduces the theories and development statuses of PHM technologies ，and emphatically discusses the key technologies of the present PHM and PHM system structure of general fire control system.Finally ，this paper prospects the developing trend of the fire control system PHM technology.Key words ：fire control system ，health management ，fault prediction ，fault diagnosis ，PHM system structure0引言火控系统从最初的简易火控系统，发展到现在的目标自动跟踪综合性火控系统，主要包括目标跟踪系统、操作控制系统、火控计算机、火控随动系统等，是一种典型的“软件密集型”系统。

航空机电产品故障预测和健康管理技术故障检测和健康管理技术的主要功能是对系统的监控和状态的预测，主要包括剩余寿命和故障预测等。

大量的研究和实践表明，故障预测和健康管理能够降低维护成本，提高设备的稳定性，确保设备稳定、安全完成任务。

本文即针对航空机电产品故障预测和健康管理技术开展了探讨，期望能够为航空机电产品的开发设计提供有益的参考和借鉴。

1故障预测和健康管理的含义国内外关于故障预测和健康管理（Prognostics and HealthManagement，PHM）的研究很多，但关于其概念还没有统一的标准。

当前，在PHM中容易混淆的概念有以下几对：一是损伤和退化。

损伤和退化都能够用于描述电子设备的非正常的状态，但损伤多描述的是器件、电路等设备的物理损坏程度，而退化多用于描述器件、电路等设备的能力衰退程度。

可见，从一定意义上讲电子设备的损伤可能是导致设备退化的原因。

二是故障预测和剩余寿命预测。

它们都能够描述设备的健康状态的未来变化。

但故障预测是指以历史数据和测试数据为基础对某个特定故障的演化进行的推测，以预测这一故障的发生时间，而剩余寿命预测是指以历史数据和测试数据为基础，使用相应的寿命预报模型对设备的剩余使用寿命进行的确定。

可以看出，故障预测的对象是特定的故障，而剩余使用寿命的预测对象是设备本身，前者是局部，后者是整体。

三是损伤状态、退化状态、健康状态和使用状态。

在PHM中，状态一词十分常见，主要有损伤状态、退化状态、健康状态和使用状态等。

通过前文对“损伤”和“退化”两个属于的解释我们能够很清晰地分辨损伤状态和退化状态的不同，损伤状态是指设备物理层面的损坏程度，退化状态是设备物理层面某功能的衰退程度。

一般来说，电子设备的退化状态越多，健康状态就越差。

2航空机电产品故障预测和健康管理系统的模式1）航空机电产品故障预测和健康管理系统的建设理念在航空机电产品中，辅助动力系统的性能衰退是一种常见的故障。

转速、排气温度等能够引起动力系统参数的变化，然后就可以根据参数的变化对运行状态进行诊断。

故障预测与健康状态管理技术综述
郭阳明;蔡小斌;张宝珍;翟正军
【期刊名称】《计算机测量与控制》
【年(卷),期】2008(16)9
【摘要】故障预测和健康状态管理(PHM)技术是新一代武器系统的先进测试、维修和管理技术,也是一种全面的故障检测、隔离和预测及状态管理技术,正在成为新一代武器系统设计和使用中的一个重要组成部分;论文首先综述了PHM技术的内涵、工作原理以及该技术的功能与作用,然后对PHM技术涉及到的关键技术进行了详细的介绍,最后展望了该技术的发展趋势以及对我国国防工业的借鉴意义.【总页数】5页(P1213-1216,1219)
【作者】郭阳明;蔡小斌;张宝珍;翟正军
【作者单位】西北工业大学,计算机学院,陕西,西安,710072;西北工业大学,计算机学院,陕西,西安,710072;中航一集团科技委,北京,100068;中国航空工业发展研究中心,北京,100068;西北工业大学,计算机学院,陕西,西安,710072
【正文语种】中文
【中图分类】TP206.3
【相关文献】
1.先进的故障预测与状态管理技术 [J], 张宝珍;曾天翔
2.航空航天领域故障预测与健康管理技术研究综述 [J], 林燕
3.船舶柴油机故障预测与健康管理技术综述 [J], 柯赟; 宋恩哲; 姚崇; 董全
4.基于故障预测与健康管理技术的城市轨道交通信号系统健康管理体系 [J], 段亚美;施聪;黄晓荣
5.故障预测与健康管理技术综述 [J], 彭宇;刘大同;彭喜元
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

无人机故障预测与健康管理技术研究作者：曹薇薇来源：《无人机》2017年第08期20十世纪末，美军在联合战斗机（JSF）计划中提出故障预测与健康管理（Prognostics and Health Management，PHM）概念。

PHM是实现JSF自主后勤保障计划（AL）的两大关键技术之一，能够显著降低使用、保障和维修费用，提高飞行器的安全性和可用性。

在目前作战平台的测试技术中，主要采用传统的机内测试（BIT）和有限的状态监控维修方式。

这种方式耗费资源大、维修效率低，且无法解决高技术指标与经济可承受性之间的矛盾。

PHM技术的发展是对传统维修方式的转变，即从事后维修和预防性维修向事前维修的转变。

它包括两层含义，一是故障预测，即预先诊断部件或系统完成其功能的状态，确定部件正常工作的时间长度；二是健康管理，即根据诊断/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系统概述目前PH M主要是利用先进的集成传感器，如涡流传感器、小功率无线综合微型传感器、无线微机电系统（MEMS），并借助各种算法，如Gabor变换、快速傅里叶变换、离散傅里叶变换，以及智能模型，如专家系统、神经网络、模糊逻辑等，来预测、监控和管理系统的健康状态。

通俗来讲，PHM系统是通过在飞行器结构和系统内部最重要、最易受损的位置上布置相当于神经元的各类微小传感器，实时监测布控位置结构、系统等方面的各种信息，实时获知飞行器的损伤及故障等问题，实现全机健康状态的集成化管理。

通过相当于人体神经网络的各类连接线路，传递到健康管理系统进行运算分析预测，及时诊断发生的故障和损伤，从而提前获知飞行器的某些指标是否处于正常状态。

通过监测飞行器系统的各项“生理”指标，对损伤和故障进行实时诊断。

飞行器可以自行判断其故障是不会影响正常工作的“小问题”，还是威胁生命但不易察觉的“重大隐患”。

就像人们看病一样，当飞行器处于亚健康状态时第一时间向“医生”发出警告。