王 紅, 喬廣星, 靳小波, 楊占才, 陳洪全, 封錦琦

(1.航空工業(yè)北京長(zhǎng)城航空測(cè)控技術(shù)研究所,北京 101111;2.航空工業(yè)成都飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司,四川 成都 610092)

航空測(cè)試技術(shù)是指在航空產(chǎn)品研制、生產(chǎn)和使用過(guò)程中,為了驗(yàn)證產(chǎn)品新理論、新方法、新方案的正確性與可行性,確定產(chǎn)品功能、性能或當(dāng)前狀態(tài),以及為發(fā)現(xiàn)或預(yù)測(cè)產(chǎn)品的故障所實(shí)施的獲取產(chǎn)品定性或定量數(shù)據(jù),進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、分析與評(píng)定等相關(guān)技術(shù)及活動(dòng)的總稱[1]。航空裝備智能保障技術(shù)是指以人工智能、機(jī)器人、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、數(shù)字孿生、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈等新興技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用為前提,與一體化聯(lián)合保障需求相適應(yīng),為實(shí)現(xiàn)狀態(tài)感知全面化、保障決策智能化、作業(yè)執(zhí)行自主化、監(jiān)督控制智能化、信息集成融合化、組織架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)化、人機(jī)交互協(xié)同化和資源調(diào)配精確化等目標(biāo)所需的相關(guān)技術(shù)和活動(dòng)的總稱,可為實(shí)現(xiàn)精確、敏捷、經(jīng)濟(jì)的保障提供技術(shù)支持[2-3]。航空測(cè)試技術(shù)貫穿智能保障的全過(guò)程,涵蓋信息感知、信息采集、信息處理、信息交換、信息決策等領(lǐng)域,是智能保障的信息源和關(guān)鍵核心要素,能夠?yàn)橹悄鼙Ｕ咸峁Q策支撐。

航空裝備智能保障系統(tǒng)是原有的自主保障系統(tǒng)的升級(jí)和擴(kuò)展,原有的自主保障系統(tǒng)重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)故障預(yù)測(cè)與健康管理系統(tǒng)(Prognostics and Health Management,PHM)和聯(lián)合分布式信息系統(tǒng)(Joint Distribution Infrmation System,JDIS)在傳統(tǒng)保障系統(tǒng)中的應(yīng)用,而智能保障系統(tǒng)是在原有的自主保障系統(tǒng)要求的基礎(chǔ)上,通過(guò)引入與智能化相關(guān)的新興技術(shù),實(shí)現(xiàn)裝備保障全過(guò)程要素及活動(dòng)的智能化、精確化、敏捷化和經(jīng)濟(jì)可承受性等能力,可為未來(lái)智能化裝備和傳統(tǒng)裝備的智能化保障提供支撐。

隨著我國(guó)對(duì)航空裝備智能保障需求的不斷增加,航空測(cè)試技術(shù)將迎來(lái)前所未有的發(fā)展機(jī)遇,并將在未來(lái)智能保障實(shí)施過(guò)程中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。為適應(yīng)航空裝備智能保障對(duì)測(cè)試技術(shù)發(fā)展的需求,本文在分析航空裝備智能保障需求的基礎(chǔ)上,構(gòu)建了航空測(cè)試技術(shù)在智能保障中的應(yīng)用范圍和實(shí)施流程,提出了航空測(cè)試技術(shù)在機(jī)載智能保障和地面智能保障中的應(yīng)用發(fā)展建議,希望能夠?yàn)槲覈?guó)未來(lái)航空測(cè)試技術(shù)在智能保障中的應(yīng)用起到一定的推動(dòng)作用。

