熊 玲，姚智剛

（91872部隊，北京 102442）

一、引言

預(yù)知維修與面向?qū)嶋H故障的事后維修和面向服役期的計劃維修都不相同，是面向裝備實際狀態(tài)和發(fā)展趨勢的，預(yù)知維修的基本思想是根據(jù)對裝備當(dāng)前和將來狀態(tài)的正確和可靠的預(yù)測來安排維修活動，因此對裝備當(dāng)前狀態(tài)的描述，以及對下一時段狀態(tài)和故障的預(yù)測是實現(xiàn)預(yù)知維修的根本。預(yù)知維修的目的是減少維修費用、把災(zāi)難性故障的風(fēng)險降到最小，使裝備發(fā)揮最大的作戰(zhàn)效能，并且減少備件的庫存量。這就使部隊僅僅在需要的時候才進(jìn)行維修工作，防止任務(wù)執(zhí)行過程中裝備出現(xiàn)突發(fā)故障，從本質(zhì)上消除昂貴的周期性的維修工作，最大可能地減少裝備故障的發(fā)生。

二、預(yù)知維修系統(tǒng)

在一些發(fā)達(dá)國家，設(shè)備的維修管理體制經(jīng)歷了“事后維修”和“定期維修”后，已基本實現(xiàn)了在狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)支持管理下的預(yù)知維修。近幾年來，我們運用狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)在艦艇裝備保障中取得了比較明顯的成績，做出了重大貢獻(xiàn)。但是，離真正意義的預(yù)知維修和對裝備的全壽命、全系統(tǒng)管理還存在很大的距離。目前還不能勝任全面、系統(tǒng)和完整地指導(dǎo)艦艇裝備的預(yù)知維修，這使海軍艦艇裝備的維修方式難以有跨越式的發(fā)展，設(shè)備的“過剩維修”或“維修不足”的現(xiàn)象仍在不同程度上存在。

要改變這個局面，必須加快設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷工作的步伐，狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)是艦艇裝備管理的一種重要手段。正確科學(xué)運用裝備的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)，盡快建立一個融設(shè)備管理技術(shù)與監(jiān)測診斷技術(shù)于一體的預(yù)知維修系統(tǒng)（PredictiveMaintenanceSystem，簡稱PMS），對于提高艦艇裝備運行可靠性，減少或避免裝備突發(fā)性故障，延長裝備的使用壽命，降低維修費用和保障艦艇的在航率和戰(zhàn)斗力具有明顯而且重大的軍事和經(jīng)濟(jì)價值。

1.PMS的數(shù)據(jù)組成

實現(xiàn)裝備的預(yù)知維修需要獲得與系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)相關(guān)的數(shù)據(jù)并對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而對裝備的性能做出判斷并預(yù)測在未來時段內(nèi)可能發(fā)生的故障及各部件和系統(tǒng)的剩余壽命，根據(jù)判斷和預(yù)測的結(jié)果做出是否需要維修、什么時候進(jìn)行維修、需要什么樣的人員和工具以及如何進(jìn)行維修的決策。從數(shù)據(jù)收集到做出維修決策是一個非常復(fù)雜的過程，可以把它分為四個層次：數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)處理層、故障預(yù)測及性能評估層、維修決策層。

（1）數(shù)據(jù)采集。由具有一定理論水平和實踐經(jīng)驗的技術(shù)人員，借助離、在線狀態(tài)監(jiān)測儀器、儀表，在執(zhí)行訓(xùn)練和作戰(zhàn)任務(wù)之前對裝備進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測，利用各種檢測儀器和設(shè)備，提取反映裝備性能的特征數(shù)據(jù)，存入數(shù)據(jù)庫。

（2）數(shù)據(jù)處理。收集的數(shù)據(jù)通過適當(dāng)?shù)奶幚砑礊檠b備任務(wù)執(zhí)行前的初始狀態(tài)，裝備的初始狀態(tài)是故障預(yù)測的出發(fā)點，不同的裝備在數(shù)據(jù)收集時選取不同的特征參數(shù)，在數(shù)據(jù)處理時采用不同的處理方法。

（3）故障預(yù)測、趨勢分析和性能評估。這些功能是建立在對樣本統(tǒng)計數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)之上，并且借助于人工智能和計算機仿真技術(shù)，根據(jù)特征參數(shù)的變化規(guī)律建立數(shù)學(xué)模型，描述故障的發(fā)生和發(fā)展過程，做出故障預(yù)測的結(jié)論，進(jìn)而實現(xiàn)裝備在未來任務(wù)段內(nèi)的性能評估。

