龐立偉 李 軻 佟怡鑠 劉 晶

（海軍工程大學(xué) 武漢 430033）

1 引言

故障預(yù)測(cè)與健康管理（Prognostics and Health Management，PHM）是視情維修理念的核心［1］。由于多方面影響，PHM技術(shù)在我國(guó)復(fù)雜裝備的研制、使用與維護(hù)等方面的發(fā)展仍處于初級(jí)階段，并未得到大規(guī)模推廣。我國(guó)目前已經(jīng)進(jìn)入武器裝備快速發(fā)展的階段，為確保復(fù)雜裝備充分發(fā)揮作戰(zhàn)效能和提高經(jīng)濟(jì)可承受性，軍用飛機(jī)等復(fù)雜裝備給裝備維修工程帶來(lái)了更高的要求。在我國(guó)裝備快速發(fā)展的新形勢(shì)下，如何在裝備維修保障技術(shù)中有效應(yīng)用和推廣PHM技術(shù)，是一個(gè)值得深入探討的問(wèn)題。目前國(guó)內(nèi)外PHM研究成果大多集中在PHM技術(shù)和應(yīng)用上［2］，在PHM綜合分析方面特別是PHM技術(shù)推廣應(yīng)用方面的分析挖掘力度不夠。因此有必要開(kāi)展研究，分析國(guó)內(nèi)外PHM應(yīng)用推廣特點(diǎn)和差距，總結(jié)PHM工程推廣應(yīng)用影響因素，提出有針對(duì)性的PHM應(yīng)用推廣原則、思路和建議，可以為國(guó)內(nèi)裝備的研制、生產(chǎn)與維護(hù)等應(yīng)用提供指導(dǎo)，促進(jìn)PHM技術(shù)的發(fā)展。

本文針對(duì)復(fù)雜裝備維修保障現(xiàn)狀和技術(shù)發(fā)展特點(diǎn)，提出了裝備PHM應(yīng)用推廣影響因素體系，涵蓋技術(shù)、應(yīng)用環(huán)境、認(rèn)知、組織、經(jīng)濟(jì)、實(shí)施等六個(gè)方面。在AHP法原理分析基礎(chǔ)上，開(kāi)展了國(guó)內(nèi)裝備PHM應(yīng)用推廣影響因素調(diào)查結(jié)果分析，給出了PHM應(yīng)用推廣影響因素權(quán)重分析結(jié)果，可用于指導(dǎo)后續(xù)PHM技術(shù)應(yīng)用推廣工作。

2 基于系統(tǒng)工程的裝備PHM技術(shù)應(yīng)用推廣影響因素體系

結(jié)合國(guó)外PHM技術(shù)應(yīng)用推廣的成功經(jīng)驗(yàn)，以及對(duì)國(guó)內(nèi)發(fā)展高技術(shù)裝備PHM技術(shù)應(yīng)用推廣現(xiàn)狀的思考［3～4］，在系統(tǒng)工程方法論和軟件工程的思想指導(dǎo)下，給出了國(guó)內(nèi)高技術(shù)裝備PHM技術(shù)成果轉(zhuǎn)化和應(yīng)用推廣的系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程和對(duì)應(yīng)的影響因素如圖1所示。PHM技術(shù)產(chǎn)品的成果轉(zhuǎn)化與應(yīng)用推廣的起點(diǎn)是PHM科技成果的研究開(kāi)發(fā)，即PHM的系統(tǒng)功能、應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)以及產(chǎn)品技術(shù)能力等方面的工作；最終是通過(guò)PHM實(shí)施方面的舉措（如技術(shù)成熟度水平、系統(tǒng)轉(zhuǎn)化計(jì)劃編制等）來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)PHM成果進(jìn)行生產(chǎn)與銷(xiāo)售。PHM應(yīng)用推廣組織架構(gòu)在中間起著溝通連接兩者的橋梁作用。政府的政策標(biāo)準(zhǔn)引導(dǎo)、PHM的認(rèn)知和重視程度與成果分享機(jī)制、相關(guān)機(jī)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)支持等三類(lèi)影響因素則貫穿整個(gè)轉(zhuǎn)化與應(yīng)用過(guò)程始終，對(duì)研發(fā)方、應(yīng)用推廣組織機(jī)構(gòu)、企業(yè)等都有影響。PHM技術(shù)成果形成產(chǎn)品生產(chǎn)并投入市場(chǎng)以后的反饋又返回給研發(fā)方和企業(yè)，影響著PHM成果研究發(fā)展的方向。主要包括以下因素。

