国外军用车辆故障预测与健康管理系统的最新发展

故障预测与健康管理技术 (PHM) 是综合利用现代信息技术、人工智能技术的最新研究成果提出的一种全新的健康状态管理解决方案，是保持和提高军用车辆作战效能的一项重要技术。故障预测与健康管理技术在各个国家的命名不一，美国有PHM系统、车辆健康管理系统 (VHMS)，英国和澳大利亚有健康及使用监控系统 (HUMS)，虽然各国对其称呼不同，但他们都有一个共同特点，就是可在使用装备时自动完成故障检测、预测、隔离和监控，并及时进行故障影响评价、故障报告和装备状态管理，最终提高地面平台的作战效能、安全性及可靠性。早在2000 年，PHM系统就被列入美国国防部威胁评估局的《军用关键技术》报告，而且，美国国防部最新的防务采办文件将嵌入式诊断和预测技术视为降低费用和实现最佳战备完好性的基础，将PHM系统作为采购武器系统的一项强制性要求，进一步明确了PHM系统在实现美军武器装备战备完好性和经济可承受性方面的重要地位。

随着PHM系统对提高部队作战效能的作用日益凸显，国外许多国家逐渐加大研发和应用PHM系统的力度。国外应用PHM系统的车辆种类和数量非常庞大，从传统轮式车辆“陆虎”，到大型履带式主战坦克；从配备较少电子基础结构的车辆，到高度复杂和集成的车辆；从没有安装数据源和传感器的车辆，到配备大量嵌入式传感器和BIT的车辆。无论是何种车辆，其对PHM系统的许多要求都是通用的。其中一个重要要求是：应用PHM系统必须能使车辆实现高效费比目标，必须能为车辆在全寿命周期费用和作战方面带来效益。

近年来，美、英、德等国家将PHM系统作为车辆研制中的一个重要组成部分，不断推出多种PHM系统研究成果和产品，以满足信息化战场对地面平台的迫切要求。其中，美国和英国是发展和应用这项技术最具有代表性的国家。



美国陆军VHMS研究计划实现能力的未来渐进发展

美国是处于PHM系统发展最前沿的国家之一，其研究和应用都居于世界领先地位。自顺利实施陆军诊断改进计划 (ADIP) 以来，美国的国防部、陆军、AMSAA等机构开展了一系列相关研究计划，致力于为军用车辆研发可提高车辆战斗力、降低全寿命周期费用、效费比高的故障预测及健康管理方案。美国陆军以重型旅战斗队为对象实施了其VHMS研究计划，目的是为“艾布拉姆斯”主战坦克和“布雷德利”步兵战车研制车辆健康诊断系统，实现故障诊断及预测相关能力的渐进式发展；AMSAA机构在实施的HUMS研究计划中采用四阶段策略方法，研发HUMS系统及相关程序，实时车载地形识别、分类及绘图是其正在发展的最具发展前景的分析程序之一。美国陆军实施的无线诊断及预测研究计划通过SWICE方案，为美国陆军战术轮式车队提供先进的无线诊断及预测技术，用以增强美军地面车队的正常运行时间，提高其战备状态。



车辆嵌入式平台后勤系统车辆组件

基于军方对故障预测与健康管理技术的迫切需求，美国多家机构和公司都研制了相关系统和装置。美国陆军在大力发展故障预测与健康管理技术的同时，强制要求在所有装甲装备上使用这种系统，目前，该系统已广泛装备于美国第三代装甲装备。M1A1、M1A2、M1A2SEP主战坦克，“布雷德利”步兵战车、“斯特赖克”装甲战车以及LAV轻型装甲车辆都安装了这种系统。



新型车辆（复杂程度高）应用的网络化 HUMS

英国近年来十分重视PHM 系统的发展，将故障预测与健康管理技术视为当前保持和提高军用车辆作战效能的一个重要因素，用于加强车辆支援、维护、后勤、安全和战术可用性等诸多方面的决策制定。基于在阿富汗、伊拉克战场崎岖地带中作战的经验，对应不断变化的作战需求和可靠性要求，致力于研发可连续智能诊断和预测地面、海上和空中平台的系统。英国国防部不但针对HUMS制定了相关标准，还在最近推出的适用于所有地面平台的GVA强制性标准中，将HUMS作为GVA体系架构中的一个重要组成部分。可以说，英国是继美国之后发展并推行PHM系统最积极、最有成效的国家。随着英国国防部的积极推进，“武士”步兵战车、“黑豹”指挥联络车及“小猎犬”工程车等多种车辆都相继采用了这种技术，显著增大了车辆故障的早期探测和预测率，提高了车辆可靠性，减少了全寿命周期费用。



车辆健康状况显示界面

随着高新技术的不断发展，装甲车辆越来越复杂，自动化和集成化程度愈来愈高，故障的起因和征兆也更加错综复杂，这给故障诊断和预测带来了更大挑战。从国外PHM系统的发展现状来看，未来发展将主要体现在以下几个方面：

模块化、开放式体系架构
为了便于将PHM系统灵活用于各种车辆，包括简单的传统车辆和复杂的现代化车辆，需要从一开始就将系统设计成一种模块化、开放式体系架构，从而实现部件的即插即用，解决各子系统彼此独立、点到点集成所导致的诸多问题，大幅提高地面车辆的作战效能，明显增强车辆的未来发展潜力。

采用商用现货
通过研究国外PHM系统发展现状可以看出，国外在开发中尽可能采用成熟的商用现货，这已成为西方军事国家对其重大装备采购项目的一个强制性要求。采用商用现货，不但可以降低集成风险，缩短研发周期，减少研发成本，而且能够提高系统技术成熟度，增大效费比，实现供应商之间的公平竞争。

PHM系统与其他能力相集成
通过研究可以发现，将PHM系统与装甲车辆其他能力相集成，可在最大程度降低成本的情况下，很好地实现故障诊断与预测，并提高车辆的整体作战能力，国外近年来也开始研究PHM系统相关能力与其他能力的结合。例如，集成车辆健康监测技术与紧急响应能力，不仅能够智能探测设备性能和故障，而且能够即刻正确响应，提供有价值的安全评估。

通过近些年的发展，国外PHM系统取得了较大成效。该技术已逐步开始应用于各种军用车辆，在很大程度上提高了车辆故障检测率和故障预测率，增强了车辆作战效能，目前已成为国外新一代装甲装备实现自主式保障和降低寿命周期费用的核心技术。