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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。
而AL则是一种基于知识的后勤保障系统，可以对飞机系统的综合保障需求进行辨别，同时建立起供应链管理、部件可靠性与安全性识别系统库，有利于维修任务的执行。
2.2. PHM、CBM与AL间的关系
PHM技术是基于自主保障以及视情维修基础之上的，是自主保障技术的实现以及事情维修技术目标达成的一项关键技术。目前，其作为美国空军CBM技术的最高水平，在减少维修人力耗费、增加航空飞机的运营效率等方面具有重要作用。随着PHM与CBM技术的不断发展，实现了民用飞机系统自助保障性能的不断提高，改善了飞机系统故障预测的精度及自主性能。
在民用飞机的设计过程中，将PHM系统贯穿进去，能够显著减小甚至消除故障诊断过程中测试设备、工具以及诊断设备的应用。同时，形成了一种以维修人员为主，集专家诊断技能于一体的执行功能。另外，有利于将部分不重要的零部件推迟维修，便于民用飞机航班密集时的部署。
3.基于PHM技术的自主保障系统的构建
在构建一个基本的PHM系统中，主要构建三个模块，如图1所示。该系统的最底层分布有飞机各个子系统的状态监测设备、PHM传感器等；顶层则是飞机的自主保障系统，主要是管理层。
从图1的结构来看，PHM系统通常由机载系统、地面接收系统以及自主保障系统等接口构成。其中，机载系统属于分布式系统，工作时需要分布式计算机对之予以支持。而PHM系统是整个自主保障系统的核心，工作过程中需要多个子系统进行分布式协作。所以，需要通过开放式、模块化以及标准的设计方法，通过形成标准、开放的连接接口才能实现。下面将对系统设计过程中的几个关键模块进行论述。
3.1. 数据采集模块
能够实时采集民用飞机故障预测以及健康管理系统各个部件的运行状态参数是实现故障预测及健康管理的基础，同时还是实现飞机自主保障的前提。当前在设计过程中，可以在飞机的关键部件设置PHM传感器，显著降低传感器的布置难度，提高了飞机PHM能力的水平。同时，通过完善的机载检测设备以及飞行参数记录设备对飞机系统进行健康监控，对保证数据传送的可靠性及稳定性提供了平台。
3.2. 信号处理模块
飞机的状态参数具有种类多、数量大的特点，必须将所采集的实际状态参数统一称为计算机能读取的数据格式，这样才能对飞机的故障特征、飞行运行状态等进行准确描述，从而降低故障预测以及故障诊断的难度。因为现代先进民用飞机的系统交互程度大，故障种类较多，飞机故障状态与原因之间存在着极其复杂的非线性映射状态。所以，通过智能算法对飞机多状态参数数据进行融合处理成为了飞机系统故障预测及健康管理的基础。
3.3 .诊断预测模块
目前，飞机的故障预测方法主要是通过物理失效模型进行计算预测的，通过数据驱动及融合的方式达到诊断预测的目的。而对飞机内部不同类型的子系统，则必须将这些方法综合运用，同时结合专家系统的模糊推理才能建立起有效的PHM系统，保证故障诊断预测功能得以实现。
3.4. 分析决策模块
PHM系统的另外一个特点在于其要求极高的时效性，而当前的系统都是在飞机降落之后才能得到相关部件的维修计划。当使用PHM系统得到诊断预测结果并作出对应的决策之后，自主保障系统将在飞机飞行过程中进行对应的故障隔离，同时在系统失效时间内安排维修计划，并在飞机降落前就通知对应的维修任务。这样就大大降低了飞机的维修时间，提高了飞机维修的精度，减少了航班延误的概率。
参考文献：
[1] 翟永杰.葛建宏. 故障预测与健康管理技术在风电检修中的应用前景分析[J]. -航空制造技术， 2010.
[2] 但敏，诸葛昌炜. 民用飞机部附件健康管理方法研究[J]. 航空维修与工程， 2011（4）.