圖1 國(guó)內(nèi)高技術(shù)裝備PHM技術(shù)應(yīng)用推廣系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程和對(duì)應(yīng)的影響因素

2.1 技術(shù)影響因素

技術(shù)影響因素是PHM系統(tǒng)應(yīng)用推廣的最基礎(chǔ)的影響因素，也是PHM系統(tǒng)應(yīng)用推廣的前提。鑒于PHM系統(tǒng)概念本身出現(xiàn)的時(shí)間并不長(zhǎng)，很多技術(shù)還沒(méi)有發(fā)展完善，仍處于發(fā)展之中，因此技術(shù)影響因素對(duì)PHM系統(tǒng)的應(yīng)用推廣來(lái)說(shuō)也是不斷發(fā)展完善的過(guò)程。主要包括：

1）PHM系統(tǒng)功能。不同領(lǐng)域的裝備差別較大，各自具有的PHM系統(tǒng)功能要求和技術(shù)成熟度也不完全相同，從而決定了現(xiàn)有的多領(lǐng)域裝備并不一定真正具備PHM功能。因此該因素是影響PHM系統(tǒng)成果轉(zhuǎn)化和應(yīng)用推廣的重要前提。PHM系統(tǒng)功能主要偏重于PHM系統(tǒng)本身的功能、性能等［5～6］。例如：數(shù)據(jù)采集功能要求借助于各類(lèi)檢測(cè)裝置，完成PHM所需基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集，不但包括通過(guò)各類(lèi)傳感器采集的在線數(shù)據(jù)，也包括通過(guò)定期點(diǎn)檢等獲得的離線數(shù)據(jù)，但對(duì)于有的不便采集測(cè)試的部件來(lái)說(shuō)可能會(huì)有較大難度；數(shù)據(jù)處理要求采用各類(lèi)數(shù)據(jù)處理算法，對(duì)采集的單個(gè)∕多個(gè)信號(hào)進(jìn)行濾波去噪、特征提取、多信息融合等各類(lèi)前處理，但是在嚴(yán)酷復(fù)雜環(huán)境下裝備振動(dòng)∕壓力∕電磁等多源數(shù)據(jù)高精度高可靠傳感、復(fù)雜工況下基于時(shí)頻域綜合數(shù)據(jù)處理方法的微弱信號(hào)特征精確提取等關(guān)鍵技術(shù)尚未完全突破。這些都給PHM系統(tǒng)功能帶來(lái)不利影響，從而給PHM成果轉(zhuǎn)化和應(yīng)用推廣帶來(lái)了較大難度。目前該方向影響因素主要是虛警率較高、功能不完善、模型精準(zhǔn)度管理難、軟件兼容性差等。

