浅论自行火炮预防性维修决策系统设计

高海朝

摘要：为解决传统故障诊断方法在新型自行火炮维修保障方面的不足，将故障预测引入到装备维修保障领域，提出了基于动态模糊理论的故障预测模型。本文基于动态隶属度对服役期间故障的发生、发展和系统性能下降的动态变化过程进行描述，并以一个预测实例说明了该方法的有效性和实用性。

与牵引火炮相比，某新型自行火炮结构复杂，其故障率相应增高，装甲封裝的结构形式又使得检测、维护可达性差。这就给部队的自行火炮管理和维修等技术保障工作带来了许多困难。传统的基于故障诊断的维修保障模式只能判断自行火炮当前有无故障或出现故障后诊断是何部位、何零件以及何原因引起的故障。然而，这只能保证火炮在任务开始点走得动、打得响，至于走多远、打多久却无可奉告。对于当前没有出现故障的自行火炮，通过这些诊断仪器设备可以检测目前的故障发生情况，却不能准确预测在未来时间段内何时出现故障、出现什么故障，更不能对自行火炮的总体质量及任务成功性实现评估和预测，难以判定在任务执行过程中是否能无故障工作，各级作战和保障部门很难制订科学合理的用炮计划和维修计划。

1、基于故障预测技术的预防性维修策略

火炮故障预测技术是一门涉及火炮动力学、流体力学、摩擦学、人工智能、模式识别以及计算机仿真技术等多学科综合的新兴边缘学科，它以当前火炮的使用状态为起点，对火炮在未来任务段内可能出现的故障进行预测，向用户及时提出警告，以便及时在任务之前维修更换零部件，保证充裕的无故障工作时间，对于完成训练和作战任务，提高部队的战斗力都具有十分重要的意义[1]。

预防性维修是针对未来任务，面向火炮实际使用状态的按需维修方法，与面向实际故障的事后维修和面向服役时间的计划维修都不相同。预防性维修的基本思想是根据对火炮当前和未来状态的正确和可靠的预测来安排维修活动，因此对火炮当前状态的描述，以及对下一时段状态和故障的预测是实现预防性维修的基础。

2、构建远程维修支持信息系统的体系结构

传统的装备维修解决办法是组织一些相关的工程技术人员或专家，对一些具体故障问题进行现场讨论分析，最后确定原因，给出具体解决方案。这种方式易受到时空限制，不便于经常采用。远程维修支持信息系统，则可以通过异地和异（同）步的交流活动，弥补传统维修方式的不足，使各地专家在约定的时间段内对一个故障现象进行远程协同诊断，提高武器装备维修的效率。

（1）远程维修支持信息系统结构模型。自行火炮远程维修支持信息系统是针对新型复杂自行火炮系统装备而建立的。维修所需信息来自不同的领域，涉及的学科领域众多，远程支持的方式主要基于装备部件模型库查询系统、故障库搜索系统、在线＼离线协作诊断等，要将这些方式进行统一的协调，实施有效的远程信息支持，必须具有高效的远程支持模型。

（2）数据共享缓冲区。它是诊断专家和用户进行信息沟通、发表意见的数据存储区。其实现的方式主要有：论坛、FTP、会议系统、在线讨论、视/音频系统等。

（3）数据库远程调用支持。数据库调用是实现信息共享的基础。利用 SQL Server 2000 建立数据库，由 ASP 通过 ADO 技术调用数据库。系统中部件模型库、故障库等即是典型的网络数据库。

（4）远程协作诊断信息共享支持。在系统的远程协作诊断模块中，用户通过论坛、FTP、会议工具等相互交流意见，讨论问题。当一名用户在论坛中发表故障协助诊断请求或维修困难时，所有的用户和专家都可在论坛中看到这些请求和困难，并可对所提出的请求和困难发表评论、进行讨论、提出建议。当问题解决后，所有正确的意见将被保存到诊断数据库中，当别的用户遇到同样问题时就可直接调用解决方法。FTP 提供一个共享文件夹，用户可以把自己的共享文件放人其中，以供其他用户和专家参考。

（5）远程协作诊断。采用现在非常成熟的视频会议技术，提高远程会诊的效率。

3、基于动态模糊理论的故障预测模型

自行火炮的故障预测涉及到多特征多因素，且因素来自不同方面和不同层次，其中大部分因素还具有相关性和模糊性，这给研究和预测带来了相当的不便。故障预测也是一个比较困难的问题，特别是对于多因素、非平稳和非线性的动态过程，很难建立精确的数学模型。解决这类问题，可采用模糊理论。

（1）统的模糊理论

模糊理论就是通过一个模糊变换，把因素集中的元素映射为结果集中相应的元素。故障的产生是一个动态“积累”的复杂过程，在传统的模糊理论中，隶属度和隶属函数只能静态地表示故障原因和故障现象之间的隶属关系，不能动态地体现在服役过程中隶属度的变化;同一故障原因对所有故障现象取相同权重，而就故障现象产生的原因而言，同一故障原因对不同的故障现象在重要程度上是有所差别的;同时各权重在寿命周期内也不是一成不变的，没有考虑服役过程中权重的动态变化。因此，传统的模糊理论很难适用于新型自行火炮的故障预测。

（2）动态权重系数矩阵

由于故障关系的复杂性，同一故障底事件对应不同故障现象的权值可能是不相同的。对同一底事件来说，导致此故障的可能性高，对彼故障的可能性低。这样，同一故障底事件相对于此故障的权值应大于相对于彼故障的权值[2]。换言之，不同故障底事件相对于不同故障应给予不同权值。

（3）常见的隶属函数

隶属函数及隶属度的确定是故障预测的关键，与人的主观因素有关。应针对客观情况，综合分析影响因素与故障点集之间模糊关系的变化规律。常用专家评分法（特尔菲法）和模糊分布确定法来确定系统的隶属度和隶属度函数。当论域可用实数闭区间表示时，可以根据问题的性质选用某种典型的函数形式，并利用隶属函数所要满足的条件来确定函数中所包含的参数。常用的函数形式包括正态型、戒上型、戒下型、降半型、三角函数型和区段型六种[4]。

4、结束语

预防性维修决策是一项基于火炮服役条件、零部件耗损规律、战场损伤及人为因素的复杂系统工程，是一个涉及大量定性与定量因素的多因素、多层次、多目标模糊推理过程[2]。本文指出传统模糊理论用于故障预测的不足，引入动态隶属度的概念，对故障的发生、发展和系统性能下降的动态过程进行描述，通过取不同的结果集可以实现系统的故障预测，也可以在给定任务成功性的情况下，对新型自行火炮的任务成功性进行评估。

参考文献：

[1]李卓.高速公路机电设备故障预测及维修决策系统研究[D].长安大学硕士学位论文，2009.05

[2]王辉，范秀敏，严隽琪.考虑机会维修的等风险预防性维修策略优化[J].机械设计与研究，2003，19（3）：51-55

[3]曹立军.自行火炮故障预测与任务成功性评估技术研究[D].军械工程学院博士学位论文，2006.03