信息化裝備運行數(shù)據(jù)的采集和使用探討

王 凱 杜 丹 吳迪新

(1.中國人民解放軍32382部隊 北京 100000；2.陸軍裝備部駐北京地區(qū)軍事代表局駐石家莊地區(qū)第一軍事代表室 河北石家莊 050000；3.西安電子工程研究所 西安 710100)

0 引言

隨著我軍裝備不斷地轉(zhuǎn)型升級，信息化建設(shè)不斷取得新突破，武器系統(tǒng)在精細指揮、精確打擊方面進步顯著。但在精準保障方面，未能充分發(fā)揮信息化手段的巨大優(yōu)勢，在裝備管理、狀態(tài)評估、備件消耗預測上存在一定差距。現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展，信息化裝備特別是雷達裝備功能越來越強，集成度越來越高，系統(tǒng)越來越龐大，故障模式越來越復雜，給裝備的管理和保障提出了新的挑戰(zhàn)。但計算機技術(shù)在裝備中的大量應用以及現(xiàn)代化檢測設(shè)備的不斷進步給裝備的運行和狀態(tài)數(shù)據(jù)的提取提供了途徑，通過對裝備運行數(shù)據(jù)的采集及分析，給裝備的管理和保障提供了新的思路和手段[1-2]。

本文討論了信息化裝備運行和狀態(tài)數(shù)據(jù)提取的可行性，給出了裝備運行和狀態(tài)數(shù)據(jù)在裝備管理、器材供應、故障預測與維修方面的應用方法，甚至對于產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)都有一定的借鑒意義。

1 裝備運行與狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集

信息技術(shù)的發(fā)展與應用，給裝備的運行與狀態(tài)數(shù)據(jù)的提取提供了比較豐富的方法，通過將信息化裝備(典型的如雷達)機械、電氣、光學以及周邊環(huán)境等各部位的參數(shù)通過傳感器轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)過信號調(diào)理后轉(zhuǎn)換為模擬量、數(shù)字量或者計算機標準接口數(shù)據(jù)，進行計算機采樣分析[3]。

現(xiàn)代計算機的發(fā)展，為裝備狀態(tài)檢測及數(shù)據(jù)采集提供了廉價、高效、可靠的手段。一種通用型裝備狀態(tài)監(jiān)測硬件結(jié)構(gòu)以計算機電路為核心，外圍設(shè)計有弱電信號采集電路、強電信號采集電路、數(shù)字信號采集電路以及多種計算機標準接口電路等[8]，如圖1所示。

圖1 裝備狀態(tài)監(jiān)測通用電路框圖

能夠采集記錄的數(shù)據(jù)有如下五種：

1)借助裝備中的計算機系統(tǒng)記錄開關(guān)機、發(fā)射機的開關(guān)機等運行動作時間節(jié)點。

合理的備件庫存儲備，不但可以有效地保證設(shè)備維修的需要，不斷提高設(shè)備的可靠性、減少因故障停機的時間，而且還可以將用于備件儲備的資金占用降低到一個較低的合理的水平上。

上杭錐種子采自上杭縣步云鄉(xiāng)，采集時間為2016年10月，選取結(jié)實盛期，樹干通直，無病蟲害的林分作為采種林分。收集地面掉落的新果，脫粒后去除雜質(zhì)，篩選潔凈種子，按種粒大小對種子進行分級，備用。

4)裝備運行與狀態(tài)數(shù)據(jù)庫的人工維護。判斷剔除裝備的計算機記錄的虛假錯誤動作或故障狀態(tài)；記錄認為必要的計算機無法自動記錄的動作或狀態(tài)。

5)借助計算機系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)接口進行數(shù)據(jù)拷貝或通過通信網(wǎng)絡(luò)進行遠程數(shù)據(jù)獲取。