2）PHM系統(tǒng)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。裝備PHM系統(tǒng)的本質(zhì)也是一個(gè)裝備工程系統(tǒng)，因此與許多其他裝備系統(tǒng)相似，都經(jīng)歷了理論研究、實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證、半實(shí)物仿真驗(yàn)證、型號(hào)演示驗(yàn)證和最后投入裝備定型生產(chǎn)等一系列過(guò)程，中間的過(guò)程會(huì)經(jīng)歷過(guò)多次迭代甚至反復(fù)，因此在不同型號(hào)的裝備，甚至是同一類(lèi)別裝備的不同階段的PHM系統(tǒng)的研發(fā)和應(yīng)用過(guò)程中會(huì)形成很多經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，這些都是寶貴的財(cái)富，可以避免后續(xù)新型號(hào)研制和型號(hào)改進(jìn)過(guò)程中PHM系統(tǒng)的研發(fā)走彎路。此外，軍用戰(zhàn)斗機(jī)、可重復(fù)載運(yùn)工具（RLV）、軍用直升機(jī)、艦船等復(fù)雜裝備的PHM系統(tǒng)驗(yàn)證試驗(yàn)成本很高。例如，NASA的IVHM系統(tǒng)就在X-33、X-34、X-37等多型航天飛行器上進(jìn)行過(guò)演示驗(yàn)證。在X-33上驗(yàn)證時(shí)，美國(guó)軍方開(kāi)展了53次測(cè)試任務(wù)，收集了25G數(shù)據(jù)，對(duì)這些飛行數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析以驗(yàn)證IVHM系統(tǒng)性能和功能。驗(yàn)證結(jié)果表明，試驗(yàn)集成和飛行測(cè)試表明了基于商用貨架的開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)的先進(jìn)性［7～9］。如果在PHM系統(tǒng)研制和應(yīng)用推廣時(shí)，能從以往型號(hào)裝備的研制試驗(yàn)應(yīng)用過(guò)程中吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，無(wú)疑將會(huì)大有裨益。目前該方向影響因素主要是PHM系統(tǒng)應(yīng)用成熟經(jīng)驗(yàn)較少、應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)交流不足等。

3）PHM產(chǎn)品技術(shù)能力。PHM產(chǎn)品技術(shù)能力是目前PHM研發(fā)和應(yīng)用的核心技術(shù)的能力和差距分析，是當(dāng)今最受關(guān)注的領(lǐng)域。主要包括傳感器、模型和算法、決策支持技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘以及狀態(tài)監(jiān)測(cè)。目標(biāo)是輔助實(shí)踐者識(shí)別具體的技術(shù)就緒水平、差距、合作機(jī)遇和路線圖。與其他影響因素相輔相成地使用將提高技術(shù)成功轉(zhuǎn)化到使用項(xiàng)目的機(jī)遇。例如，針對(duì)PHM產(chǎn)品的異常檢測(cè)技術(shù)能力，目前主要的關(guān)鍵技術(shù)包括基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的關(guān)聯(lián)異常檢測(cè)技術(shù)、基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)與物理特性的聚集異常檢測(cè)技術(shù)、基于專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ团c數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)結(jié)合的裝備多元異常檢測(cè)技術(shù)等，技術(shù)難點(diǎn)包括如何選擇有效的異常識(shí)別方法、漏診率和誤診率低的異常檢測(cè)、異常檢測(cè)結(jié)果可解釋性差等。針對(duì)PHM產(chǎn)品的故障診斷技術(shù)能力，主要的關(guān)鍵技術(shù)包括基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的復(fù)合故障診斷技術(shù)、基于知識(shí)和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的故障傳遞因果鏈分析技術(shù)、基于信號(hào)特征參數(shù)提取的早期微弱故障診斷識(shí)別技術(shù)、基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的間歇故障診斷技術(shù)等，技術(shù)難點(diǎn)包括復(fù)雜系統(tǒng)多故障因素耦合導(dǎo)致故障難以相互隔離、裝備早期故障信噪比低和提取技術(shù)難度大等。針對(duì)PHM產(chǎn)品的故障預(yù)測(cè)技術(shù)，主要的關(guān)鍵技術(shù)包括物理模型的構(gòu)建和優(yōu)化技術(shù)、基于物理模型的變工況條件下故障與壽命預(yù)測(cè)技術(shù)、基于有限數(shù)據(jù)資源的故障與壽命預(yù)測(cè)技術(shù)、基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)和模型的預(yù)測(cè)不確定性分析技術(shù)等，技術(shù)難點(diǎn)則包括提高故障預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度的有效方法、系統(tǒng)級(jí)故障預(yù)測(cè)、電子類(lèi)對(duì)象故障預(yù)測(cè)等。上述PHM產(chǎn)品的技術(shù)能力都給PHM的研發(fā)和應(yīng)用推廣帶來(lái)了很大的難度和挑戰(zhàn)［10～11］。目前該方向影響因素主要是傳感器技術(shù)，健康狀態(tài)評(píng)估方法，診斷方法，預(yù)測(cè)方法，決策推理方法，融合∕集成方法等。