1 航空裝備智能保障需求分析

通常,航空裝備智能保障是指以智能化為特征的裝備保障活動(dòng),是傳統(tǒng)的綜合保障、信息化保障及自主保障的智能化升級(jí)、擴(kuò)展和應(yīng)用。未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)將呈現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)、一體化聯(lián)合作戰(zhàn)、體系化作戰(zhàn)等新型作戰(zhàn)模式,隨著航空裝備無(wú)人化、智能化、體系化發(fā)展,航空裝備保障模式也應(yīng)隨之發(fā)生改變。航空裝備保障活動(dòng)趨于精確化、自主化、智能化,即根據(jù)航空裝備體系的組成和作戰(zhàn)任務(wù),自主感知航空裝備保障需求,自動(dòng)規(guī)劃和優(yōu)化保障資源配置,以最優(yōu)組合來(lái)高效精確地完成航空裝備保障活動(dòng)[2-3]。依據(jù)保障任務(wù)的不同,航空裝備智能保障典型應(yīng)用需求包括智能使用保障、智能維修保障、智能供應(yīng)保障、智能訓(xùn)練保障等內(nèi)容。具體內(nèi)涵、作用及其涉及的關(guān)鍵技術(shù)如下。

(1) 智能使用保障。

智能使用保障面向裝備作戰(zhàn)任務(wù)中的充、填、加、掛等使用保障活動(dòng)需求,應(yīng)用人工智能、智能作業(yè)機(jī)器人、有人/無(wú)人協(xié)同、人裝通信等先進(jìn)技術(shù),實(shí)現(xiàn)精確化、無(wú)人化、智能化的使用保障活動(dòng),解決使用保障作業(yè)效率低下的問(wèn)題[3]。典型智能使用保障作業(yè)包括飛機(jī)熱加油自動(dòng)引導(dǎo)對(duì)接(自動(dòng)加油機(jī)器人)[4]、飛機(jī)智能掛彈技術(shù)(自動(dòng)掛彈機(jī)器人)[5-6]、基于有人作業(yè)的智能引導(dǎo)等。智能作業(yè)機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)包括可變載荷智能作業(yè)系統(tǒng)平臺(tái)、基于機(jī)器視覺(jué)/慣性導(dǎo)航的組合導(dǎo)航定位、基于激光掃描的飛機(jī)定位引導(dǎo)、基于深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)的操作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和目標(biāo)檢測(cè)的一體化控制及多智能機(jī)器人聯(lián)合作業(yè)等。

(2) 智能維修保障。

智能維修保障應(yīng)用人工智能、裝備狀態(tài)實(shí)時(shí)模擬、精確維修控制與管理、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(Augmented Reality,AR)維修引導(dǎo)等先進(jìn)技術(shù),利用維護(hù)自動(dòng)檢測(cè)和專用檢測(cè)相關(guān)設(shè)備,或者在無(wú)人機(jī)、機(jī)器人協(xié)助下實(shí)現(xiàn)自主化的檢測(cè)與維修工作,提高故障隔離精度和維修效率。典型智能維修保障作業(yè)包括自動(dòng)全機(jī)三維激光掃描檢查、智能柔性機(jī)械臂損傷檢測(cè)[7]、整機(jī)自動(dòng)水平測(cè)量、便攜式維修輔助設(shè)備(Portable Maintenance Aid,PMA)/便攜式維修檢測(cè)組合(PMA Instrument Pack,PIP)與智能交互式電子手冊(cè)(Interactiue Electronic Technical Manual,IETM)系統(tǒng)使用、便攜式油液品質(zhì)智能檢測(cè)、隱身涂層損傷一體化快速檢測(cè)[7]、機(jī)身結(jié)構(gòu)智能修配、維修線智能測(cè)試等。智能機(jī)庫(kù)維修是智能維修保障的典型應(yīng)用場(chǎng)景,可實(shí)現(xiàn)從飛機(jī)入庫(kù)前的狀態(tài)模擬和維修決策,到飛機(jī)入庫(kù)后的自動(dòng)檢測(cè)和智能維修的全過(guò)程保障[3],其關(guān)鍵技術(shù)包括智能機(jī)庫(kù)架構(gòu)設(shè)計(jì)、維修任務(wù)自動(dòng)分配與調(diào)度、保障設(shè)備工具智能管控、航材備件自動(dòng)運(yùn)送與狀態(tài)跟蹤等。