裝備運行與狀態(tài)數(shù)據(jù)示例(線段長度不反應時間)如圖2所示。

圖2 裝備狀態(tài)采集示例

2 裝備運行與狀態(tài)數(shù)據(jù)的分類及應用

運行于狀態(tài)數(shù)據(jù)采集之后，可以綜合應用基于規(guī)則、實例、模糊理論、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及貝葉斯網(wǎng)絡(luò)故障診斷模型對數(shù)據(jù)進行分類分析，以獲取裝備狀態(tài)的有效結(jié)論。特別是近年來武器系統(tǒng)愈加復雜，系統(tǒng)內(nèi)部各構(gòu)成部件之間相關(guān)聯(lián)耦合等原因，故障點位與裝備狀態(tài)數(shù)據(jù)間難以一一對應，對于裝備數(shù)據(jù)的分析應用提出了挑戰(zhàn)。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)理論因其具備堅實的理論基礎(chǔ)、很強的學習能力、善于表達復雜系統(tǒng)因果關(guān)系等原因，在裝備保障領(lǐng)域愈來愈顯現(xiàn)出其相較于其他分析分類方法的有效性。

2.1 裝備維修決策應用

根據(jù)假說1a，在因變量IE表示投資過度時，預期總體樣本、國有企業(yè)和非國有企業(yè)樣本的回歸系數(shù)α1顯著為正值；根據(jù)假說1b，在因變量IE表示投資不足時，預期總體樣本、國有企業(yè)和非國有企業(yè)樣本的回歸系數(shù)α1顯著為負值；基于假說1c，無論是投資過度還是投資不足的分組中，預期國有企業(yè)樣本的回歸系數(shù)α1的絕對值大于非國有企業(yè)樣本的回歸系數(shù)α1的絕對值。

海德格爾表示“技術(shù)的白晝，是世界的黑暗”。數(shù)字技術(shù)的發(fā)展降低電影門檻，也給電影產(chǎn)業(yè)帶來不利影響，娛樂至死現(xiàn)象嚴重。為迎合大眾趣味，網(wǎng)絡(luò)電影呈現(xiàn)爛俗化與泛娛樂化并行局面。

1) 通過技術(shù)狀態(tài)數(shù)據(jù)直接識別早期故障；例如發(fā)射機不能開關(guān)機，通過裝備技術(shù)規(guī)則模型結(jié)合馬爾科夫鏈、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)方法分析出顯式或隱式故障點[4]。

2)通過監(jiān)測某些裝備參數(shù)，預測退化或老化直至失效的部位；例如針對發(fā)射機功率、接收機電平的監(jiān)測，可對其進行預防性維修，恢復裝備性能。

4)對于采集的包括溫濕度等環(huán)境數(shù)據(jù)在內(nèi)的所有技術(shù)狀態(tài)數(shù)據(jù)綜合進行相關(guān)性分析并降維剔除多余物理量，然后按照貝葉斯網(wǎng)絡(luò)理論方法構(gòu)建故障推理機，尋找故障間依賴關(guān)系，探查裝備可靠性薄弱環(huán)節(jié)，并綜合利用維護保養(yǎng)、預測維修以及設(shè)計改進等多種手段延長裝備故障發(fā)生間隔周期，降低故障率。

3)可針對某些物理量設(shè)定失效門檻；例如可針對隨動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動啟動電流設(shè)定啟動門檻，電流過大時可啟動保護并報錯，以提示進行裝備故障維修。

2.2 技術(shù)服務備件的籌措應用

2)借助裝備中的自動故障診斷系統(tǒng)，記錄裝備中可檢測到的所有故障發(fā)生的時間節(jié)點以及節(jié)點上的溫度、濕度、氣壓、鹽霧等環(huán)境信息。

例如備件資產(chǎn)投入總量控制下，備件投入計劃按照如下步驟提出：

依據(jù)計算機自動記錄的裝備故障狀態(tài)信息數(shù)據(jù)更加完備充分，避免了人工記錄的遺漏、錯誤等情況，并且可以借助計算機程序?qū)νN裝備的所有歷史故障數(shù)據(jù)進行自動統(tǒng)計分析，依據(jù)不同政策給出備件儲備建議，保證了結(jié)果的可信度與合理性[5-7]。

