PHM技術在飛機裝配單元中的應用分析

黃維

摘 要：本文從飛機裝配入手，剖析PHM技術，綜述其體系框架與工作流程。以某型飛機的尾翼制造為例，探討PHM技術的運用，分別從建構集中管理平臺與檢測工裝變形兩個方面展開。以供參考。

關鍵詞：PHM技術;飛機;裝配單元

引言：高效、高精度、智能及低成本為所有建設加工業務追求的目標。飛機制造期間，收集、分析與預測多源數據，可有效提升裝配過程的品質及效果，并利于減少各項成本的浪費量，達到資源的科學整合。利用現代科技手段，緩解甚至完全克服飛機裝配時的不確定性問題，減少維護的費用比例。

1 飛機裝配

裝配環節是飛機制造任務中主要工作之一，如今國內在此方面逐漸形成智能化與數字化的特點。并且，在機器人技術自動制孔、柔性裝配、激光跟蹤等現代化系統的運用后，裝配過程更加高效，技術能力有所提升，滿足裝配環節對多元化功能的要求。在飛機更新換代中，裝配工作的復雜性有所提升，干擾性因素也逐漸增多，造成裝配單元出現異常甚至直接失效的概率相應提升，所以在飛機投入應用后的保養維護中，費用量大幅度增多，提高了在生產全過程的成本的占比。

2 PHM技術剖析

現代信息科技的成熟，給PHM技術創造更多的成長機會。PHM技術是當前軍民兩用的技術手段，目的是維護復雜系統可維修性、平穩性、安全性以及控制周期成本等，如今航天、電子、核反應堆等均有其身影，并得到若干工業領域中專業人士的注目。

2.1技術概述

PHM技術分成預測與健康管理兩項，其中預測是按照系統當前與以往的性能情況，預測飛機對應部件與整個系統的健康程度。而健康管理則基于判別及預測的數據結果，以及能運用的維修條件、應用標準，生成最佳的維修方案。PHM技術最初開發的意圖是為讓視情維修能代替事后處理及定期維護。所謂的視情維修強調預防維修，將傳統被動式的工作形式轉變成先導化的保護任務。利用適宜的傳感裝置、數據算法與模型，對維修對象的應用狀態進行評估，以及時采取有效手段，消除及把握潛在問題，確保飛機系統具備平穩性與安全性，并能下調維護成本，避免額外經濟資源消耗。PHM技術的成長道路上，通過外部與機內檢測，并經歷智能BIT及綜合診斷，最終形成PHM。升級完善中，使診斷及預測異常、系統集成三個層面模均得到發展，由原本部件級細化到系統級的運用程度。此外，維修模式從事后維修逐漸發展到狀態與智能層面上的維護，更準確地保障設備健康運行。如今，維修工作的針對性有所提升，確實加深智能化的程度[1]。

2.2體系框架

單套PHM系統中有信息采集、處理與管理等部分。其一，信息采集為該系統的基礎性技術單元，是利用安裝于現場的傳感裝置，得到能反映系統健康情況的信息。其二，信息處理則是把所有采集到的信息加以歸納分類，此處涉及到設置數據格式、消除噪波與信息壓縮等，以方便后續提取應用信息的需要。此外，信息融合在處理單元中處于深層次的位置，會面臨諸多繁雜的計算。信息融合是利用各數據之間存在的協作或者競爭關系，把通過類型的信息合并起來，并消除無保留價值的信息，將生成的數據資料，高精度地傳送至管理單元中。其三，管理單元為PHM系統核心部分，集合若干算法，還涉及到神經網絡等的物理模型。利用異常推理預測以及健康評估，判斷系統里重要元部件及設備的運行狀態，估計應用性能與今后可用年限。并制定解決問題的計劃，例如診斷信息文件、維修說明等，保障維修任務中各項準備環節能穩步推進。

