状态维修技术在提升装备维修保障能力中的应用

冯保东，马俊文，黄艳松

(海军驻株洲地区航空军事代表室，湖南 株洲 412002)

20 世纪70 年代，国外装备建设发达国家开展了大量维修技术研究，提出了基于传感器技术、状态监测技术和故障诊断技术的状态维修(condition-based maintenance，CBM，亦称视情维修)理念，经过几十年的发展，大大提高了装备维修保障能力，减少了外场维修保障人员的劳动负担，提升了装备的战备完好率和任务成功性。而目前国内对状态维修的研究基本处于起步阶段，主要停留在跟踪性的研究上，还没有形成系统的理论，尤其是在维修优化决策、状态监测软件开发等方面处于空白，导致状态维修技术的应用存在局限性。随着大量高新技术的不断应用，我军武器装备呈现出系统化、复杂化、巨型化的发展趋势，传统的事后维修和预防维修方式已难以满足装备对维修保障的需求，更无法满足部队对新型装备快速形成战斗力的要求，这就给装备维修保障工作带来了新的压力，提出了新的要求。

1 状态维修技术介绍

1.1 发展过程

20 世纪50 年代之前，由于装备造价较低，故障造成的直接损失不大，维修理论欠缺、维修技术也不高，所以装备的维修通常是事后维修，即装备坏了才修，不坏不修。随着流水线生产的普及和故障造成的经济损失的加大，人们开始关注装备故障发生前的维护保养工作，采取定期更换装备零部件等方式来预防故障的发生，因此称之为预防维修，也称为定期维修，其修理间隔的确定主要根据经验和统计资料。这种维修方式盛行于20 世纪50 年代，其优点是可减少非计划故障，将潜在故障消灭在萌芽状态。预防维修采取定期检修或定期更换装备零部件等方式来预防故障的发生，其理论依据是装备故障率会随着运行时间的增加而增加，有一定科学性，但在具体实践中，以预防为主的周期性计划维修仍存在诸多弊端和局限性，如维修模式僵化，装备运转率降低，资源严重浪费，维修成本高，故障维修针对性差，易引发其他故障等。

20 世纪70 年代，随着传感器技术、状态检测技术和故障诊断技术的发展和应用，1 种全新的维修技术——状态维修技术孕育而生，并逐渐占据了主导地位。他着眼于各装备的具体运行状况，采用状态检测与故障诊断技术对装备部件进行追踪监测分析，及时发现初期故障，并预测其演变情形，先期确立维修预案，适时适度进行维修，增强了装备维修保障工作的主动性和针对性，达到了装备保障提前预测、及时消除的效果，有效降低了装备故障发生率，提高了装备的完好率，节约了人力和物力资源，对新型装备快速形成战斗力提供了有力保障。

1.2 理论内涵和特点

世界各国研究与实践证明，根据装备实际状态进行维修是行之有效的办法。任何装备发生故障前均有一定征兆，一般过程为:正常运行→故障萌发点→潜在故障点→故障点。如轴承故障前的振动信号、异常响声信号、滑油内金属颗粒信号的异常变化等。通过监测其状态参数，可捕捉到故障萌发点或潜在故障点的状态参数变化，从而进行分析，发现故障部位、性质及变化规律。目前国际上对状态维修的定义是通过测量装备的工作状态，构建1 套装备维修策略，以预计装备在未来是否会工作不正常，如果运行不正常，则给出相应的措施以避免异常带来的问题。

装备状态维修是在根据日常检测结果确认装备状态的基础上进行的，同时也是在有计划的状态下进行的预知维修。状态维修的理论目标是延长装备运行时间和检修时间间隔，减少检修项目。这种检修方式以装备当前的实际工作状况为依据，根据监测和分析诊断结果安排检测时间和方式，而并非传统方法中以装备使用时间为依据，其主要特点在于修理的预知性、针对性、及时性和维修方案的灵活性。

1.3 关键技术

状态维修技术的核心是状态监测和故障分析诊断方法。装备状态监测和故障诊断技术是1 门新兴的多学科综合技术。一般通过对装备的振动、噪声、磨损、电流、温度、油质等进行监测和技术分析，判断装备未来发展趋势，诊断故障发生的部位、原因，进而指导具体的维修工作。故障预测分为2种:1 种是对小时间范围内的部件状态进行预计，如对飞机来说，就是要预计飞机部件完好情况，是否适合完成下1次飞行任务;另1 种是预计出现某一具体故障前的剩余时间，也就是说，还有多长时间必须更换该部件，如计划拆卸发动机的大修时间。

目前已开发、应用的监测技术种类极多，按其监测的征兆可分为:动力学效应、电学效应、化学效应、物理结构、温度分析、光谱分析、颗粒分析等。监测的方法有2 种:一种依靠人的眼看、耳听、手摸、鼻闻等;另一种是应用科学仪器对设备状态进行预知监测和事前控制。后者较客观，可精确定量分析，甚至综合分析。根据状态监测系统提供的各种综合参数，进一步分析诊断故障发生的原因、部位、性质乃至故障的发展趋势，这是故障诊断的主要任务，也是实现状态维修的关键。一些常用的故障诊断方法有:对比诊断法、逻辑诊断法、统计诊断法、模糊诊断法、专家诊断系统等。