利用軸向振動信號監(jiān)測診斷透平壓縮機組，對于推力瓦組件損壞、斷軸等故障，可以在利用徑向振動信號監(jiān)測診斷透平壓縮機組故障的同時，充分發(fā)揮軸向振動信號的作用，利用軸向電渦流位移傳感器采集的軸位移信號中的交流動態(tài)振動信號，對于監(jiān)測、診斷、預報透平壓縮機軸瓦部件損壞、轉(zhuǎn)子主軸斷裂非常有效，有時可以起到徑向振動信號達不到的效果。

目前裝備備件儲備計劃的提出，依據(jù)了技術(shù)服務過程維修報告中體現(xiàn)的備件損耗，比較合理。但仍存在一個較大的備件籌措合理性的提升空間。

1)按照故障發(fā)生的概率P(j)，對發(fā)生過故障的系統(tǒng)進行排序，排序“1”為概率最大，排序“2”次之，以此類推，直至N。

通過分析分類采集的裝備運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，可以作為為裝備的維修及維護保養(yǎng)計劃制定的依據(jù)。

琿春市在高鐵開通后吉林省內(nèi)游客明顯增加，客源地主要是長春市、吉林市，表現(xiàn)出明顯的馬太效應。吉林省外游客數(shù)量同樣增長了10%,表明出游者的旅游半徑明顯擴大，琿春市開始具有吸引中遠程游客的能力。

死體可燃物含水率(Y)與氣溫(X2)、相對濕度(X3)、連旱天數(shù)(X4)、風速(X5)、蒸發(fā)量(X6)之間的數(shù)學模型為：

2)計算故障發(fā)生的概率分布

(1)

3)確定備件對故障的命中率P(K≤m)及投入的費用總額Q。

其中qk=wεk、qj=wεj/wj分別表示本國與進口中間品目的地、出口目的地的實際匯率。由式(6)可知，企業(yè)加成率markup與邊際成本mc分別為：

3)使用必要的信號調(diào)理及采集技術(shù)獲取裝備的技術(shù)指標數(shù)據(jù)，記錄到統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫中。

4)根據(jù)各分系統(tǒng)價格q(j)，根據(jù)公式(2)-公式(4)確定備件總量W及各系統(tǒng)備件量w(j)

(2)

(3)

確定實際投入資金總額

（3）CO2檢測 CO2濃度過高會引發(fā)溫室效應、冰川融化等災害，所以需對CO2進行實時監(jiān)測。本設(shè)計為電化學CO2傳感器，適用于CO2的定性測量。模塊自帶信號放大電路，進一步提高了檢測的靈敏度。

(4)

備件確定過程仿真計算如圖3所示。

圖3 備件籌措方法在excel表中的仿真計算示例

2.3 裝備(系統(tǒng))失效形式的確定與運用

將同一種不同批次不同編號的裝備運行狀態(tài)數(shù)據(jù)在時間上對齊，按照運行時間段統(tǒng)計裝備(系統(tǒng))中不同模塊的失效率f(t)的情況

(5)

根據(jù)各部分浴盆曲線形態(tài)反饋至生產(chǎn)單位進行生產(chǎn)工藝等改進，反饋至科研單位進行技術(shù)改進，技術(shù)服務部門根據(jù)失效情況制定合理的保障策略，以提高產(chǎn)品的可靠性和裝備的完好率，延長裝備壽命。下圖給出了裝備運行過程中技術(shù)改進的方向，通過各階段的不斷努力，浴盆曲線將接近曲棍曲線。

失效模型曲線及改進方向如圖4所示。

圖4 裝備故障浴盆曲線模型及改進方向

3 結(jié)束語

本文從現(xiàn)代信息化裝備特別是雷達裝備技術(shù)特點入手，分析了裝備運行相關(guān)數(shù)據(jù)的存儲方法，探討了數(shù)據(jù)在裝備保障等領(lǐng)域的應用，為雷達等信息化裝備在保障性及可維修性等方面進行針對性設(shè)計提供了借鑒。