4）PHM體系結(jié)構(gòu)。想要構(gòu)建PHM系統(tǒng)，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不可忽視，它是構(gòu)建的基礎(chǔ)，降低PHM系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的復(fù)雜度可以通過(guò)設(shè)計(jì)好的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來(lái)完成，它還有利于各個(gè)功能的正常發(fā)揮。基于模型推理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、基于邏輯分層的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及基于區(qū)域管理器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是PHM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中較為普及的三種形式。上述三種形式的設(shè)計(jì)思想是較為類(lèi)似的，主要的不同點(diǎn)在它們適用的領(lǐng)域，在它們適用的領(lǐng)域里使用不同的方法和技術(shù)可以發(fā)揮更好的作用。為了方便統(tǒng)一，并且適合各類(lèi)系統(tǒng)之間的交互作用，OSA-CBM已經(jīng)作為PHM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，而且它已經(jīng)被廣泛使用在其他領(lǐng)域。它是綜合了系統(tǒng)的共同設(shè)計(jì)的思想、應(yīng)用技術(shù)以及方法的基于狀態(tài)維修的開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)。在體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)方面，OSA-CBM已經(jīng)成為事實(shí)上的航空、航天、艦船等領(lǐng)域復(fù)雜裝備PHM的體系框架，已得到了較為廣泛的認(rèn)可。例如通用電子（GE）、霍尼韋爾等單位提出的PHM系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)均借鑒了OSA-CBM提出的技術(shù)框架。在此方面更多的工作是需要根據(jù)不同裝備型號(hào)特點(diǎn)梳理裝備PHM需求，形成有針對(duì)性的不同型號(hào)裝備的PHM技術(shù)體系和系統(tǒng)體系架構(gòu)。PHM體系結(jié)構(gòu)包括必須掌握否則可能影響解決方案的各種體系結(jié)構(gòu)，如若干機(jī)上和機(jī)下系統(tǒng)、分發(fā)、存儲(chǔ)和使用體系結(jié)構(gòu)。體系結(jié)構(gòu)的作用是為評(píng)估針對(duì)特定解決方案的現(xiàn)有的和缺少的體系結(jié)構(gòu)部件提供一種通用和開(kāi)放的基礎(chǔ)。主要目標(biāo)包括識(shí)別機(jī)上和機(jī)下功能、確定健康狀態(tài)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、分發(fā)和利用等。目前該方向影響因素主要是機(jī)上、機(jī)下、傳輸、軟件、分發(fā)、利用等PHM體系架構(gòu)的具體內(nèi)容。