2.3工作流程

PHM技術比較典型的運用是F-35戰斗機，具體的工作流程是：針對PHM系統內組件、子系統等是數據采集處理，同時把信息傳給地面的PHM系統開展維修分析，以給出維修處理安排。最后通過工作規劃及資源管控整合，落實維修行為。按照美軍發布的統計數據，該戰斗機在裝載PHM系統后，故障不再復現率下調82%。維修工作的人力投入下降20%∽40%，出動架次率也在原本的基礎上提升25%。戰斗機應用和保障成本控制在原本的半數左右，可飛行時間長達8000h。而國內在PHM上的開發時間較短，但也獲得不小的成績，在高鐵、航空與導彈上都有涉獵。

2 飛機裝配單元中PHM技術的運用分析

以某型飛機為例，討論PHM技術的實際運用。該型號飛機的尾翼采用碳纖維復合型材質，因為纖維本身的硬度大，并且熱導能力不強，制孔期間材料容易被刀具損傷，但同時制孔作業還是尾翼裝配過程中比較關鍵并耗費時間的一步。由此來看，制孔品質與檢驗速度會影響到產品交付時間與制造費用。另外飛機的型架工裝為制作產品定位及生產的根本依據。筆者以某型飛機的尾翼裝配為分析對象，結合PHM技術理論和涉及到的關鍵工藝，提出用于裝配單元的PHM系統架構，以增強對制孔裝置及品質狀態等的管理力度。

2.1構建集中管理平臺

通過信息集中管理平臺，可獲取數據保存、處理與可視化的效果，其寄托在B/S模式下，應用簡便，有足夠的可擴展空間，具體分成三個模塊。首先，錄入單元，其是該管理平臺內部信息的重要來源。運行期間，能將借助傳感裝置獲取的信息，導進平臺中。此外還包括不能通過自動采集的信息，利用人工完成錄入任務。其次，信息管理單元，把尾翼裝配期間涉及到的裝置、工裝、制孔品質等具有各類特征的故障信息與預警信息，進行歸類與整合，并能直接生成分析決策資料。為飛機制造工程技術員比較清晰地了解制造模塊的工作情況，以及當下制造生產資料，基于此進行整體性評估。最后，配置管理單元，此部分的職責功能是針對管理員，進行交互設計。通過數據檢索頁面，管理員能隨時查找所需的資料信息，根據制造裝配項目需要，完成刪改與增添等動作。此外，管理員也能按照自身的喜好，設置管理平臺頁面布局與整體風格，適應自己的操作習慣，提高管理動作的效率，降低失誤率[2]。

2.2檢測工裝變形處理

飛機尾翼制造的工裝體積偏大，普通單目及雙目的處理方式，無法輻射到尾翼工裝整體，為此應當設置多目的檢測分析系統，并開發出可供多目相繼應用的全方位標定方式。與此同時，在飛機制造中，為保證精準度，要求不間斷地檢測工裝變形情況，所以會針對工裝上數個點及各個時間的坐標，執行測量動作，利用分析各點坐標與位移情況，評估工裝的變形狀態。實際建造中，需要提前在工裝上設置檢測點，借助攝影測量的方式，對各個點進行掃描及識別。下一步利用圖像處理等有關技術，提煉出對應點位的基本特征，此過程可用的圖像處理方式有去除背景、區域定位、編碼及解碼、邊緣擬合、形態學等?；诖?，獲取目標點的坐標信息，借助公共點轉化的計算方式，確定理論層面的坐標系中，各點對應的坐標描述結果。而后和之前制定工裝設計模型參數細致比對，得到二者之間的差值。最終利用工裝坐標信息的偏差設置，評估工裝變形情況。

結束語：

本文以某型飛機為討論對象，基于故障預測及PHM技術的有關理論內容，發揮此項技術的價值，保障飛機制孔設施的工作狀態，提升飛機制孔的品質，把控好工裝的應用效果，強化制造過程的管理力度，為飛機裝配構建平穩安全的單元運行空間。

參考文獻：

[1]李西寧，支劭偉，王悅舜，等.面向飛機裝配精準定位的狀態感知技術[J].航空制造技術，2020，（Z1）：46-51.

[2]徐海峰.基于MBD的飛機數字化裝配工藝協同設計研究[D].導師：唐敦兵.南京航空航天大學，2019.

作者簡介：

黃維（1988.05-），男，漢族，籍貫：江蘇，最高學歷：本科，目前職稱：初級職稱，研究方向：飛機制造工藝裝備領域。