作为故障预测与健康管理PHM技术的开篇，想与大家聊聊PHM技术的概念、历史、演变以及相关的应用。PHM 技术是实现视情维修CBM的重要支撑，随着未来的工业信息技术发展，系统更为复杂，PHM技术将会扮演越来越重要的角色。
一、概念
1.故障预测与健康管理（Prognostic and Health Management，PHM），顾名思义，包含两层含义：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。
2.PHM系统一般应具备故障检测、故障隔离、增强的诊断、性能检测、故障预测、健康管理、部件寿命追踪等能力，通过联合分布式信息系统（JDIS）与自主保障系统交联。
3.PHM的主要意义在于，提前预知将要发生故障的时间和位置，预测整个系统的RUL（Remaining Useful Life，剩余使用寿命），提高系统的运行可靠性，减少系统的维修费用和提高维修准确性，实现系统的CBM（Condition Based Maintainence，基于状态的维修）。同时，PHM系统记录分析系统的健康数据，像管理人体健康一样，对整个系统进行健康管理。
二、历史
1.在20世纪50年代和60年代，航空航天领域极端的环境和使用条件驱动了最初的可靠性理论、环境试验、系统试验及质量方法的诞生。随着宇航系统复杂性的增加，由设计不充分、制造误差、维修差错和非计划事件等各种原因导致的故障概率也在增加，迫使人们在20世纪70年代创造出新的方法来监视系统状态，预防异常属性，从而导致机上关键故障响应方法的出现，如故障保护和冗余管理。随后出现了诊断故障源和故障原因的技术，并最终带来了故障预测方法的诞生。
2.流行于20世纪80年代后期和90年代早期的全面质量管理（TQC）是一种基于过程的质量与可靠性保证方法，同时，软件工程师也创造了更为复杂的软件测试技术来检测软件设计缺陷。
3.20世纪90年代初期，“飞行器健康监控（VHM）”一词在NASA研究机构内部盛行，它是指适当地选择和使用传感器和软件来监测太空交通工具的“健康状态”。工程师们不久发现，VHM 这个术语存在两方面不足。首先，仅仅监控是不够的，真正的问题是根据所监控的参数采取什么措施。“管理”一词不久就代替了“监控”来指这一更活跃的实践。其次，考虑到飞行器仅仅是复杂的人-机系统的一个方面，“系统”一词很快代替了“飞行器”。
4.到20世纪90年代中期，“系统健康管理”成为涉及该主题的最通用的词语。美国国防部在同一时期产生了一套涉及类似主题的过程，但冠以“综合诊断”的名称。综合诊断通常定义为通过考虑和综合测试性、自动和人工测试、维修辅助手段、技术信息、人员和培训等构成诊断能力的所有要素，使装备诊断能力达到最佳的结构化设计和管理的过程。其目的是以最少的费用最有效地检测、隔离武器装备内已知的或预期发生的所有故障，以满足装备任务要求。综合诊断从20世纪80年代后期至90年代在美国国防部和三军中盛行，并在美军新一代武器装备，如F-22战斗机、F-35（JSF）、M1A2主战坦克和SSN-21攻击核潜艇研制中得到采用。
此后不久，NASA 引入了类似的术语，即 ISHM。在 NASA 术语中使用“综合（Intergrated）”一词的动机在于：解决将“系统级”与各个不同分系统分割开来的问题。以往各个分系统都是在其各自学科领域内处理各自的故障问题，没有从系统的角度加以全面、综合的考虑。通过强调从系统的角度考虑问题，有助于将 ISHM 限定为一种新的系统问题，代替过去将注意力放在分系统上。
5.20世纪90年代末，随着美军重大项目F-35联合攻击机（JSF）项目的启动，为PHM 技术的快速发展带来了契机。PHM 是JSF项目实现经济承受性、保障性和生存性目标的一个关键所在。JSF 的 PHM 系统是对当前飞机上使用的机内测试（BIT）和状态监控的发展。这种发展的主要技术要素是从状态（健康）监控向状态（健康）管理的转变。这种转变引入了故障预测能力，借助这种能力从整个系统（平台）的角度来识别和管理故障的发生。其目的是减少维修人力，增加出动架次率，实现自主式保障。
三、演变
PHM 技术的演变过程是从对故障和异常事件的被动反应到主动预防，再到事先预测和综合规划管理。
美国国防部和 NASA 在 PHM/ISHM 相关技术方面的演变过程见表1。
四、应用
F-35自主式保障系统采用的PHM系统目前正在研制和完善过程中,代表了美军目前视情维修技术(Condition BasedMaintenance, CBM)所能达到的最高水平。 目前,美国、英国、加拿大、荷兰、新加坡、南非和以色列等国已将PHM技术应用到直升机上,出现了称作“健康与使用监控系统”(Health andUsageMo-nitoring System, HUMS)的集成应用平台。 其中美国国防部新一代HUMS-JAHUMS具有全面的PHM能力和开放、灵活的系统结构。 安装了HUMS系统的美国陆军直升机任务完备率提高了10%,陆军已向装备了HUMS的飞机颁发了适航证和维修许可证。此外,美陆军已批准在全部750架“阿帕奇”直升机上安装HUMS。
英国国防部也与史密斯航宇公司达成协议,为70架未来“山猫”直升机开发一种状态与使用监测系统和机舱声音与飞行数据记录仪 (HUMS/CVFDR)组合系统, 2011年前交付使用。
HUMS不但应用于直升机上,在“阵风”、“鹰”等战斗机和C-130“大力神”运输机等固定翼飞机上也已经开始应用。
美国各军种研究开发的与HUMS和PHM类似的技术还有:海军的综合状态评估系统( IntegratedConditionAssessmentSystem, ICAS)、陆军的诊断改进计划(Army Diagnosis Improvement Plan, ADIP),B-2轰炸机、“全球鹰”无人机和NASA第2代可重复使用运载器的飞行器综合健康管理( Integrated VehicleHealthManagemen,t IVHM)系统等。
除了在军事领域的成功应用外, PHM技术还在航空航天、民用飞机、汽车、核电站和大型水坝等民用领域获得广泛应用,成为名副其实的军民两用技术。波音公司已将PHM技术应用到民用航空领域,称作“飞机状态管理(tAHM)系统”,已在法国航空公司、美利坚航空公司、 日本航空公司和新加坡航空公司的B777, B747-400,A320,A330和A340等飞机上得到大量应用 。
五、协会
PHM协会是学术和工业界的机构，致力于“故障预测与健康管理”理论和方法的研究与应用。PHM协会于2009年在美国纽约成立，每年举办的“PHM协会年会”是其标志性活动，“PHM协会数据竞赛”颁奖仪式是其中的一项重要议程。该项竞赛是国际上高水平的同类赛事之一。
本文转自： 可靠性杂坛