（4） 維修決策。根據(jù)故障預(yù)測結(jié)論和性能評估結(jié)果，判斷裝備能否在未來任務(wù)段內(nèi)保證一定的無故障工作時間，順利完成訓(xùn)練或作戰(zhàn)任務(wù)，如果需要進(jìn)行維修，則按照制訂的維修標(biāo)準(zhǔn)來判斷預(yù)知維修的時間和規(guī)模，制定維修計劃。維修結(jié)束后，把相關(guān)故障和維修記錄存入維修記錄數(shù)據(jù)庫，為裝備的管理和再次維修提供科學(xué)依據(jù)和經(jīng)驗。

2.PMS的體系結(jié)構(gòu)

將預(yù)知維修系統(tǒng)分為組織體系、監(jiān)測診斷對象和技術(shù)及資源體系。其中，組織體系是PMS行為實施的主體；監(jiān)測診斷對象集是PMS行為的客體；而技術(shù)及資源體系則是PMS工程實施的技術(shù)基礎(chǔ)和必要的手段。如圖1所示。

（1） 組織體系。PMS的組織體系包括：高層決策者，主要是總體部署與督導(dǎo)實施；中層規(guī)劃，主要職責(zé)是制定計劃、確定監(jiān)測方式、現(xiàn)場監(jiān)測診斷、數(shù)據(jù)歸檔、趨勢分析、狀態(tài)評估、決策維修、制定監(jiān)測診斷標(biāo)準(zhǔn)、修改并完善監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)；基層實施，主要職責(zé)是配合中層組織進(jìn)行精密監(jiān)測診斷并組織開展簡易監(jiān)測、根據(jù)監(jiān)測診斷情況對設(shè)備進(jìn)行管理和維修，不斷向中層組織反饋設(shè)備運行維修情況等。

（2）診斷技術(shù)及資源體系。PMS工程是一項較為復(fù)雜的系統(tǒng)工程，其技術(shù)基礎(chǔ)是設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)。隨著相關(guān)領(lǐng)域理論、方法研究的不斷深入和發(fā)展，特別是傳感器技術(shù)、信號處理技術(shù)、計算機軟硬件技術(shù)的飛速發(fā)展，使現(xiàn)代設(shè)備診斷技術(shù)在國內(nèi)外許多軍用及民用企業(yè)得到了很好的應(yīng)用，尤其在美軍，這項技術(shù)已應(yīng)用的十分成熟。參照國內(nèi)外有關(guān)資料，我們的PMS工程診斷技術(shù)及資源體系由以下幾部分構(gòu)成，如圖2所示。

三、PMS工程的實施

PMS工程的實施過程一般可分為技術(shù)準(zhǔn)備與規(guī)劃、監(jiān)測診斷、維修與評估三個階段。艦艇裝備多而復(fù)雜，尤其目前大量新裝備及引進(jìn)裝備相繼裝備部隊，PMS工程的技術(shù)實施涉及到各類設(shè)備原理與結(jié)構(gòu)、各類測試技術(shù)、信號處理技術(shù)、監(jiān)測診斷技術(shù)、信息的組織管理技術(shù)和計算機軟硬件等多學(xué)科的綜合技術(shù)。因而，PMS工程是一個多因素、多變量、多目標(biāo)且隨時間性不斷變化的復(fù)雜的動態(tài)系統(tǒng)。對于這樣一個復(fù)雜的動態(tài)系統(tǒng)，如何根據(jù)各種信息做出決策，進(jìn)行總體協(xié)調(diào)或平衡，實行以“規(guī)劃—組織—實施—控制—反饋”為主的系統(tǒng)管理模式，保證系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的靈活性、各階段的協(xié)調(diào)性及輸出的有效性，這都要在PMS實施過程中不斷研究和完善。

1.選擇監(jiān)測艦艇及設(shè)備

鑒于艦艇裝備結(jié)構(gòu)的多樣化，構(gòu)成設(shè)備的零部件使用的壽命不同，發(fā)生故障的幾率相差很大。此處，由于設(shè)備的功能不同，對艦艇的影響程度也不同。對于那些安全可靠性較高的設(shè)備，開展?fàn)顟B(tài)監(jiān)測故障診斷的意義不大。所以，可以采取由點及面、由部分到全體分階段實施，在保證重要的戰(zhàn)斗艦艇重點設(shè)備的前提下，兼顧一般艦艇設(shè)備監(jiān)測診斷的原則。在選擇設(shè)備時，應(yīng)首先對設(shè)備逐臺進(jìn)行風(fēng)險分析，選擇對艦艇戰(zhàn)斗力影響大、易發(fā)生故障的設(shè)備作為監(jiān)測診斷的對象。