(3) 智能供應(yīng)保障。

智能供應(yīng)保障面向裝備后勤保障資源的供應(yīng)需求,利用物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)和新一代人工智能技術(shù),自動(dòng)感知后勤保障資源需求,實(shí)現(xiàn)后勤保障資源的自主籌措和動(dòng)態(tài)調(diào)度,并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流程與后勤保障流程無(wú)縫鏈接并相互驅(qū)動(dòng),解決后勤保障資源延誤時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題[3]。其核心關(guān)鍵技術(shù)包括智能供應(yīng)規(guī)劃與調(diào)度、AGV(Automated Guided Vehicle,自動(dòng)導(dǎo)引車)機(jī)器人智能搬運(yùn)與輸送、基于GIS(Geographic Information System,地理信息系統(tǒng))的全資可視化、保障資源自主籌措、基于物聯(lián)網(wǎng)的保障資源自動(dòng)配送、基于無(wú)人倉(cāng)儲(chǔ)的智能庫(kù)存管理、現(xiàn)場(chǎng)3D打印制造、備件裝機(jī)/離線ID識(shí)別、裝機(jī)自檢測(cè)、備件需求預(yù)測(cè)、備件調(diào)撥供應(yīng)計(jì)劃、備件智能倉(cāng)儲(chǔ)、自主打包/裝卸等。

(4) 智能訓(xùn)練保障。

智能訓(xùn)練保障面向裝備作戰(zhàn)任務(wù)需求,應(yīng)用數(shù)字孿生、場(chǎng)景建模、數(shù)字仿真等技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)作戰(zhàn)場(chǎng)景的逼真模擬,運(yùn)用VR(Virtual Reality,虛擬現(xiàn)實(shí))/AR技術(shù)實(shí)現(xiàn)人員的沉浸式交互,基于云平臺(tái)完成不同空間空/地勤人員的協(xié)同訓(xùn)練,并可基于任務(wù)需求和人員現(xiàn)狀定制推送個(gè)性化訓(xùn)練方案,解決人員訓(xùn)練與實(shí)戰(zhàn)脫節(jié)的問(wèn)題[3]。典型智能訓(xùn)練保障主要包括訓(xùn)練模擬系統(tǒng)(維修模擬器、程序訓(xùn)練器、桌面模擬器、保障作業(yè)推演系統(tǒng)等)、智能穿戴式系統(tǒng)(穿戴式人機(jī)交互系統(tǒng)、IETM系統(tǒng)、維修輔助系統(tǒng)、遠(yuǎn)程支持系統(tǒng)等)、訓(xùn)練評(píng)估與管理系統(tǒng)(訓(xùn)練考核與質(zhì)量評(píng)估系統(tǒng)、在線訓(xùn)練管理系統(tǒng)等)、基于VR的虛擬仿真訓(xùn)練、基于AR的半實(shí)物模擬器訓(xùn)練、面向場(chǎng)景的空地勤分布式協(xié)同訓(xùn)練、人機(jī)混合/VR/AR空地勤訓(xùn)練[4]、基于“真實(shí)-虛擬-構(gòu)造”集成架構(gòu)(Live-Virtual-Construction Integrated Architecture,LVC-IA) 的智能訓(xùn)練[8]、飛行員生物特征識(shí)別、人工智能大數(shù)據(jù)支持訓(xùn)練等。

依據(jù)不同的保障任務(wù)及應(yīng)用需求所構(gòu)建的航空裝備智能保障系統(tǒng),按照保障信息流向,主要由智能態(tài)勢(shì)感知、智能保障決策、自主作業(yè)執(zhí)行和智能監(jiān)督控制等部分構(gòu)成。

