基于狀態(tài)的維護(hù)增強型（CBM+）策略可以幫助軍事項目中的設(shè)計人員提高可靠性和可用性，改進(jìn)維護(hù)實踐并降低生命周期成本。為狀態(tài)監(jiān)測和健康評估而設(shè)計的低成本線路可更換單元（LRU）可以成為CBM+綜合戰(zhàn)略的重要組成部分。

基于狀態(tài)的維護(hù)加國防部指南［由國防部（DoD）于2017年3月發(fā)布］將CBM+描述為“有意識地將設(shè)備維護(hù)從故障時的無計劃，被動方法轉(zhuǎn)變?yōu)橛蔂顟B(tài)感知和集成的，基于分析的決策驅(qū)動的更主動和預(yù)測的方法。CBM+的實施通常見于高價設(shè)備或具有最關(guān)鍵故障效應(yīng)模式的設(shè)備。根據(jù)國防部指南，運營和支持（O&S）成本占項目總生命周期成本的65%至80%。低成本的LRU通常不具有向CBM+處理提供足夠的預(yù)后數(shù)據(jù)所需的狀態(tài)監(jiān)測功能。這種LRU只是提供對反應(yīng)性維護(hù)系統(tǒng)的故障后可見性，從而限制了它們的實用性。

隨著CBM+繼續(xù)獲得牽引力，對軍方的好處將越來越取決于下游子系統(tǒng)診斷的參與程度。完整的以可靠性為中心的維護(hù)（RCM）分析將為預(yù)測性故障評估提供全套規(guī)則，這在較小的開發(fā)合同中并不常見。

即使使用成本較低、效用較低的設(shè)備，也可以使用通用組件實現(xiàn)對關(guān)鍵設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)控，從而使產(chǎn)品能夠參與CBM+。儀器儀表良好的 LRU 即使運行狀況監(jiān)控不太復(fù)雜，也可以提供對單元操作的寶貴見解，并使設(shè)備更接近主動維護(hù)。

圖1：煤層氣+基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域。

狀態(tài)監(jiān)測架構(gòu)設(shè)計

圖1說明了建立信任措施+基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域。此環(huán)境中的合規(guī) LRU 通常滿足傳感器、狀態(tài)監(jiān)測、健康評估、通信和人機界面方面的要求。在這些區(qū)域執(zhí)行處理的設(shè)計功能可以以合理的低經(jīng)常性成本實現(xiàn)。盡管初始開發(fā)成本逐漸高于最常見的通過/不通過診斷，但高重利用率、更長的使用壽命和潛在的較低平均維護(hù)成本使其成為一個令人信服的商業(yè)案例。

可靠的運行狀況評估依賴于 RCM 分析的詳細(xì)規(guī)則，但在 LRU 級別，可靠性預(yù)測以及故障模式和影響關(guān)鍵性分析 （FMECA） 提供了足夠的信息來開發(fā)有意義的運行狀況評估算法。此類監(jiān)控和分析可以發(fā)現(xiàn)趨勢，例如電流增加、直流電源線上的紋波或受損的熱圖。如果運行狀況評估仍然證明成本太高，則維護(hù)日志以供將來分析是一個合理的折衷方案?？梢蕴崛∮袃r值的數(shù)據(jù)，以確定返回維修的設(shè)備是否經(jīng)歷了沖擊、振動、溫度或輸入電源事件。

例如，在車載或航空電子顯示單元（DU）中，典型的診斷包括存儲器、通信端口內(nèi)部環(huán)回、電源故障以及可能的LED ［發(fā)光二極管］驅(qū)動器電壓監(jiān)控。如果有具有診斷中間件的單板計算機 （SBC），則可能提供其他測量的電源、溫度和電源周期計數(shù)數(shù)據(jù)。內(nèi)置測試 （BIT） 選項包括上電、后臺、啟動以及可能一個或多個操作員參與的視覺測試。

用于狀態(tài)監(jiān)測的DU如圖2所示。溫度、功率、加速度和光傳感器測量關(guān)鍵工作參數(shù)并將其傳輸?shù)?a target="_blank">微控制器，以便進(jìn)行后續(xù)的健康評估處理。

