视情维修策略在航空维修领域的应用和展望毕业论文绝对精品

1、视情维修策略在航空维修领域的应用和展望【摘要】本文主要阐述了视情维修(Condition Based Maintenance, CBM)是因为传统的维 修方式已经无法满足现在的需求而出现的-种新的维修方式，视情维修比传统维修方式 存在的相对优势。讲述了视情维修的设备状态监控的发展，从人工记录到人工智能每个 发展阶段中的缺点与优点。在国际上视情维修已经形成了标准规范，在国内的应用中主 要有状态监控报文、自主状态报文方式和中央系统维护的三种方式。在未来视情维修的 发展将向智能预测决策、远程智能无线和无线智能CBM发展。关键词：视情维修设备状态监控报文中央系统维护智能预测决策Abstract: Th

2、is paper mainly discusses the visual feeling Maintenance (Condition Based Haintenance, CBM) because the traditional Maintenanee mode can not meet the needs of the now appeared a kind of new Maintenance way, according to situation, Maintenance than traditional Maintenance method in relative advantage

3、. Tel Is the story of visual feelin maintenance equipment condition monitoring of development, from manual record to artificial intel 1 igence each stage of development of the disadvantages and advantages. In the international visual feeling maintenance has already formed the standerd, in domestic a

4、pplications mainly condition monitoring message, independent status message mode and the central system maintermnee of three ways. In the future according to situation, the development of the maintenance to the intelligent prediction decision, remote intelligent wireless and wireless intelligent CBM

5、 development.Key words: Condition Based Maintenance Equipment condition monitoring message The central system mairitenanceIntelligent prediction decision1概述11. 1CBM的出现11. 1CBM的相对优势12. CBM发展与应用32. 1CBM的发展32. 1.1人工记录32. 1.2机载记录32. 1.3飞机状态监控系统32. 1.4实时监控和人工智能32.2 CBM在国外的应用42.3 CBM在国内的应用52. 3. 1中央维护系统信息

6、52. 3. 2状态监控报文52. 3. 3自主状态报文53. CBM的发展趋势63.1 CBM智能预测决策63. 1.1设备状态监测.63. 1.2设备状态评估63. 1.3设备状态维修决策73.2远程智能维修73.2. 1数据的采集与处理83. 2.2远程智能维修的优点93.3无线智能CBM93.3. 1无线智能CBM系统的两种配置方式:103. 3. 2无线智能CBM的技术基础103. 3. 3无线智能CBM的传感器10结束语12谢辞13参考文献141 概述视情维修(Condition Based Maintenance, CBM)是一种对设备系统进彳亍定期或者 不定期检测，利用得到的系

7、统当前工作状态参数确定维修行为的维修方法。在莫布雷以 可靠性为小心的维修一书屮队视情维修有如下的描述：即用状态评估来检查潜在故障 (Potential Failures , PE ),以此采用适当的方法预防功能故障(Functional Failures , FF),或是避免功能故障的后果。在策略上，CBM是指在对装备的状态进行实时或近实时进行评估的基础上采取一系 列维修行动。1.1 CBM的出现传统的预防性定期维修在应用中存在着欠缺。20世纪70年代以来，由于测试技术、 仪器、信号分析和计算机技术的进步，以及设备的状态监控技术、故障诊断技术好维修 分析决策技术的迅猛发展，出现了以设备状态监测

8、与故障诊断技术为基础的视情维修， 并显示出巨大的优越性。1-1 CBM的相对优势视情维修以可靠性理论为依拯，以精确掌握设备的实际状况为前提，以少拆，少卸， 少修为原则，以最大限度延长机件工作时间和提高经济效益为目标.视情维修着眼于设 备的具体技术状态，是目前设备管理中较为经济,科学的一种维修方式它一出现便受到 了广泛的关注和重视，与传统维修方式相比CBM具有以下特征，(1) 技术先进实施视情维修的设备通常是高性能，高可靠性，高技术含量的现代设备，实丿施视情维 修的关键是采用现代化的故障检测，诊断手段，要求检测手段先进，检测仪器精确，诊断 方法正确，数据处理的精度高.(2) 维修针对性强视情维修