5）PHM基礎(chǔ)設(shè)施能力。包括處理和存儲(chǔ)硬件、網(wǎng)絡(luò)、顯示器和便攜式維修輔助之類(lèi)的保障設(shè)備和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)條件及數(shù)據(jù)庫(kù)等?，F(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施對(duì)數(shù)據(jù)采集、傳輸和吞吐量之類(lèi)的參數(shù)有限制。需要考慮這些元素，以確保能夠?qū)崿F(xiàn)與其他基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)元素的充分集成?；A(chǔ)設(shè)施是一種系統(tǒng)化方法，它識(shí)別健康狀態(tài)數(shù)據(jù)和信息在整個(gè)企業(yè)內(nèi)的存儲(chǔ)、交換或傳輸方面的能力差距和約束?；A(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)作為PHM基礎(chǔ)設(shè)施能力的重要組成部分，其構(gòu)建是PHM技術(shù)成功推廣應(yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。PHM技術(shù)的推廣應(yīng)用很大程度上依賴(lài)于裝備的PHM數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)體系架構(gòu)構(gòu)建工作。國(guó)內(nèi)裝備PHM研究的一個(gè)不足是目前很多單位只關(guān)注系統(tǒng)級(jí)PHM問(wèn)題，注重?cái)?shù)據(jù)應(yīng)用，卻忽視數(shù)據(jù)來(lái)源與積累。由于研究零部件級(jí)的故障模式與機(jī)理需要投入大量的經(jīng)費(fèi)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期積累，其中，只有部分單位重視零部件級(jí)、模塊級(jí)PHM問(wèn)題，認(rèn)真踏實(shí)地研究零部件級(jí)PHM問(wèn)題，在許多關(guān)鍵零部件級(jí)的故障模式和機(jī)理還不明確，即沒(méi)有建立數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)體系和缺乏堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)的前提下，建立系統(tǒng)級(jí)PHM。目前該方向影響因素主要是基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)管理保障、平臺(tái)接口與自主保障信息系統(tǒng)接口、地面站環(huán)境、試驗(yàn)與集成工具、制造∕維修、ATE等。

6）PHM系統(tǒng)下一代能力。在以“工業(yè)4.0”為標(biāo)志的互聯(lián)網(wǎng)+時(shí)代，隨著大數(shù)據(jù)和云計(jì)算等一系列關(guān)于智能制造和智能服務(wù)技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用，復(fù)雜高技術(shù)裝備測(cè)試與控制的智能化水平得到顯著的提升，這就為PHM技術(shù)的推廣應(yīng)用提供了有力保證。大數(shù)據(jù)、云平臺(tái)、人工智能等新興技術(shù)已經(jīng)成為未來(lái)PHM技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)領(lǐng)域。在裝備PHM系統(tǒng)研制和應(yīng)用推廣中如何結(jié)合先進(jìn)的下一代新信息技術(shù)是未來(lái)PHM發(fā)展的重點(diǎn)方向。以大數(shù)據(jù)為例，隨著傳感器設(shè)備和測(cè)控技術(shù)的發(fā)展，大型復(fù)雜裝備數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出參數(shù)多、數(shù)據(jù)量大、參數(shù)類(lèi)型多樣化等特點(diǎn)。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)計(jì)算和存儲(chǔ)方式難以滿足當(dāng)前試驗(yàn)要求，工業(yè)行業(yè)大型復(fù)雜裝備大數(shù)據(jù)處理的需求日益明顯。越來(lái)越多的工業(yè)企業(yè)已經(jīng)慢慢從業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)向數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)變，深挖數(shù)據(jù)價(jià)值成為裝備試驗(yàn)未來(lái)發(fā)展的新思路。基于大數(shù)據(jù)的分布式計(jì)算和分布式存儲(chǔ)能力已經(jīng)成為提升未來(lái)大型復(fù)雜裝備試驗(yàn)與測(cè)試能力、裝備健康管理與視情維修的重要基礎(chǔ)。我國(guó)在2017年發(fā)布的《大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2016－2020年）》中明確提出，“通過(guò)大數(shù)據(jù)監(jiān)控優(yōu)化流水線作業(yè)，強(qiáng)化故障預(yù)測(cè)與健康管理，優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量，降低能源消耗。提升經(jīng)營(yíng)管理大數(shù)據(jù)應(yīng)用水平，提高人力、財(cái)務(wù)、生產(chǎn)制造、采購(gòu)等關(guān)鍵經(jīng)營(yíng)環(huán)節(jié)業(yè)務(wù)集成水平，提升管理效率和決策水平，實(shí)現(xiàn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)的智能化。推動(dòng)客戶(hù)服務(wù)大數(shù)據(jù)深度應(yīng)用，促進(jìn)大數(shù)據(jù)在售前、售中、售后服務(wù)中的創(chuàng)新應(yīng)用”。目前該方向影響因素主要如何是與下一代技術(shù)能力結(jié)合（如大數(shù)據(jù)、人工智能、云平臺(tái)、物聯(lián)網(wǎng)等）。

