复杂系统健康管理是PHM技术发展面临的最突出的重大技术难题之一。下面以航空领域的PHM技术问题为例进行讨论。飞机是一个典型的机械、机电和电子综合的复杂系统，具体体现在飞机一般由航电、飞控、空发等系统功能相对独立的的子系统组成，每个子系统又由若干单元模块组成，每个单元模块又包含各类元器件或部件。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复杂多样，有连续的、离散的，有动态的、静态的，需要采用不同的诊断、预测方法，因此，系统的复杂程度决定了相应的故障预测与健康管理系统的复杂性，下面就面临的几个典型问题进行讨论。
一、系统总体框架结构问题
在系统的框架结构方面，比较有指导意义的是由MIMMOSA组织提出的具有 7 层功能划分的 OSA-CBM 体系结构，OSA-CBM 将健康管理系统按照相互关联的数据采集层、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、表达层来组织和实施，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。OSA-CBM系统体系结构比较全面地概括了一个健康管理系统所应涉及的所有对象，并且对其相互的关联也有较为完整的定义，开放的系统结构也使各种先进的系统组件、对象随时添加到系统当中，使系统的功能不断完善和强大起来。OSA-CBM作为健康管理所应具有的系统功能和构成上给出了指导，方便从事健康管理系统研究的研究人员搭建健康管理系统。但如何实施和实现，系统应采用怎样的系统结构来组织对象和集成系统是亟待解决的问题。以飞机的健康管理系统总体框架设计为例，首先，飞机健康管理系统的任务分配因飞机系统的特点应分为地面系统部分以及机载系统部分，但分别应分配什么系统任务也是健康管理研究所要解决的问题，由于飞机机载的重量、空间和资源有限，无法将所有的健康管理任务分配到机载系统当中，因此只能将一些关系飞机飞行安全重大的任务和关键参数的监测安排到机载系统中，而将更多的更详细的任务和参数的监测，以及更加详尽的系统安全性分析分配到地面系统中。其次，飞机健康管理系统是一个对象不断完善和功能不断完备的系统，随着各种新技术、新算法的应用，系统所需的各种资源也是不断更新和完善的，系统应采用怎样的系统结构以适应这一要求也是需要解决的问题，基于开放式公共服务平台的飞机结构健康管理组织实现模式，集中体现了基于平台的集中式管理和广域网内的分布式资源共享的特点，基于开放式公共服务平台的健康管理，是对广域资源的集成和过程优化，同时系统具有动态自组织以及资源重用等优点，可以实现多领域、多学科的交叉、融合，实现对飞机更加有效和经济的健康管理。
二、健康信息的获取问题
采用怎样的监测方法和监测参数去获得飞机系统的健康信息一直是 PHM 技术的核心问题之一。监测的方法一般来说可以分为主动监测以及被动监测两种，主动监测方法通过向被监测对象发射信号来激发对象的响应，通过接受到响应的变化来监测对象的健康状况，被动监测方法是直接监测对象的健康参数来监测对象的健康状态，两种方法各有优点以及适用范围，在实际使用中应综合适用。监测方法中进一步包括了先进传感器的应用，传感器优化布置，传感网络的组织等问题。造成飞机健康安全隐患的原因多种多样，最理想的办法是从故障机理入手获得有关健康的信息，然而飞机的故障机理复杂甚至难以定位，因此通过故障的基本模式来对飞机健康状态进行监测成为更加现实和便捷的方法，监测参数的选择进而涉及到传感器类型的选择，比如影响飞机结构系统的故障模式多种多样，由于飞机结构形式的复杂多样，通过对结构系统进行力学建模往往是非常艰巨而效果又不甚理想的，但飞机结构的损伤往往可以表现在结构应变的异常中，因此采用应变传感器监测飞机结构的应变场就成为一个比较理想的方法。飞机是一个复杂系统，要实现对飞机健康状态的了解需要布置大量的传感器，然而过多的传感器从重量、体积等方面又给飞机带来负担，反而增加了安全隐患，过多的传感器数据也会造成数据冗余，给特征提取和故障分析带来困难，因此传感器的优化布置也是一个重要的问题，通过有限的传感器获得理想的监测效果。传感器在实际的使用中往往组成传感器网络进行数据采集，传感器网络的组织影响数据的有效传输以及高效处理等多方面，对于一个大的传感器网络，数据量大，给传输和处理都会带来巨大负担，因此比较有效的方法是通过划分子网来组织传感器网络，将部分传输与处理分担给子网，最后进行集中处理和分析，可以更加有效地处理大量的传感器数据。
三、信号信息处理技术问题
先进的信号信息处理技术是健康管理系统的核心部分，直接关系到健康管理系统的有效性和实用性。信号处理技术负责对信号进行滤波、特征提取等工作。获得信号特征后如何获得诊断结果也是健康管理研究所面对的一个重大问题，由于获得的健康数据与故障之间的关系复杂，很难通过一个简单的数学关系进行直接描述，因此主要应用机器学习的方法去拟合健康数据与故障之间的关键，方法有统计模式识别方法、人工神经网络方法、支持向量机、遗传算法等。
四、众多对象的管理问题
管理是健康管理系统与以往健康监测系统最大也是最主要的区别所在，以往的监测对象单一，对象简单，对管理的要求不高，但健康管理系统的初衷就是对飞机各子个系统进行全面综合的健康监测和评估，必然涉及到多种对象，多种方法的综合管理，因此采用什么样的方法组织和管理系统就成为健康管理系统研究面对的重要问题。知识管理的方法是一个非常有效的方法，将飞机健康管理涉及到的领域内的各种对象，如传感器、信号处理方法、诊断方法等通过建模，以知识表达的方式表示，通过知识建模建立彼此之间的逻辑关系，从而建立起健康管理的组织关系，实现对健康管理领域内各种资源的知识管理。
五、系统的组织和实现问题
健康管理系统涉及到的对象众多，关系复杂，对象分布分散，给系统的组织和实现带来困难，以往专家系统的集中式系统在系统功能配置的鲁棒性、开放性以及强健性等方面已经不能满足要求，急需一项新技术来组织、管理和实施健康管理系统中的各个对象。多主体协作技术不仅能有效处理分散的、分布的、不同种类的在线信息资源，而且可构造大型、复杂、强健的分布式信息处理系统的框架结构。智能主体的概念来自人工智能领域，是指在某一环境中运行响应环境的变化，自主行动以满足其设计目标的计算实体。多个智能主体通过相互作用共同完成单一主体的能力和知识不能处理的复杂问题。多智能主体技术解决实际工程问题，具有很强的鲁棒性和可靠性，并且具有较高的问题求解能力。通过多智能主体技术来组织实施健康管理系统，可以实现系统资源的自组织，功能的灵活配置，灵活解决健康管理中的各种问题。
本文根据孔学东，恩云飞等老师编著的电子产品故障预测与健康管理改编。