9、通过对具体设备，具体系统，具体机件的技术状况实施泄期的或连续的状 态监测，以精确掌握设备的实际状况，如果设备达到其性能标准，则继续使用，否则就采 取相应的预防措施，从而能有效减少维修工作量和因为维修而引进的早期故障.(3) 不影响设备的正常运行实施视情维修基本上不需要把设备移开其安装位置，且常常是在设备处于工作状态 时,进行无损检测，原位检测甚至在线检测，采用原位维修技术，因此很少干涉生产过程.(4) 经济效益好通过确定处于潜在故障点的设备(机件)，视情维修一方面避免了定期维修的维修不 足和维修过剩的缺点，充分利用了设备机件的有效工作寿命，还能保证较高的无故障工 作时间，使设备产生的效益达到最

10、高，另一方面，有针对性的维修使维修范围缩小，使维 修资源得到最有效的利用。2. CBM发展与应用2.1 CBM的发展在视情维修中包括设备状态监控和故障诊断两个过程，而设备状态监控是运川是保 证后面的工作顺利进行的前提。在视情维修屮状态监控流程主要包括机载系统化数据采集，将单点数据参数转化成 趋势变化参数，在运用网络将参数实时的传回地面数据库，组成机队的状态信息数据库。 从百分百的人工监控发展到百分百的机器监控，主要经历了 4个发展阶段。2.1.1人工记录普遍应用在民用和军飞机发动机状态监控的早起方法。飞机稳定巡航时由飞行员或 机械师人工记录驾驶舱仪表数据，输入终端数据库，再借助于软件分析。缺点

11、：应为记 录方式脱节，容易在读出、抄写和录入三个阶段出现错误，工作效率低，监控参数少， 准确性差。2.1.2机载记录利用数字飞行记录器或快速记录器中连续记录的参数重放，仅对发动机工作状况进 行监控。优点：避免记录环节可能出现的人部分错误，相对人工记录准确度提高。缺点: 对象仅限于发动机，记录部分参数，数据有限。2.1.3飞机状态监控系统使用飞机状态监控系统(aircraft condition monitoring system, ACMS)连续监控 飞行数拯链，记录汇总数据以报告方式呈递。优点：易于使用，监控范围广，准确度和 精度提高。缺点：前期投入和人员专业培训费用高。2.1.4实时监控和

12、人工智能运用ACMS和飞机通讯地址、报告系统(ACARS)实时将状态数据传递给地面数扌居库, 在用人工智能系统进行实时解析，选用有效地故障诊断、隔离措施。优点：实时性，及 时地面数据库数据分析能对飞机正常运行给予帮助及指导，地面维修也可以提前如期准 备，减少飞机过站、停场等进站维修时间，进一步提高飞机安全性和经济性。ACMS视飞机上主要安装的机载数据采集和处理系统，能以实时方式收集数据，对 发动机状态和飞机性能进行监控以及特殊的工程研究。而现行最先进的飞机发动机状态 监控系统，止是建立在先进的机载数据采集、通讯设备、空地通讯数据网络、计算机与计算机网络技术上全新的ACMSo这种机载数据采集和空

13、地数据通信系统在国外部分航 空公司已经应用，特别是应用与飞机、发动机的状态监控上。在现代自动化工厂，大致还保留有有三种基本状态监测方法：手动检查；便携 式状态监测；在线自动状态监测。2. 2 CBM在国外的应用CBM实施技术在国际上已经形成了标准规范IS013374 OSA-CBM(Open System Architecture for Condition Based Maintenance)标准。OSA-CBM标准的目的在于提供 -种开放的全球厂家共享的技术规范用以促进CBM策略在各行业的推广和发展，它试图 通过7层结构(图2-1)规范CBM系统的基础架构和功能。Layer4健康诊断层La