2.2 認(rèn)知影響因素

該因素決定了解決PHM技術(shù)產(chǎn)品應(yīng)用推廣認(rèn)識(shí)問(wèn)題。主要包括PHM系統(tǒng)認(rèn)知和重視程度、PHM應(yīng)用人員態(tài)度、PHM系統(tǒng)研發(fā)應(yīng)用認(rèn)識(shí)、成果分享機(jī)制等。

2.3 組織影響因素

該因素有助于幫助PHM技術(shù)應(yīng)用推廣。通過(guò)PHM技術(shù)產(chǎn)品的應(yīng)用推廣計(jì)劃方案和管理模式來(lái)開(kāi)展PHM組織層面的工作，保障研制和應(yīng)用工作有序進(jìn)行。

2.4 應(yīng)用環(huán)境影響因素

大環(huán)境方面，國(guó)家和企業(yè)的政策標(biāo)準(zhǔn)、法律法規(guī)等為PHM技術(shù)應(yīng)用推廣提供引導(dǎo)支持；小環(huán)境方面，PHM系統(tǒng)是否得到真正的重視、發(fā)揮真正的作用，還與PHM系統(tǒng)總體單位、應(yīng)用單位的PHM的使用水平、管理經(jīng)驗(yàn)等要素有關(guān)。

2.5 經(jīng)濟(jì)影響因素

該因素包括費(fèi)效、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、資源、數(shù)據(jù)類(lèi)別、驗(yàn)證需求、指南、政策、采辦策略等，通過(guò)對(duì)性能相對(duì)于實(shí)現(xiàn)性能的關(guān)鍵主宰因素（費(fèi)用、效益、權(quán)重、風(fēng)險(xiǎn)等）進(jìn)行建模，評(píng)估使用目標(biāo)、費(fèi)用、效益和設(shè)計(jì)約束，對(duì)有效落實(shí)解決方案非常關(guān)鍵。

2.6 實(shí)施影響因素

該因素包括用戶(hù)對(duì)健康管理功能產(chǎn)生的數(shù)據(jù)的利用方式，可以用于確定轉(zhuǎn)化計(jì)劃。轉(zhuǎn)化計(jì)劃可能需要包括合格認(rèn)證、培訓(xùn)和持續(xù)保障需求。

2.7 總結(jié)

為避免影響因素個(gè)人喜好的主觀性問(wèn)題，本文作者走訪了國(guó)內(nèi)航天航空、艦船、車(chē)輛等相關(guān)領(lǐng)域的總體設(shè)計(jì)單位、應(yīng)用單位、高校、研究機(jī)構(gòu)等單位并進(jìn)行了調(diào)研，在大量的文獻(xiàn)資料基礎(chǔ)上，按照各因素之間相互獨(dú)立且不具有相互依賴(lài)性提取出PHM技術(shù)推廣應(yīng)用的影響因素，進(jìn)行取舍和劃分，最終分類(lèi)為技術(shù)、認(rèn)知等6類(lèi)因素，32種子因素。如表1所示。

表1 PHM技術(shù)推廣應(yīng)用的影響因素總結(jié)

3 層次分析法原理

層 次 分 析 法（Analytical Hierarchy Process，AHP）是一種將定性和定量有機(jī)的結(jié)合起來(lái)的決策方法，具有適用性、簡(jiǎn)潔性、實(shí)用性等特點(diǎn)［12］。使用步驟如圖2所示，主要包括：