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。
而AL则是一种基于知识的后勤保障系统，可以对飞机系统的综合保障需求进行辨别，同时建立起供应链管理、部件可靠性与安全性识别系统库，有利于维修任务的执行。
2.2. PHM、CBM与AL间的关系
PHM技术是基于自主保障以及视情维修基础之上的，是自主保障技术的实现以及事情维修技术目标达成的一项关键技术。目前，其作为美国空军CBM技术的最高水平，在减少维修人力耗费、增加航空飞机的运营效率等方面具有重要作用。随着PHM与CBM技术的不断发展，实现了民用飞机系统自助保障性能的不断提高，改善了飞机系统故障预测的精度及自主性能。
在民用飞机的设计过程中，将PHM系统贯穿进去，能够显著减小甚至消除故障诊断过程中测试设备、工具以及诊断设备的应用。同时，形成了一种以维修人员为主，集专家诊断技能于一体的执行功能。另外，有利于将部分不重要的零部件推迟维修，便于民用飞机航班密集时的部署。
3.基于PHM技术的自主保障系统的构建
在构建一个基本的PHM系统中，主要构建三个模块，如图1所示。该系统的最底层分布有飞机各个子系统的状态监测设备、PHM传感器等；顶层则是飞机的自主保障系统，主要是管理层。
从图1的结构来看，PHM系统通常由机载系统、地面接收系统以及自主保障系统等接口构成。其中，机载系统属于分布式系统，工作时需要分布式计算机对之予以支持。而PHM系统是整个自主保障系统的核心，工作过程中需要多个子系统进行分布式协作。所以，需要通过开放式、模块化以及标准的设计方法，通过形成标准、开放的连接接口才能实现。下面将对系统设计过程中的几个关键模块进行论述。
3.1. 数据采集模块
能够实时采集民用飞机故障预测以及健康管理系统各个部件的运行状态参数是实现故障预测及健康管理的基础，同时还是实现飞机自主保障的前提。当前在设计过程中，可以在飞机的关键部件设置PHM传感器，显著降低传感器的布置难度，提高了飞机PHM能力的水平。同时，通过完善的机载检测设备以及飞行参数记录设备对飞机系统进行健康监控，对保证数据传送的可靠性及稳定性提供了平台。
3.2. 信号处理模块
飞机的状态参数具有种类多、数量大的特点，必须将所采集的实际状态参数统一称为计算机能读取的数据格式，这样才能对飞机的故障特征、飞行运行状态等进行准确描述，从而降低故障预测以及故障诊断的难度。因为现代先进民用飞机的系统交互程度大，故障种类较多，飞机故障状态与原因之间存在着极其复杂的非线性映射状态。所以，通过智能算法对飞机多状态参数数据进行融合处理成为了飞机系统故障预测及健康管理的基础。
3.3 .诊断预测模块
目前，飞机的故障预测方法主要是通过物理失效模型进行计算预测的，通过数据驱动及融合的方式达到诊断预测的目的。而对飞机内部不同类型的子系统，则必须将这些方法综合运用，同时结合专家系统的模糊推理才能建立起有效的PHM系统，保证故障诊断预测功能得以实现。
3.4. 分析决策模块
PHM系统的另外一个特点在于其要求极高的时效性，而当前的系统都是在飞机降落之后才能得到相关部件的维修计划。当使用PHM系统得到诊断预测结果并作出对应的决策之后，自主保障系统将在飞机飞行过程中进行对应的故障隔离，同时在系统失效时间内安排维修计划，并在飞机降落前就通知对应的维修任务。这样就大大降低了飞机的维修时间，提高了飞机维修的精度，减少了航班延误的概率。
参考文献：
[1] 翟永杰.葛建宏. 故障预测与健康管理技术在风电检修中的应用前景分析[J]. -航空制造技术， 2010.
[2] 但敏，诸葛昌炜. 民用飞机部附件健康管理方法研究[J]. 航空维修与工程， 2011（4）.