14、yer3状态检测层Layer2数据筛选层特征参数的实时传递Layerl数据采集层飞机系统图2-1 OSA-CBM的七个层次在美国视情维修是美军止在大力推行的一项维修政策。CBM起源于民用领域，目前 已在军事领域得到推广应用，特别是受到美国国防部的大力推动，作为实现其未来后勤 企业的6项创新举措之一。美国空军F-35战斗机的PHM系统已经具备了实施CBM的条件。 美国陆军航空兵也积极进行应用和发展，在UH-60 “黑騰”、CH-47 “支奴干”和AH-64 “阿帕奇”直升机上进行实践并取得了成效。AH-64和UH-60上的滑汕冷却器实施CB1 后，其寿命由2500小时延长到3500小时；实施CB

15、M后大幅度地减少了CH-47的50小时震动 检查，每架直升机每次检查可节省两个工时。2.3 CBM在国内的应用近年來，国内航空公司开始实践视情维修，并取得了相应成果，而且在航空维修中 得到了广泛的应用。这些成杲主要集中在以下三个方面。2. 3.1中央维护系统信息中央维护系统（CFDS）是一个集中式维护辅助系统，该系统采集飞机大部分系统的 维护信息。国内以中央维护系统为基础而开发的产品相对较多也比较成熟。例如，中国 国际航空股份有限公司（简称国航）开发的OMIS （是一种以分析数据仓库数据的研究系 统）系统，将采集的飞机维护信息通过ACARS（Aircraft communication add

16、ressing and reporting system）系统传递，可以实现维护信息的实时跟踪和在线监控，为机务维修 提供了大量的数据并缩短了故障诊断时间。中国南方航空公司（简称南航）开发的飞机远 程诊断实时跟踪系统（ACRDRTS）也具备了类似的功能。2. 3. 2状态监控报文报文是网络中交换与传输的数据单元，即站点一次性要发送的数据块。由于航空领 域中的需要，报文在航空的各个领域都有应用。国内己开始应用状态监控报文产品的开发。比如民航数据中心的SKYLINK （直译： 空中连接，是由APT公司研制的一款多通道音频传输系统）系统，就是将飞机起飞、巡 航阶段产生的报文以良好的口J视化界面展示，

17、对丁开展飞机状态监控，尤其是发动机的 状态监控有重要的意义。同时也应当看到，在国内开展应川状态报文的监控，的研究和 应用还有很大的深入空间。2. 3.3自主状态报文自主状态报文是基于状态维修的更进一步的发展，其应用研究在国内尚处于起步阶 段。2010年，国航立项开展了自主状态报文的研究与实践，开发了飞机状态监控系统 （APMS）。该系统通过自主报文的应用，实现飞机状态自动获取、分析及健康管理的功能。3. CBM的发展趋势CBM比传统的维修方式更为有效，并且在将來的发展中新的技术将会更有效的提供 维修服务，而在已有发展的成果下CBM的发展趋势主要集中在以下三个方面：(1) CBM 智能预测决策;

18、(2)远程智能维修;(3)无线智能CBM。3.1 CBM智能预测决策CBM的关键是维修智能化。它对于那些致力于推进使用效率及企业优势的业务智能 化系统是必不可少的。维修智能化的小心是决策支持。维修决策支持是状态监测与状态 维修Z间的桥梁，它还是实现减少停机时间、优化备件储存、平衡工作范围和减少拥有 费用等业务H标的驱动力量。CBM智能预测决策过程主要包括设备状态监测、设备状态 评估和设备状态维修决策。3.1.1设备状态监测设备状态监测是为了实现对设备状态跟踪而进行的采集、识别、分类和解译的活动。 机械设备的大多数故障，在其发生前都会有某些征兆，其相应的参数会发生一系列的变 化。设备状态监测就是

19、用仪器监测能表示设备状态好坏的参数，这些状态参数应能真正 表明设备故障状态，例如机械的振动、动静部件的碰磨、金属材料的磨蚀、转子的热应 力等。目前正在开发的监测技术种类极多，按其监测的征兆可分为以下几类： 动力学效应：监测动态部件以振动波、脉冲波和声波等形式散发的异常能量。 颗粒效应：监测大小和形状各异的离散颗粒在部件或组件运行环境中的变化。 化学效应：监测化学元素释放到环境中的数量变化。 物理效应：监测设备外观和结构尺寸的物理变化。 温度效应：监测设备本身由于温度升高所造成的故障。 电学效应：监测电阻、导电性和电位等，以便确是故障。通过连续监测反映设备状态变化的预警参数，就可以获得故障初期的