圖2：用于狀態(tài)監(jiān)測的顯示單元（圖片由IEE提供）。

溫度傳感器

熱傳感器的低成本使開發(fā)人員能夠使用多個傳感器從多個位置收集溫度數(shù)據(jù)，以生成高分辨率熱圖。候選設(shè)計的范圍從具有內(nèi)置校準(zhǔn)和串行通信的高價傳感器，到需要額外模擬多路復(fù)用以向MCU提供信號的低成本熱敏電阻。圖3中的風(fēng)格化描述是熱仿真研究的輸出，說明了電路板組件的典型熱曲線。當(dāng)使用經(jīng)驗數(shù)據(jù)進(jìn)行驗證時，設(shè)計工程師可以很容易地選擇幾個關(guān)鍵位置進(jìn)行熱測量，以支持對電路板熱曲線的實時測量。借助RCM+，這種溫度傳感器映射可以提供卡的有效測量，并支持故障條件的發(fā)生檢測。

圖3：電路板組裝熱圖可視化和實際測量（圖片由IEE提供）。

功率傳感器

隨著低成本單片器件的出現(xiàn)，一次和二次電源的電壓和電流監(jiān)控得到了簡化。與溫度、CPU 利用率或其他因素?zé)o關(guān)的電壓和電流變化表明潛在故障的發(fā)生。

亮度傳感器

顯示單元可以跟蹤背光強度、環(huán)境光強度、背光驅(qū)動電流和電壓、溫度以及經(jīng)過的時間，以拼湊出顯示器退化的趨勢數(shù)據(jù)。亮度檢測可用于增加故障檢測，而不是操作員反饋。盡管顯示器故障對操作員來說可能很明顯，但某些系統(tǒng)設(shè)計不允許操作員交互成為故障檢測的一部分，并且不會考慮BIT垂直度分析。

加速度傳感器

加速度計可以檢測沖擊和振動事件，并可以警告LRU受到?jīng)_擊和振動事件的影響，以進(jìn)行故障預(yù)測或故障后根本原因分析。加速度計產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，因此其輸出應(yīng)通過現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）或其他數(shù)據(jù)采集預(yù)處理器進(jìn)行處理，以便僅存儲滿足閾值標(biāo)準(zhǔn)的加速事件。更復(fù)雜的設(shè)計可能包含足夠的功率保持能力，以檢測移除和移除后處理事件，在此期間 LRU 特別容易受到攻擊。

運行狀況監(jiān)視

集成診斷工程師必須確定如何處理所有這些數(shù)據(jù)。由于缺乏完整的全系統(tǒng)RCM分析，供應(yīng)商應(yīng)執(zhí)行足夠的故障分析，為健康監(jiān)測提供基本規(guī)則。許多故障閾值特定于器件，需要從元件數(shù)據(jù)手冊中獲得大量規(guī)格詳細(xì)信息。盡管向CBM+環(huán)境提供有意義的LRU機器健康數(shù)據(jù)可能需要時間和精力，但健康監(jiān)測是全面參與的關(guān)鍵組成部分。

通信

在我們的示例中，顯示單元負(fù)責(zé)向任務(wù)計算機提供相關(guān)的操作參數(shù)和運行狀況數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)負(fù)責(zé)使各級建立信任措施+環(huán)境都能訪問數(shù)據(jù)。

人機界面

DU向操作員提供關(guān)鍵操作參數(shù)和健康評估數(shù)據(jù)，以便在執(zhí)行任務(wù)期間采取變通措施。這些數(shù)據(jù)以更詳細(xì)的故障日志形式提供，使維護(hù)操作員可以使用CBM+通信基礎(chǔ)設(shè)施來完成有效的故障排除和維修。該裝置還使任務(wù)和維護(hù)操作員能夠啟動需要操作員反饋的診斷和目視測試。

傳感器是關(guān)鍵

低成本LRU可以通過實施傳感器、狀態(tài)監(jiān)測、健康評估、通信和人機接口功能，更充分地參與CBM+環(huán)境。如果所有這些單元都在一定程度上實現(xiàn)這些功能，即使是軍方使用的關(guān)鍵設(shè)備的設(shè)計人員也會發(fā)現(xiàn)對總生命周期成本和可靠性的重大影響。

審核編輯：郭婷