國(guó)外電子裝備維修技術(shù)發(fā)展綜述＊

馮 健 王度橋

（92721部隊(duì) 舟山 316000）

1 引言

海軍裝備維修保障是指從事海軍武器裝備維修保障工作的人員和組織，運(yùn)用維修保障裝備、設(shè)施和相關(guān)資源，通過(guò)物資技術(shù)保障，保持、恢復(fù)和改善裝備良好技術(shù)狀況的各項(xiàng)措施和活動(dòng)的統(tǒng)稱(chēng)。目前海軍艦艇電子裝備維修采取預(yù)防性檢修、計(jì)劃修理和臨時(shí)修理三種模式。

1）預(yù)防性檢修以檢修為依據(jù)，按規(guī)定時(shí)間間隔對(duì)艦艇電子裝備進(jìn)行調(diào)整、潤(rùn)滑、定期（視情）檢查和定期（視情）更換。可以分為日檢修、周檢修、月檢修、航行檢修和艦體檢查，目的在于及時(shí)發(fā)現(xiàn)并消除潛在的故障，或避免故障的嚴(yán)重后果，防患于未然。

2）計(jì)劃修理以時(shí)間為依據(jù)，根據(jù)裝備生產(chǎn)計(jì)劃和經(jīng)驗(yàn)，按規(guī)定的時(shí)間間隔，由各級(jí)裝備修理部門(mén)負(fù)責(zé)組織，艦員參與，在修船廠或修理所中進(jìn)行的一種定期修理制度。其目的在于保持和較大幅度地恢復(fù)艦艇戰(zhàn)技術(shù)性能，以預(yù)防損壞、繼發(fā)性毀壞及生產(chǎn)損失，延長(zhǎng)裝備的使用壽命和避免減少裝備故障而進(jìn)行的計(jì)劃內(nèi)維護(hù)。艦艇計(jì)劃修理包括塢（排）修、小修、中修和大修。

3）臨時(shí)修理以故障為依據(jù)，以裝備是否完好或是否能用為依據(jù)的維修，只在裝備部分或全部故障后再恢復(fù)其原始狀態(tài)，屬于非計(jì)劃性維修。

這三種維修模式較好地適應(yīng)和滿(mǎn)足了上個(gè)世紀(jì)海軍艦艇電子裝備的保障需要，但是隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和海軍使命任務(wù)深化，海軍艦艇不斷走向遠(yuǎn)海，艦艇電子裝備呈現(xiàn)出集成化高、系統(tǒng)性強(qiáng)、新老裝備共存、執(zhí)行任務(wù)時(shí)間長(zhǎng)、工作強(qiáng)度大、故障多樣性和不確定性等特點(diǎn)，原有的維修模式已不能滿(mǎn)足電子裝備保障需求，這就迫切要求我們研究分析國(guó)外電子裝備先進(jìn)維修技術(shù)，探索符合我海軍實(shí)際的維修模式。

2 國(guó)外電子裝備維修技術(shù)

20世紀(jì)70年代前后，美國(guó)海軍裝備維修由過(guò)去單一的以定時(shí)維修方式發(fā)展為定時(shí)、視情和事后三種維修方式，目前又在預(yù)測(cè)性維修、以網(wǎng)絡(luò)為中心的維修和智能故障診斷技術(shù)方面有了更深入的研究。

2.1 預(yù)測(cè)性維修技術(shù)

電子裝備預(yù)測(cè)性維修［1］（Predictive Maintenance）以狀態(tài)為依據(jù)（Condition Based），在傳統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)控和故障診斷技術(shù)基礎(chǔ)上，綜合多種先進(jìn)的技術(shù)，對(duì)裝備進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷，準(zhǔn)確地判定裝備所處的實(shí)際狀態(tài)，預(yù)測(cè)裝備狀態(tài)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，依據(jù)裝備的狀態(tài)發(fā)展趨勢(shì)和可能的故障模式，預(yù)先制定預(yù)測(cè)性維修計(jì)劃，并據(jù)此決定對(duì)其進(jìn)行更換或維修的過(guò)程。