20、信息。只要设 备运行良好，没有因故障出现而发生状态变化，通过相关公式和运算法则计算出的状态 参数就应该保持恒定。3.1.2设备状态评估设备状态评估主要包括两个方而：智能状态故障诊断和设备性能衰退趋势预测。它 的主要目的有：查明隐患和初期异常；鉴定和定位故障根源；预测设备剩余寿命。(1)智能状态故障诊断智能状态故障诊断是一种对设备安全和性能状况决策的过程，主要任务是探察设备 异常状态、识别症状、分析症状信息和确定影响生产的故障原因。智能状态故障诊断特 别适用于复杂情况，分为三种基本类别：案例故障诊断、标准故障诊断和模型故障诊断。 常用的故障诊断方法有：模式识别诊断法；参数辩识诊断法；故障树故障诊

21、断法; 模糊诊断法；神经网络故障诊断方法；专家系统故障诊断方法。(2) 设备性能衰退趋势预测设备性能衰退趋势预测通过预告与设备性能衰退相关的症状信息而实现有计划的 维修活动。一旦某个部件被诊断为初始故障源，设备性能衰退趋势预测可以通过内嵌的 人工神经网络(ANNS)评定有缺陷部件的剩余寿命和失效程度。由于ANNS在非线性时间 数列趋势预测中的潜在能力，它可以被用作一种决策支持工具。在设备严重停机事故发 生之前，利用它可有足够的时间制订矫正性维修计划。循环神经网络(RNNs)是一种在 网络布局中存在闭坏的反馈性神经网络，它可以连续存储历史数据，这些信息町以在预 测中得以利用。3.1.3设备状态维

22、修决策设备状态维修决策的目的是为了解决维修过剩和维修不足这対才盾，并能够根据设 备的状态数据动态地安排预防性维修。什么时候维修、维修什么部位，要根据故障性质 及其发展趋势而定。在状态监测的基础上进行故障诊断后，很容易确定故障原因，但是 在确定具体维修时间时，不能只根据一个部件的故障而定，而要综合考虑全体部件的状 态，即把所有部件状态均列入一个运行维修网络图，维修人员根据运行维修网络图，按 设备重要程度、故障性质及部位综合考虑安排维修计划，然后，按计划进行相应的维修, 所以智能预测决策在这里就显得尤为重要。CBM智能预测决策支持系统可以在正常操作的情况下，支持维修决策，即应该么时 候和在什么部位

23、对设备进行维修。当设备在正常状态运行时，只需进行例行维护。当 被监视的设备预警参数指示设备处于功能衰退状态，并有町能导致功能性失效，故障发 展趋势分析系统应被启动以分析可能岀现的问题。在这种情况下，不需要执行特殊的维 修活动，但应该加强状态监测以避免紧急情况出现。当被监测的参数超岀预先规定的水 平，警报将被激活，首先到案例诊断系统，自动从历史档案中提取故障原因及解决办法。 如果警报状态是一种档案库屮没有的新情况，系统将会激活标准或模型诊断系统进行故 障诊断。当状态预警参数达到预先设定的保护水平时，设备系统就会突然或几乎完全停 机，这是设备出现重大故障的结果。在这种情况下，紧急性抢修活动将被执行

24、。3.2远程智能维修随着计算机网络技术的迅速发展，远程智能维修越來越得到研究人员的重视。远程 智能维修利川互联网，使维修机构和人员能够通过安全的网络化设施解决远程设备遇到 的维修问题，达到降低维修费用、缩短设备的停工待修时间和修理时间、提高维修效率 的目的。远程智能维修使各地的维修专家可以同时对远程设备进行网络会诊，生产管理层也 可以在任何时间任何地方了解到设备的运行状态，从而做出相应的生产和维修决策。这 样就可以实现对设备全生命周期进行监控，监控设备性能衰退，在性能衰退时规划维修 时间，避免工作时突然停机，让设备始终处于近“零故障”运转状态。远程智能维修如 图 3-1。其中数据的采集与处理是

