基于狀態(tài)的維護(hù)增強(qiáng)型（CBM+）策略可以幫助軍事項(xiàng)目中的設(shè)計(jì)人員提高可靠性和可用性，改進(jìn)維護(hù)實(shí)踐并降低生命周期成本。為狀態(tài)監(jiān)測(cè)和健康評(píng)估而設(shè)計(jì)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(guó)防部指南將CBM+描述為“有意識(shí)地將設(shè)備維護(hù)從故障時(shí)的無(wú)計(jì)劃，被動(dòng)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(dòng)的更主動(dòng)和預(yù)測(cè)的方法。CBM+的實(shí)施通常見(jiàn)于高價(jià)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(guó)防部指南，運(yùn)營(yíng)和支持（O&S）成本占項(xiàng)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(cè)功能。這種LRU只是提供對(duì)反應(yīng)性維護(hù)系統(tǒng)的故障后可見(jiàn)性，從而限制了它們的實(shí)用性。

隨著CBM+繼續(xù)獲得牽引力，對(duì)軍方的好處將越來(lái)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(cè)性故障評(píng)估提供全套規(guī)則，這在較小的開(kāi)發(fā)合同中并不常見(jiàn)。

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(shí)現(xiàn)對(duì)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(yùn)行狀況監(jiān)控不太復(fù)雜，也可以提供對(duì)單元操作的寶貴見(jiàn)解，并使設(shè)備更接近主動(dòng)維護(hù)。

圖1：煤層氣+基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域。

狀態(tài)監(jiān)測(cè)架構(gòu)設(shè)計(jì)

圖1說(shuō)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(cè)、健康評(píng)估、通信和人機(jī)界面方面的要求。在這些區(qū)域執(zhí)行處理的設(shè)計(jì)功能可以以合理的低經(jīng)常性成本實(shí)現(xiàn)。盡管初始開(kāi)發(fā)成本逐漸高于最常見(jiàn)的通過(guò)/不通過(guò)診斷，但高重利用率、更長(zhǎng)的使用壽命和潛在的較低平均維護(hù)成本使其成為一個(gè)令人信服的商業(yè)案例。

可靠的運(yùn)行狀況評(píng)估依賴于 RCM 分析的詳細(xì)規(guī)則，但在 LRU 級(jí)別，可靠性預(yù)測(cè)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(lái)開(kāi)發(fā)有意義的運(yùn)行狀況評(píng)估算法。此類監(jiān)控和分析可以發(fā)現(xiàn)趨勢(shì)，例如電流增加、直流電源線上的紋波或受損的熱圖。如果運(yùn)行狀況評(píng)估仍然證明成本太高，則維護(hù)日志以供將來(lái)分析是一個(gè)合理的折衷方案。可以提取有價(jià)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(dòng)、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(chǔ)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(dòng)器電壓監(jiān)控。如果有具有診斷中間件的單板計(jì)算機(jī) （SBC），則可能提供其他測(cè)量的電源、溫度和電源周期計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)。內(nèi)置測(cè)試 （BIT） 選項(xiàng)包括上電、后臺(tái)、啟動(dòng)以及可能一個(gè)或多個(gè)操作員參與的視覺(jué)測(cè)試。

用于狀態(tài)監(jiān)測(cè)的DU如圖2所示。溫度、功率、加速度和光傳感器測(cè)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(píng)估處理。

圖2：用于狀態(tài)監(jiān)測(cè)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(kāi)發(fā)人員能夠使用多個(gè)傳感器從多個(gè)位置收集溫度數(shù)據(jù)，以生成高分辨率熱圖。候選設(shè)計(jì)的范圍從具有內(nèi)置校準(zhǔn)和串行通信的高價(jià)傳感器，到需要額外模擬多路復(fù)用以向MCU提供信號(hào)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(shuō)明了電路板組件的典型熱曲線。當(dāng)使用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)，設(shè)計(jì)工程師可以很容易地選擇幾個(gè)關(guān)鍵位置進(jìn)行熱測(cè)量，以支持對(duì)電路板熱曲線的實(shí)時(shí)測(cè)量。借助RCM+，這種溫度傳感器映射可以提供卡的有效測(cè)量，并支持故障條件的發(fā)生檢測(cè)。

圖3：電路板組裝熱圖可視化和實(shí)際測(cè)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(jiǎn)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(qiáng)度、環(huán)境光強(qiáng)度、背光驅(qū)動(dòng)電流和電壓、溫度以及經(jīng)過(guò)的時(shí)間，以拼湊出顯示器退化的趨勢(shì)數(shù)據(jù)。亮度檢測(cè)可用于增加故障檢測(cè)，而不是操作員反饋。盡管顯示器故障對(duì)操作員來(lái)說(shuō)可能很明顯，但某些系統(tǒng)設(shè)計(jì)不允許操作員交互成為故障檢測(cè)的一部分，并且不會(huì)考慮BIT垂直度分析。

加速度傳感器

加速度計(jì)可以檢測(cè)沖擊和振動(dòng)事件，并可以警告LRU受到?jīng)_擊和振動(dòng)事件的影響，以進(jìn)行故障預(yù)測(cè)或故障后根本原因分析。加速度計(jì)產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，因此其輸出應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)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(chǔ)滿足閾值標(biāo)準(zhǔn)的加速事件。更復(fù)雜的設(shè)計(jì)可能包含足夠的功率保持能力，以檢測(cè)移除和移除后處理事件，在此期間 LRU 特別容易受到攻擊。

運(yùn)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(cè)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(cè)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(jī)器健康數(shù)據(jù)可能需要時(shí)間和精力，但健康監(jiān)測(cè)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(jì)算機(jī)提供相關(guān)的操作參數(shù)和運(yùn)行狀況數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)負(fù)責(zé)使各級(jí)建立信任措施+環(huán)境都能訪問(wèn)數(shù)據(jù)。

人機(jī)界面

DU向操作員提供關(guān)鍵操作參數(shù)和健康評(píng)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(lái)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(dòng)需要操作員反饋的診斷和目視測(cè)試。

傳感器是關(guān)鍵

低成本LRU可以通過(guò)實(shí)施傳感器、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、健康評(píng)估、通信和人機(jī)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(shí)現(xiàn)這些功能，即使是軍方使用的關(guān)鍵設(shè)備的設(shè)計(jì)人員也會(huì)發(fā)現(xiàn)對(duì)總生命周期成本和可靠性的重大影響。

審核編輯：郭婷