王瑾
安爱生技术集团公司 陕西西安 710065
摘要：传统的定期维修和事后维修无法在潜在和突发的异常事故发生时进行及时有效的处理，并且定期维修会导致一些非必要的拆卸和安装，在拆卸和安装过程中也会产生额外的磨损。据统计，在设备全寿命周期费用中，使用和维护保障费用占总费用的70%。装备维修模式也逐渐实现了从传统的定期维修和事后维修模式向视情维修（condition-basedmaintenance，CBM）转变。近年来，状态预测与健康管理（prognosticsandhealthmanagement，PHM）技术已经在航空和船舶等工业领域得到关注和发展。PHM的主要功能是实现状态监测、故障诊断和健康管理，通过融合传感器数据和历史数据，利用智能算法来实现系统健康状态评估、寿命预测和故障诊断等功能，并结合各种可利用的资源信息为维护人员提供设备维修保障策略的依据，实现视情维修。PHM能有效降低维修保障的成本，提高设备的使用寿命，降低故障率。鉴于此，文章结合笔者多年工作经验，对无人机故障预测与管理技术研究提出了一些建议，以供参考。
关键词：无人机；故障预测；管理技术；研究
引言
将PHM技术应用于无人机系统，通过对无人机的状态监测和健康管理，可实时对其部件、设备、子系统和系统状态进行监测，并对健康状况进行评价和管理，可降低故障发生概率，提高系统的安全性和可靠性。从实际应用出发，结合已有技术理论和研究基础，提出一种无人机PHM系统顶层设计方案，并以无人机电力系统为例进行健康管理，可为无人机PHM系统设计提供有益的参考，并为后续无人机PHM系统的实际开发提供技术支撑。
1、无人机的相关概述
1.1无人机的定义
无人机的全称是“无人驾驶飞机”，是利用无线的遥控设备和自身的程序控制装置操纵完成的无人驾驶的飞行器。无人机有很多可圈可点的优点，一是无人机的体积小，体态轻盈，容易操作;二是无人机的成本低，制作时耗材少且节约时间成本;三是无人机对环境的要求很低，能抵抗刮风的天气，其在飞行中的生存能力很顽强。无人机在很多行业都逐渐兴盛起来，在军用领域也占有一席之地，军用的无人机是采用喷射起飞的方式，为军用领域的发展带来了很大的便捷。
1.2无人机应用优势
(1)运输的距离上占优势。与平常的陆路运输相比，无人机的配送距离短，这就沿用了无人机的飞行功能，只考虑飞行的高度和对前方障碍物的处理，不用像公路运输一样在水路和山脉地带绕路行驶，在很大程度上节省了油费成本和时间成本。(2)运输的速度上占优势。随着现代化技术的发展，地面的交通拥堵已是一种普遍存在的现象，尤其是城市的运输配送花费的时间更多，而无人机就能解决由于道路拥堵而使时间成本加大的问题，作为空中“公路”不用顾及堵车的问题，不管是在市区还是乡村的道路进行货物配送，都是极其方便省时的。无人机的最大巡航速度可以达到70km/h，与货车的高速行驶80km/h不相上下，而且对于同样的目的地，无人机的抵达时间比公路运输要早。(3)运输的成本上占优势。
一是制作成本耗材少，成型的时间短，这对于无人机投放使用和使用的频繁度上得到很大的满足;二是在运输的过程中是直线运输，不用过多考虑因为山区、岛屿的问题而受到运输阻碍，比传统的陆路运输在成本上可节省70%以上，尤其偏远地区快递配送，使用无人机会大大降低运输成本，提高运输效率。
2、PHM技术介绍
PHM是指利用先进的传感器技术，采集设备系统运行状态信息，搭建各种算法模型，来评估设备本身的健康状态;在系统发生故障之前，结合设备历史运行信息、故障信息、环境信息等多种信息资源对故障的发展进行预测，并结合各种可利用的资源信息提供一系列的维修保障措施以实现关键部件的视情维修。PHM技术的思想是实现系统保障从状态监控向状态管理转变，进而主动地关注系统所面临的故障及退化风险，以便主动进行装备健康管理。在PHM技术体系中，非常关键的理念是CBM，即从传感器或设备本体中获得设备运行时的数据信息，通过对这些数据信息处理和分析，得到设备健康状态，并分析设备的维修需求，最终实现健康管理。
3、在无人机地面指挥控制站辅助决策系统中的应用
无人机的控制和操作主要通过地面控制站来完成，通过电台和无人机进行数据交流和控制。无人机在飞行过程中，地面控制人员需要及时掌握无人机飞行的各项参数及各项设备的运行状态，从而作为决策的依据。就现有的无人机控制软件系统而言，比较复杂，为无人机操控人员带来了很多不便，经常发生误操作问题。而且长时间盯着无人机飞行画面，难免会发生视觉疲劳，容易发生误操作。会导致控制人员无法及时发生飞行的故障，进而影响操作指挥的及时性和决策的合理性，也是经常发生无人机飞行事故的主要原因。为最大限度上降低无人机飞行控制人员的劳动强度，提升无人机飞行控制的有效性和及时性，就诞生了指挥控制辅助决策系统，可及时接收无人机遥测数据并进行及时处理，获取故障的特征，再将其和故障库相互匹配，就可以获知故障信息，为处理应急事故提供必要的数据支持。并通过声音、灯光显示等形式告知无人机控制人员，在没有发生故障的情况下，可通过语音形式把一些关键状态及时告知控制人员。将PHM技术应用到辅助决策系统中，可及时获得遥测息进行及时处理，并对故障逐一识别，针对那些需要语音提示的数据情况进行确认和提取，就可以得到语音和文本的输出。此项系统共有三部分共同组成，数据提取模块、识别诊断模块、结论输出模块。串口来接收无人机遥测数据，并传递给数据提取模块，经过数据重组之后，就可以获得故障相关数据，接着将有效的数据传输到识别诊断模块中，再经过状态监测和故障预测单元处理之后，通过调整输出单元及时传递给结论输出模块，结论模块通过语音、文本等形式，将无人机飞行中存在的故障信息和辅助决策自动显示在屏幕上。
结束语
总而言之，故障预测及管理技术是无人机实现基于状态的预防性维修的重要手段之一，该系统可以显著降低维修保障费用，大幅提高维修保障效率，提高设备可靠性。PHM技术在无人机实中的应用研究，对于无人机实维护保养方面将具有以下重要意义。1)有效解决了无人机实设备故障诊断存在的不足，实现部分故障的精确定位，提高无人机实的检修效率。2)实现部分故障的提前预警，方便维护人员提前检修，提升了无人机的利用率。3)通过管理技术将部分预防性维修的计划改为状态维修，减少维修次数，降低了维修成本。
参考文献
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