預(yù)測(cè)性維修集裝備狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障診斷、故障（狀態(tài)）預(yù)測(cè)、維修決策支持和維修活動(dòng)于一體，是一種新興、先進(jìn)的維修理念，是基于實(shí)時(shí)或接近實(shí)時(shí)評(píng)估裝備狀態(tài)的一系列維修活動(dòng)。其核心思路是通過(guò)加強(qiáng)和完善監(jiān)測(cè)監(jiān)控手段，掌握裝備的工作狀態(tài)，進(jìn)行科學(xué)統(tǒng)計(jì)和預(yù)測(cè)，推斷出裝備發(fā)生故障的趨勢(shì)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并采取相應(yīng)對(duì)策，提出裝備維護(hù)建議，使有些故障在發(fā)生之前得到有效預(yù)防，有些嚴(yán)重的故障可以在有輕微故障苗頭時(shí)得到控制并被排除。

它具有以下突出優(yōu)勢(shì)：

1）能提前預(yù)測(cè)故障，把故障消滅在萌芽狀態(tài)。預(yù)測(cè)性維修采取的是主動(dòng)巡檢，提前發(fā)現(xiàn)故障征兆，故而能在故障發(fā)生之前，及時(shí)更換有故障隱患的部件或者控制輕微故障的苗頭，確保電子裝備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2）能較大幅度地降低維修費(fèi)用，縮短維修時(shí)間和避免過(guò)度維修。預(yù)測(cè)性維修只針對(duì)即將有問(wèn)題的部件，沒(méi)有問(wèn)題或者狀態(tài)良好的部件將維持原態(tài)。

3）充分利用電子裝備全壽命周期，維修形成了科學(xué)合理的維修計(jì)劃。預(yù)測(cè)性維修系統(tǒng)使維修工作變被動(dòng)為主動(dòng)，主動(dòng)形成的維護(hù)計(jì)劃更加貼切，更加穩(wěn)妥地為裝備全壽命使用著想，有利于裝備使用壽命。

4）按照實(shí)際安排的維修保養(yǎng)，大大提高了裝備的使用率。以往發(fā)生故障，裝備必須完全停機(jī)進(jìn)行維修，降低了裝備的使用率，影響一些任務(wù)的執(zhí)行。

5）能大幅提高供應(yīng)效率，降低備件供應(yīng)難度。在以往維修模式下，不管部件會(huì)不會(huì)壞，倉(cāng)庫(kù)全都有備件。到裝備完全報(bào)廢時(shí)，部分備件還沒(méi)使用過(guò)一次，造成備件供應(yīng)效率低下。采用預(yù)測(cè)性維修后，根據(jù)統(tǒng)計(jì)規(guī)律，容易損壞的部件就多備份，不容易損壞或從來(lái)不損壞的就少備或者完全不備，從而大大優(yōu)化備件的存儲(chǔ)。

為了解決計(jì)劃修理帶來(lái)的人員、時(shí)間和費(fèi)用極大浪費(fèi)的問(wèn)題，在對(duì)美國(guó)海軍計(jì)劃建造的下一代DD（X）導(dǎo)彈驅(qū)逐艦的裝備維修保障上，美國(guó)國(guó)防部已經(jīng)正式頒布了基于狀態(tài)的維修指令，形成包含傳感器、數(shù)據(jù)采集設(shè)備、故障檢測(cè)子系統(tǒng)和診斷子系統(tǒng)的狀態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)，確保降低維修和后勤保障費(fèi)用，提高維修效能，便于匯總保障維修和后勤行動(dòng)的信息資源。