2.確定監(jiān)測等級

設(shè)備監(jiān)測的重要性等級劃分和確定，其目的是為監(jiān)測診斷方式的擇定提供依據(jù)。劃分時可根據(jù)實際情況，對監(jiān)測診斷受控制設(shè)備實行ABC分級管理，A級為關(guān)鍵設(shè)備，B級為重要設(shè)備，C級為一般設(shè)備。根據(jù)艦艇裝備的實際情況，一般把主動裝置作為A或B級對待，其它輔助設(shè)備則為C級。相應(yīng)的測定方式和管理方法見表1。目前，在尚無在線監(jiān)測條件的情況下，把A級設(shè)備視為B級對待。

3.設(shè)備檔案

在PMS工程實施過程中，一切有關(guān)的分析與決策活動都是以被測設(shè)備的監(jiān)測信息為中心并結(jié)合相應(yīng)的診斷參考標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的。因此如何做好各類被測設(shè)備檔案及監(jiān)測診斷信息的收集、總結(jié)與管理對PMS工程的有效實施十分重要。一般主要包括以下幾個方面。

表1 設(shè)備監(jiān)測等級表

（1）設(shè)備的出廠的自然信息。包括設(shè)備的類型、名稱、規(guī)格、產(chǎn)地、價格、出廠日期等。

（2）設(shè)備各項原始標(biāo)準(zhǔn)。包括①設(shè)備的振動參考標(biāo)準(zhǔn)和相對參考標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)。②設(shè)備運行正常運行時，潤滑油中各金屬（摩擦副）磨粒濃度的含量。③電機各項繞組的正常原始電阻、電感、相位角、I/F值等參數(shù)。

（3）設(shè)備的有關(guān)詳細(xì)的技術(shù)資料。包括設(shè)備結(jié)構(gòu)圖、主要標(biāo)準(zhǔn)部件的型號（如軸承的型號）、主要設(shè)備（如發(fā)動機）的各摩擦副表層的材料及厚度。

（4）設(shè)備維修備件信息。包括備件名稱、型號、來源、數(shù)量和價格等。

（5）設(shè)備的監(jiān)測診斷數(shù)據(jù)庫。包括各種工況下設(shè)備在某個時間（累計工作時間） 測得的振動信號（時頻域信號等）、潤滑油光譜分析數(shù)據(jù)、潤滑油鐵譜分析數(shù)據(jù)、潤滑油理化指標(biāo)分析數(shù)據(jù)等、重要工況參數(shù)和趨勢分析數(shù)據(jù)及各診斷分析報表等。

（6） 設(shè)備故障征集（故障集信息索引表）。將平時監(jiān)測診斷的各種設(shè)備故障事例記錄在數(shù)據(jù)庫中。

（7）維修統(tǒng)計報表。包括維修類型、維修部位、備件名稱、停機時間、維修費用、診斷準(zhǔn)確性及維修效果評估。

4.制定監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)

監(jiān)測診斷標(biāo)準(zhǔn)是對裝備技術(shù)狀態(tài)進(jìn)行檢查、判斷、分析、評價的技術(shù)準(zhǔn)則，是開展裝備的預(yù)知維修的重要基礎(chǔ)，也是對設(shè)備的監(jiān)測診斷工作進(jìn)行組織管理的工作標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)閾值定得偏高，設(shè)備的運行狀態(tài)已經(jīng)劣化還以為一切正常，使設(shè)備帶“病”運行；反之，定得偏低，則設(shè)備稍有異常就頻繁報警停機。

監(jiān)測診斷標(biāo)準(zhǔn)的制定，有三個途徑：一是采取拿來主義的方法，將國內(nèi)外已經(jīng)成熟的通用類設(shè)備的監(jiān)測診斷標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合艦艇裝備的實際情況，作適當(dāng)?shù)男拚?，就可暫作為參考?biāo)準(zhǔn)，并在以后監(jiān)測診斷中不斷修正；二是通過對設(shè)備狀態(tài)（最好是新設(shè)備的原始技術(shù)狀態(tài)）的大量監(jiān)測所積累大量的監(jiān)測數(shù)據(jù)，將經(jīng)驗性的平均值乘上一定的系數(shù)作為設(shè)備的警戒值，并在實踐中不斷修正和完善；三是新艦艇在建造之前，有關(guān)部門要向廠方提出索要裝艦設(shè)備的有關(guān)監(jiān)測診斷標(biāo)準(zhǔn)的要求。可會同生產(chǎn)廠家、科研部門和各質(zhì)控室三方共同參與裝備的監(jiān)測診斷標(biāo)準(zhǔn)的收集和制定，只有這樣，才能快速、高效、合理地建立各類設(shè)備的有關(guān)監(jiān)測診斷標(biāo)準(zhǔn)。