2 状态维修技术应用的思考

状态维修与传统维修技术相比，在提升装备维修保障性方面显现了巨大的优势。但由于我国在状态维修技术研究、应用上起步较晚，还没有形成系统、科学的理论体系，且部分关键技术还没有突破，导致目前状态维修技术在武器装备上的实际应用中存在一定的局限性。针对这种实际情况，为切实提高我军装备维修保障能力，承制单位应深入理解状态维修的内涵和特点，转变旧的维修思想模式，在新装备研制过程中，切实搞好状态维修设计。

2.1 坚持从源头抓起，搞好新装备状态维修性设计策划

维修性直接影响着装备保障性，维修性是设计出来的。维修性设计始于论证阶段，贯穿于研制生产的全过程。在新装备研制中，承制单位要牢固树立面向装备保障的维修性设计理念，积极采用状态维修技术，并进行充分分析和论证，明确目标和要求，搞好技术、人员等资源的配置策划，编制《维修性保证大纲》，做好顶层规划。

2.2 抓住关重环节，优化新装备的状态维修性设计方案

装备状态维修技术的关键之一就是状态监测，也就是需要一定数量的检测仪器对装备零部件的工作状态实施全程监控。但如果检测仪器过多，尤其是机载的检测仪器太多，就会增加装备系统的复杂性，这不仅会增加新装备研制经费投入，也会不同程度降低装备的可靠性。因此，在新装备状态维修设计中，必须抓住关键和重要环节，深入开展零部件特性分析、状态维修性设计评估模型研究，通过计算分析、试验验证等方法，分析各零部件的使用寿命和失效模式，确定装备的关重件、薄弱环节，有针对性地制定状态监测方法、安排检测装置，按照“适用即可”的原则，优化新装备状态维修性设计方案。

2.3 加强信息管理，逐步提高新装备的故障诊断技术

故障诊断技术是装备维修的另一关键技术。当前，故障诊断仍需采用人工和专家系统相结合的方式。装备故障诊断技术的发展始于装备研制阶段，贯穿于装备全周期全寿命过程，且不断进步和完善。但在这过程中，最为关键和重要的环节就是各种信息的收集、分析及利用。承制单位应建立装备信息管理机制，成立故障诊断专家系统，充分收集装备试验、使用、维修过程的各种信息，分类总结各种故障的处理经验和方法，逐步建立新装备故障特征信息库、知识库和维修策略信息库。对于系统复杂的、故障发生率高的、订货批量大的、采购订单稳定的、使用寿命长的新装备，可适当考虑开展专家诊断系统计算机软件程序开发、建立远程专家诊断计算机网络系统，使故障诊断自动化、数字化、快速化。

2.4 强化培训力度，提升维修保障人员的能力素质

国外有关状态维修的资料几乎都表明，在状态维修设计实施过程中专业人员的培训工作是十分重要的，培训的1 个主要内容就是状态分析和故障诊断;有资料还强调必须给培训过的状态检修专职人员技术成熟的锻炼期。因此，新装备研制中，承制单位应尽快成立维修保障人才队伍，保证维修保障人员具备较高的能力素质、较丰富的工作经验和较合理的年龄梯度，并要求维修保障人员全程参与新装备研制过程，做好各种信息收集和分析，做到提前介入、尽早准备。在新装备交付使用后，承制单位更应制定维修保障人员的培训计划，适时开展模拟故障案例分析，同时也要注重对使用部队维护人员的培训力度，不断提升军企两级维修保障人员的综合能力素质。

2.5 注重资源配置，满足外场维修保障人员的资源需求

装备状态监测项目大部分还是需要外场维修保障人员人工进行检测，因此就需要一些便携式的检测仪器设备，例如检测航空发动机滑油中金属屑成份的金属元素分析仪、检查航空发动机涡轮叶片表面质量的内窥镜等设备。承制单位应保证外场维修保障人员能够在现场获得必要的检测设备，提高装备故障处理的效率。

3 结束语

状态维修是美军正大力推行的一项新的维修政策，其可行性关键在于检测手段的发展和改进，在线控制的使用，装备自动化程度的完善，维护人员素质的提高，装备管理制度的落实。状态维修内容的多少，要根据装备的先进和复杂程度等来制定，不可盲目地简单推行状态维修或全盘否定周期维修。对不同类型的装备采用不同的维修模式，有利于装备运转率的提高和装备故障率的降低，必须走1 条状态维修与周期性维修相结合的道路。承制单位应切实加大状态维修技术的研究力度，积极向技术人员灌输状态维修的理念，做到从新装备论证研制到交付使用过程的全寿命周期内，全程开展状态维修技术应用的研究工作，逐步提高应用的能力和水平，不断提升新装备的维修保障能力，以尽快缩短与装备发达国家的差距。

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