無(wú)線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、小型化技術(shù)以及AI技術(shù)的進(jìn)步，為預(yù)測(cè)性維修系統(tǒng)的不斷完善和壯大注入了活力，預(yù)測(cè)性維修系統(tǒng)在向網(wǎng)絡(luò)化、無(wú)線化的趨勢(shì)發(fā)展，智能化的預(yù)測(cè)性維修系統(tǒng)加上日益完善的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，為這些問(wèn)題的解決打開(kāi)了思路。

2.2 以網(wǎng)絡(luò)為中心的維修技術(shù)

以網(wǎng)絡(luò)為中心的維修是指維修中心系統(tǒng)和電子裝備系統(tǒng)組成一個(gè)以計(jì)算機(jī)為中心的信息網(wǎng)絡(luò)體系，維修中心使用網(wǎng)絡(luò)通信和視頻測(cè)試技術(shù)來(lái)獲取損壞設(shè)備的運(yùn)行圖像及相關(guān)數(shù)據(jù)、狀態(tài)，并實(shí)時(shí)傳送給維修中心的專(zhuān)家。專(zhuān)家們借助于電子裝備上安裝的狀態(tài)檢測(cè)傳感器，在遠(yuǎn)端對(duì)存在故障隱患的裝備或已發(fā)生故障的裝備展開(kāi)測(cè)試，并根據(jù)測(cè)試結(jié)果，通過(guò)電子郵件向電子裝備系統(tǒng)操作員或保障人員發(fā)出指令，提出排除隱患的方法或者解決故障的對(duì)策。

以網(wǎng)絡(luò)為中心的維修技術(shù)實(shí)質(zhì)是最大程度地利用互聯(lián)網(wǎng)和軍用通信網(wǎng)絡(luò)，使維修機(jī)構(gòu)和操作人員、各級(jí)維修人員能夠通過(guò)安全的網(wǎng)絡(luò)化設(shè)施，了解電子裝備運(yùn)行態(tài)勢(shì)、交流維修信息、查找故障隱患、指揮與實(shí)施維修行動(dòng)，解決電子裝備遇到的維修問(wèn)題，達(dá)到降低維修費(fèi)用，提高維修效率的目的。

它具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）能兼容預(yù)測(cè)性維修技術(shù)。這種維修方式可以監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行技術(shù)狀態(tài)，提前預(yù)測(cè)故障，將故障隱患消滅在萌芽狀態(tài)。

2）能兼容遠(yuǎn)程維修技術(shù)。它可以在發(fā)生故障時(shí)，進(jìn)行維修人員與遠(yuǎn)方人員或信息源之間的資料或信息的電子傳輸，以便外場(chǎng)維修人員根據(jù)裝備遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)傳送的信息在裝備執(zhí)行任務(wù)返回之前及時(shí)準(zhǔn)備好維修用的備件和工具，當(dāng)裝備返回時(shí)便可立即進(jìn)行維修；或現(xiàn)場(chǎng)接受維修培訓(xùn)和指導(dǎo)。可以有效利用后方基地的專(zhuān)家系統(tǒng)和先進(jìn)的故障診斷設(shè)備，通過(guò)信息傳輸系統(tǒng)，使前方維修人員能從后方獲得技術(shù)指導(dǎo)和維修信息。

3）能有效進(jìn)行故障檢測(cè)。可以利用網(wǎng)絡(luò)中心將不同電子裝備上同一種設(shè)備狀態(tài)信息集中在一起，形成一套數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)分析對(duì)比，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障隱患，也可以在該裝備發(fā)生故障時(shí)，對(duì)其他裝備進(jìn)行測(cè)試，以判斷這些裝備否會(huì)出現(xiàn)同樣的故障。

4）能最大程度地利用互聯(lián)網(wǎng)或軍用通信網(wǎng)絡(luò)，使維修利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算能力，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷、遠(yuǎn)程測(cè)試和鑒定，遠(yuǎn)程下載軟件和提取裝備數(shù)據(jù)和遠(yuǎn)程獲取裝備配置數(shù)據(jù)。