圖2 AHP使用步驟

1）首先，我們必須確定問(wèn)題是什么，即模型的目標(biāo)層。許多與問(wèn)題相關(guān)的因素都需要經(jīng)過(guò)篩選以及分類(lèi)，并作為準(zhǔn)則層。對(duì)于準(zhǔn)則層下的因子，它被定義為子準(zhǔn)則層。

2）構(gòu)造判斷矩陣。為了比較這兩個(gè)因素的相對(duì)重要性，有必要建立耦合矩陣和這兩個(gè)因素之間的關(guān)系。兩個(gè)因素間的比值用1到9的標(biāo)度表示，說(shuō)明如下：1為同等重要；3為稍強(qiáng)；5為強(qiáng)；7為很強(qiáng)；9為絕對(duì)強(qiáng)；2，4，6，8為以上標(biāo)度中間值；倒數(shù)值為aij=1∕aij。選取某一準(zhǔn)則C，然后拿出被比較的元素 A1、A2、A3、……，假設(shè)有4個(gè)元素，則建立的判斷矩陣A。

3）層次單排序及其一致性檢驗(yàn)。包括：（1）在構(gòu)造判斷矩陣A后，計(jì)算A的最大特征值λmax，再運(yùn)用特征方程AW=λmaxW，計(jì)算出特征向量W，然后對(duì)W做歸一化處理，這種方法就是層次單排序。判斷矩陣最大特征值和特征向量常用的計(jì)算方法包括和積法等。（2）平均隨機(jī)一致性指標(biāo)R.I。（3）計(jì)算一致性比例C.R.（Consistency Ratio）。當(dāng)C.R.<0.1時(shí)，一致性可以接受，當(dāng)C.R.≥0.1時(shí)舍棄。當(dāng)為一階、二階矩陣時(shí)，C.R.=0。

4）合成權(quán)重及一致性檢驗(yàn)。若上一層次A包含n個(gè)元素：A1，A2，···，An；其層次總排序權(quán)值分別為a1，a2，···，an；處于下層的B有m個(gè)元素B1，B2，···，Bm，其相對(duì)元素Aj的層次排序權(quán)值分為b1j，b2j，···，bmj，則形成B層次排序權(quán)值。

4 裝備PHM應(yīng)用推廣影響因素權(quán)重分析案例

4.1 應(yīng)用推廣影響因素權(quán)重調(diào)查問(wèn)卷設(shè)計(jì)

問(wèn)卷是根據(jù)層次分析法（AHP）的形式設(shè)計(jì)的。確定在PHM應(yīng)用推廣影響因素之間相對(duì)權(quán)重是此調(diào)查問(wèn)卷的目的所在。對(duì)處于同一層次的影響因素重要性進(jìn)行兩兩比較。測(cè)量量表分為五個(gè)等級(jí)9，7，5，3，1 的數(shù)值分別對(duì)應(yīng)的是絕對(duì)重要、十分重要、比較重要、稍微重要、同樣重要。每層影響因素，都使用了兩兩對(duì)比表的打分，調(diào)查問(wèn)卷中共有7個(gè)對(duì)比表需要打分。問(wèn)卷調(diào)查的對(duì)象是PHM技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的相關(guān)工作人員，涉及到航空航天領(lǐng)域、艦船、交通等領(lǐng)域研究機(jī)構(gòu)、企業(yè)及高校，基本涵蓋了PHM技術(shù)應(yīng)用的各參與方，可以比較全面地反映現(xiàn)實(shí)情況。調(diào)查問(wèn)卷以電子郵件、紙質(zhì)等方式發(fā)放，共收到問(wèn)卷60份，有效率為100%。