25、非常重要的，它超保证后期工作可以正常准确进行的关 键。数据采集fri号控制状态数据 预处理和 接口模块恨入式网络模块和=ub网关j维r心主控系统图3-1远程智能维修图3. 2.1数据的采集与处理(1) 数据采集在图31中安装在设备中的各种传感器采集原始数据，在状态数据预处理和接口模 块中进行简单的数据分析处理，其结果经由Internet网络送达远程的维修中心主控系 统。该中心的智能诊断系统对送來的数据和存储在中心数据库里的历史数据作纵向比 较，同时和其他同类产品的数据作横向比较，如果比较结果正常则将数据送屮心数据库 存档，否则对异常数据进行分析，利用人工神经网络或Bayes原因概率理论推导出设

26、 备性能衰退的原因，并将结果通知智能维修系统。(2) 数据处理智能维修系统根据设备所处的性能阶段形成维修方案和具体维修措施，对丁简单的 维修措施，可以直接通过状态数据预处理和接口模块对其解码并进行格式转换來对设备 进行相关的控制与模式调整，复杂的维修活动可以通知现场维修人员进行操作。如果现 场安装有摄像机，维修屮心还可以进行实时指挥。同吋智能维修系统也将结果通知设计 和制造部门以使其改善产品性能。其屮状态数据预场设备和远程维修屮心Z间的信息传 输接口，承担着信息发送和接收的任务。3. 2. 2远程智能维修的优点远程智能维修是随着高技术设备的人量使用和计算机网络及通信技术的不断发展 应运而生的一

27、种先进的维修手段，它将现代通信技术、信息处理技术、计算机网络及多 媒体技术应用于设备维修领域，使得信息的获取、显示、存储、处理以及设备的实际修 理更为方便、快捷、精确和可靠，可以实现设备维修信息的数字化、汇总的口动化、传 递的网络化、决策的智能化。远程智能维修系统与传统的故障诊断技术相比具有以下特点：（1）实现了数据的移动，从而改变了一旦设备发生故障，诊断人员就疲于奔命的 被动局面；（2）增加了用于远程故障诊断的Web服务器，可与该技术领域力量较强的设备生产 单位、科研院所以及有关技术支持单位建立的故障分析诊断屮心互联，建立一种协作关 系，共同为系统提供远程故障诊断服务；（3）克服了地域障碍，

28、用户发出故障诊断请求后，可以在较短的时间内调动服务 器的所有技术资源，实现对设备的诊断和维修指导；（4）具有丰富的诊断数据库和诊断知识库，提高了诊断智能，并通过多手段、多 专家协同对故障进行会诊，可以大大提高故障诊断的准确性和可靠性。远程智能维修系统可以实现信号采集处理、状态识别口动化；能够实时显示、打卬 输岀分析结果；设备故障能自动报警并对故障性质、程度、部位及趋势做岀诊断；能将 大量文档资料储存起來，供有关人员查阅历史数据，为运行人员和管理人员提供可靠的 决策依据。专家系统的出现，使得远程智能维修系统更加智能化，它将专家的宝贵经验 与思想方法同计算机的存储、运算、分析能力相结合，能模拟专家

29、的推理判断和思维过 程，解决状态识别、诊断决策小的各种复杂问题。因此，建立设备远程状态监测和智能 维修系统，对发挥整体技术优势，提高维修保障效能，具有重要作用，必将成为未来维 修工作的重要实施手段。3.3无线智能CBM应用无线智能CBM系统，频繁的状态监测将改变工厂制定的维修和生产决策方案。通过数千个传感器监测设备(包括一些正在形成故障的系统)的状态，并通过智能故障 诊断软件分析所收集的状态数据的趋势，就能够预测出故障部件的剩余寿命。当该部件 处于最小破坏状态时，工厂就能够根据维修和生产情况确定停工期，使得过程生产量最 大化、费用最小化。3. 3.1无线智能CBM系统的两种配置方式：(1) 局