5）能保證在第一時(shí)間完成高質(zhì)量修理，并且在有效時(shí)間內(nèi)通過(guò)分享經(jīng)驗(yàn)而提高維修人員技術(shù)熟練水平，同時(shí)降低對(duì)培訓(xùn)的要求，從而顯著減少裝備在現(xiàn)場(chǎng)修理時(shí)間和停用時(shí)間，提高裝備完好性，降低使用與保障費(fèi)用。

美國(guó)海軍海下作戰(zhàn)中心提出了的一種輔助潛艇人員進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)中心維修（network centric maintenance，NCM）方案，當(dāng)潛艇出現(xiàn)故障時(shí)，船員使用攝影機(jī)拍攝下故障設(shè)備的圖像。同時(shí)，遠(yuǎn)在海濱基地維修中心的專(zhuān)家借助網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)時(shí)看到這些圖像，借助于分布在潛艇上的傳感器，維修專(zhuān)家可以在維修中心對(duì)潛艇上的故障設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試。根據(jù)測(cè)試結(jié)果，維修專(zhuān)家通過(guò)電子郵件向潛艇發(fā)出指示，介紹解決問(wèn)題的方法，并提出有關(guān)建議。此外，專(zhuān)家還能通過(guò)電子手段對(duì)整個(gè)艦隊(duì)所有潛艇上的系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，以查看其它潛艇是否存在發(fā)生類(lèi)似故障的風(fēng)險(xiǎn)，還可以對(duì)艦隊(duì)每艘潛艇上的導(dǎo)航系統(tǒng)軟件進(jìn)行升級(jí)。NCM提出要最大程度地利用國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)和軍事通信網(wǎng)絡(luò)，使外部政府機(jī)構(gòu)能夠安全地與艦艇保持聯(lián)系，通過(guò)這種方式來(lái)降低費(fèi)用并提高效率。

貫穿以網(wǎng)絡(luò)為中心的維修技術(shù)的兩條主線是技術(shù)手冊(cè)的數(shù)字化和互聯(lián)網(wǎng)訪問(wèn)，其思想是使現(xiàn)場(chǎng)維修人員不僅能訪問(wèn)最新的便攜式壓縮數(shù)據(jù)庫(kù)，而且借助于本單位的局域網(wǎng)經(jīng)因特網(wǎng)與后方維修中心的技術(shù)專(zhuān)家可以直接聯(lián)系。其實(shí)現(xiàn)手段主要是借助于可穿戴計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、交互式電子技術(shù)手冊(cè)和網(wǎng)絡(luò)通信來(lái)實(shí)現(xiàn)。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，這種維修技術(shù)越來(lái)越體現(xiàn)了它的優(yōu)勢(shì)。

2.3 智能故障診斷維修技術(shù)

電子裝備智能故障診斷維修是在維修過(guò)程及維修管理的各個(gè)環(huán)節(jié)中，以計(jì)算機(jī)為工具，并借助人工智能（AI）技術(shù)來(lái)模擬人類(lèi)專(zhuān)家智能，對(duì)故障進(jìn)行分析、判斷、推理、診斷和維修決策等活動(dòng)。

故障診斷是電子裝備在一定工作環(huán)境下查明導(dǎo)致系統(tǒng)某種功能失調(diào)的原因或性質(zhì)，判斷劣化狀態(tài)發(fā)生的部位或部件，準(zhǔn)確地進(jìn)行故障檢測(cè)、診斷和故障隔離。采用專(zhuān)家系統(tǒng)，進(jìn)行故障診斷是人工智能技術(shù)在維修領(lǐng)域最為廣泛的應(yīng)用。根據(jù)故障現(xiàn)象，利用匯集維修領(lǐng)域?qū)＜抑R(shí)和經(jīng)驗(yàn)建立計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)或者專(zhuān)家系統(tǒng)，包括建立系統(tǒng)的仿真模型，實(shí)時(shí)采集信號(hào)，模擬系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，通過(guò)分析仿真結(jié)果來(lái)判斷故障，或者建立故障特征綜合庫(kù)、知識(shí)庫(kù)，推理機(jī)、解釋機(jī)、維修策略信息庫(kù)、人機(jī)交互系統(tǒng)等，或采用基于案例推理的方式，進(jìn)行故障檢測(cè)與診斷，以便為設(shè)備管理人員或維修人員提供故障檢測(cè)與診斷的智能決策。