4.2 基于AHP的應(yīng)用推廣影響因素權(quán)重具體分析

1）層次分析模型及構(gòu)造。根據(jù)前面的分析結(jié)果，可以確定目標(biāo)層為技術(shù)類(lèi)因素、認(rèn)知類(lèi)因素、組織類(lèi)因素、應(yīng)用環(huán)境類(lèi)因素、經(jīng)濟(jì)類(lèi)因素、實(shí)施類(lèi)因素；指標(biāo)層見(jiàn)最底層的32個(gè)因素。

2）構(gòu)造判斷矩陣。建立目標(biāo)層A：PHM應(yīng)用推廣影響因素，準(zhǔn)則層為B1技術(shù)因素、B2認(rèn)知因素、B3組織因素、B4應(yīng)用環(huán)境因素、B5經(jīng)濟(jì)因素、B6實(shí)施因素，取調(diào)查問(wèn)卷中的編號(hào)為1的數(shù)據(jù)作為示例，建立判斷矩陣，對(duì)其他組的數(shù)據(jù)做同樣處理，可建立B-C判斷矩陣，進(jìn)行各因素兩兩比較。

3）層次單排序及其一致性檢驗(yàn)。由于客觀事物的復(fù)雜性和主觀理解的差異，有必要測(cè)試收集到的數(shù)據(jù)的一致性并評(píng)估其可靠性。仍以上述調(diào)查表數(shù)為例，運(yùn)用和積法計(jì)算出判斷矩陣A的最大特征值λmax=6.2154，及其對(duì)應(yīng)的特征向量為W=［0.512，0.134，0.041，0.056，0.125，0.132］。將最大特征值代入計(jì)算公式：

查表得到R.I.=1.24。

4）一致性檢驗(yàn)。計(jì)算 C.R.=C.I.∕R.I.=0.0347<0.1，通過(guò)一致性檢驗(yàn)，同樣對(duì)其他組數(shù)據(jù)進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，得到C.R.的值。

4.3 應(yīng)用推廣影響因素權(quán)重分析結(jié)果

首先，對(duì)一致性檢驗(yàn)合格的48份調(diào)查問(wèn)卷的每個(gè)標(biāo)度值進(jìn)行平均值計(jì)算，Wi表示權(quán)重；然后形成表2所示的結(jié)果，即為構(gòu)建的判斷矩陣。

表2 第一層影響因素判斷矩陣

對(duì)以上分析結(jié)果進(jìn)行匯總，得出影響因素參數(shù)值。經(jīng)過(guò)總排序及一致性檢驗(yàn)，根據(jù)公式計(jì)算。C.R.=0.0064<0.1。通過(guò)一致性檢驗(yàn)后，求各PHM應(yīng)用推廣影響因素的權(quán)重排序圖形如圖3所示。

圖3 PHM技術(shù)應(yīng)用推廣影響因素調(diào)查分析計(jì)算結(jié)果

經(jīng)分析，PHM技術(shù)應(yīng)用推廣影響因素調(diào)查分析計(jì)算結(jié)果與領(lǐng)域?qū)＜易稍?xún)結(jié)果較為一致。后續(xù)在進(jìn)行PHM技術(shù)應(yīng)用推廣研究時(shí)可優(yōu)選選擇上述排序結(jié)果開(kāi)展工作。

5 結(jié)語(yǔ)

復(fù)雜裝備故障預(yù)測(cè)與健康管理是一項(xiàng)任重道遠(yuǎn)的工作，也是一項(xiàng)裝備維修保障的系統(tǒng)工程。在復(fù)雜裝備維修保障工程中引入PHM理念，可以使復(fù)雜裝備的維修和維護(hù)任務(wù)分工更加明確，可顯著減少裝備災(zāi)難性事故的發(fā)生，是適應(yīng)新時(shí)期復(fù)雜裝備維修保障發(fā)展的重要技術(shù)。本文提出了基于AHP的PHM應(yīng)用推廣影響因素體系和影響因素分析案例，希望能夠?qū)HM技術(shù)在裝備維修保障中的有效應(yīng)用和推廣有所助益。