30、域CBM (Localised CBM)：通过维修工程师(技术员)或操作员承担邻近被 监测部件的维修任务，是独立的预防性维修活动。为了确定被监测部件的状态，需要定 期获取和记录CBM数据，然后确定设备的部件状态是否可以被接受。(2) 远程CBM (Remote CBM)：该系统可以单独使用或与其它商业系统联网使用。包 括在可疑部件的邻近地点监测部件的状态。Internet CBM为远程CBM提供了全球远程能 力，使得当职工远离工厂(甚至在海外)时仍然可以监测设备的状态。尽管远程监测系 统的初始安装费用高，但它们的运转费用相当平稳，与监测点的数量和监测频率无关。 而使用数据采集器监测的运转费用与

31、采集点的数量和每天测量的次数成正比。远程监测 系统主要川丁监测设备运转过程中的关键环节、设备运转时出现的已知故障、设备是否 超出最初设计的运转和记录即时的设备故障历史等。大多数制造业设备山于价格昂贵、 安装困难和系统复杂，所以不能完全实现远程监测系统。最常见的是将远程监测系统用 于设备关键部件上。3. 3.2无线智能CBM的技术基础“无线钢能CBM”就意味着一个CBM系统不需要人介入就能理解状态信息并做出决 策，其技术基础包括： 使用智能技术构造的传感器(聪明传感器)，该传感器能够传送充足、优质的信 息； 可重新设计编程的在线传感器，当能够被检测出的、可识别的模式发生改变时， 可编程对该传感器

32、装配新的规则； 用于对解译的传感数据进行趋势分析的运算规则、模糊逻辑和神经网络方法，这 些方法能够对被监测设备的故障可能性做出判断； 能够提供代理数据以替代将要发生故障或已发生故障的传感器的人工智能算法。3. 3.3无线智能CBM的传感器采集数据时一个技术员定期(每月或每个季度)使用数据采集器(datacollector) 到各处采集数据，然后使用趋势分析软件评估设备的健康状况，在数据采集中传感器是 非常重要的一部分，它是后续工作的前期保障，所以要求传感器要达到一些要求与特点。(1) 传感器的特点无线智能CBM系统的关键设备之一是传感器，无线传感器在以下场合具有显著优点: 釆集设备屮难以接近部

33、件的状态数据； 采集电力复杂环境中的状态数据； 采集移动应用设备的状态数据。(2) 对于传感器的要求对于无线智能CBM系统，传感器节点必须即插即用并具备异构联网性能。这样，另 外的传感器节点易于加入系统，并允许迅速地重新分配已存在的节点。此外，连接到主 机、用于从无线传感器网络中接收信息的收发器也必须容易使用和安装。维修是保证航空工作正常进行是重要手段，而视情维修姥现代化信息社会发展的的 产物，也是未来航空维修领域发展的必然趋势，对于航空维修领域具有非常大的实用价 值，在将來它将有广阔的发展前景。结束语本文围绕视情维修的理论问题和在实践丿应用中的问题进行了有益的研究和探索。论 文首先阐述了视情

34、维修的基本概念和方法，在此基础上概括了视情维修决策的基本过 程，我们研究的重点是能够解决实际应用屮存在的一些问题，并在此基础上进行归纳和 合结。随着设备自动化和复杂性程度增加，提高关键设备的有效性和维修性至关重要，传 统维修方式日益暴露出其局限性，设备的故障后果、停机损失、维修费用日益被人们重 视和关注，迫切需要随时学握设备的技术状态，以保证其发挥应有的功能和效能。因此, 现代化企业越来越重视CBM的作用。无线技术、电池化学、小型化技术的发展，使得优质价廉的无线智能CBM系统更加 容易实现。只有随时掌握最新的设备状态，才能够做出决策对维修和生产进行优化，才 能使航空设备更有效地运转。维修工程是一门实践性很强的科学，但是，在