它具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）故障診斷準(zhǔn)確，快速。通過(guò)建立仿真模型，或者快速搜索對(duì)比故障特征信息庫(kù)、知識(shí)庫(kù)，能準(zhǔn)確判斷故障原因，快速利用維修策略信息排除故障。

2）智能化程度越來(lái)越高。由于知識(shí)運(yùn)用的不足，傳統(tǒng)故障診斷技術(shù)處理結(jié)構(gòu)雜、深層次故障時(shí)顯得力不從心，而且傳統(tǒng)技術(shù)的使用對(duì)操作員能力要求較高；而人工智能發(fā)展?jié)u趨成熟，促使故障診斷技術(shù)走向了智能化。

智能故障診斷技術(shù)包括模糊技術(shù)、灰色理論、模式識(shí)別、失效樹(shù)分析、診斷專(zhuān)家系統(tǒng)等。前幾種技術(shù)只是在某種程度上運(yùn)用了邏輯推理知識(shí)，部分解決了診斷過(guò)程中諸如信息模糊、不完全、故障分類(lèi)和定位等問(wèn)題；而診斷專(zhuān)家系統(tǒng)則可以以自身為平臺(tái)，綜合其它診斷技術(shù)，形成智能故障診斷系統(tǒng)。因此智能故障診斷技術(shù)一般就指診斷專(zhuān)家系統(tǒng)。

故障診斷技術(shù)經(jīng)歷了20世紀(jì)60年代初的閾值診斷、70年代初的算法診斷，到70年代末發(fā)展成智能診斷，即利用人工智能的專(zhuān)家系統(tǒng)技術(shù)，建立故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)，隨后形成了以診斷專(zhuān)家系統(tǒng)為平臺(tái)的，集成多種診斷技術(shù)的智能診斷系統(tǒng)。

機(jī)內(nèi)測(cè)試（build－in test，BIT）技術(shù)是為系統(tǒng)和設(shè)備內(nèi)部提供檢測(cè)、故障隔離的能力。自美國(guó)在20世紀(jì)70年代將其用于軍用電子設(shè)備以來(lái)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于各類(lèi)大型電子裝備。隨著VLSI和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，BIT技術(shù)結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜、功能日益強(qiáng)大，正發(fā)展成為集狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障診斷為一體的綜合系統(tǒng)。

3 結(jié)語(yǔ)

未來(lái)海軍艦艇電子裝備維修向著遠(yuǎn)程故障維修、分布式故障診斷、虛擬專(zhuān)家維修、便攜式診斷儀、故障的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)和智能診斷決策支持系統(tǒng)等趨勢(shì)發(fā)展，維修技術(shù)也越來(lái)越具有預(yù)測(cè)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和智能化技術(shù)的發(fā)展，這些技術(shù)是大型電子設(shè)備維修的一個(gè)很有前景的發(fā)展方向。目前國(guó)內(nèi)在遠(yuǎn)程技術(shù)支援、便攜式診斷儀、專(zhuān)家數(shù)據(jù)庫(kù)和狀態(tài)檢測(cè)等方面已經(jīng)開(kāi)展了一些活動(dòng)，一些儀器設(shè)備已投入到裝備日常維修保障中，但是在體系和規(guī)范上還未形成制度，尚未普及推廣。研究和借鑒國(guó)外電子裝備維修技術(shù)，特別是美國(guó)海軍在艦艇電子裝備維修方面的方法手段，進(jìn)一步拓展維修保障理念思路，探索新模式，更好地滿(mǎn)足海軍艦艇電子裝備維修保障需求。

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