智能保障決策面向作戰(zhàn)任務(wù)或平時(shí)訓(xùn)練需求,在智能保障信息系統(tǒng)、綜合數(shù)據(jù)庫(kù)及知識(shí)庫(kù)、大數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)、遠(yuǎn)程診斷專家系統(tǒng)、云服務(wù)器及地面PHM應(yīng)用系統(tǒng)等支撐下,應(yīng)用人工智能技術(shù),將人在決策過(guò)程中會(huì)用到的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)固化到系統(tǒng)中,以全面態(tài)勢(shì)感知信息(如裝備狀態(tài)、保障資源狀態(tài)、任務(wù)狀態(tài)、環(huán)境狀態(tài)等)為基礎(chǔ),自動(dòng)生成保障方案(如對(duì)何時(shí)、何地、做什么、怎么做、用什么做等問(wèn)題進(jìn)行決策),解決保障方案規(guī)劃不合理的問(wèn)題[3,8]。智能保障評(píng)估與決策的關(guān)鍵技術(shù)主要包括保障測(cè)試需求智能感知、裝備綜合保障過(guò)程建模及仿真、基于云計(jì)算的智能測(cè)試保障、基于區(qū)塊鏈的智能保障系統(tǒng)安全[9]、面向場(chǎng)景的保障仿真推演、基于數(shù)字孿生的診斷預(yù)測(cè)[10]、全壽命全態(tài)勢(shì)保障數(shù)據(jù)同源管理、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的智能保障決策[11]、基于戰(zhàn)損規(guī)律的保障效能動(dòng)態(tài)仿真評(píng)估、保障資源動(dòng)態(tài)調(diào)度與優(yōu)化、作戰(zhàn)任務(wù)保障方案自主生成決策等。智能保障作業(yè)規(guī)劃的關(guān)鍵技術(shù)主要包括定時(shí)工作規(guī)劃、操作工卡規(guī)劃和資源配套調(diào)度、作業(yè)效果檢測(cè)與質(zhì)量管理、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與管理、智能監(jiān)督控制等。

2 航空測(cè)試技術(shù)在智能保障中的應(yīng)用范圍及流程分析

借鑒國(guó)外先進(jìn)戰(zhàn)機(jī)智能保障實(shí)施過(guò)程中的相關(guān)經(jīng)驗(yàn),結(jié)合國(guó)內(nèi)航空裝備智能保障活動(dòng)對(duì)測(cè)試技術(shù)的實(shí)際需求,總結(jié)出航空測(cè)試技術(shù)在智能保障中的實(shí)際應(yīng)用范圍規(guī)劃圖,如圖1所示。

圖1 航空測(cè)試技術(shù)在航空智能保障中的實(shí)際應(yīng)用范圍

航空裝備智能保障從應(yīng)用范圍上分為機(jī)載智能保障和地面智能保障,而地面智能保障主要包括智能保障信息中心、內(nèi)場(chǎng)智能保障和外場(chǎng)智能保障3部分。智能保障信息中心是智能保障活動(dòng)的信息中心、調(diào)度中心和決策中心,為機(jī)載智能保障、內(nèi)場(chǎng)智能保障和外場(chǎng)智能保障提供信息支撐。從測(cè)試角度來(lái)講,航空裝備智能保障相關(guān)的測(cè)試活動(dòng)分為機(jī)載智能保障測(cè)試和地面智能保障測(cè)試。不同應(yīng)用場(chǎng)景中的測(cè)試活動(dòng)是依賴于智能保障需求而進(jìn)行的測(cè)試、測(cè)量、故障檢測(cè)、故障隔離、PHM等相關(guān)工作,是智能保障活動(dòng)中自動(dòng)獲取參數(shù)、數(shù)據(jù)和相關(guān)信息的前提和基礎(chǔ)。

機(jī)載智能保障測(cè)試主要指利用集成于航空裝備內(nèi)部的各種機(jī)載智能測(cè)試單元(如智能監(jiān)測(cè)傳感器、邊界掃描裝置、智能BIT(Built-In Test,機(jī)內(nèi)測(cè)試)、認(rèn)知BIT、嵌入式監(jiān)控芯片、LRU(Line Replaceable Unit,外場(chǎng)可更換單元)級(jí)監(jiān)控模塊、智能推理單元及機(jī)載PHM系統(tǒng)等),為維護(hù)保障提供裝備自身狀態(tài)檢查和健康管理信息的相關(guān)測(cè)試活動(dòng)。

地面智能保障測(cè)試主要指通過(guò)利用外部智能測(cè)試資源(如通用測(cè)試設(shè)備、專用智能檢測(cè)設(shè)備等)或從機(jī)上實(shí)時(shí)下傳的狀態(tài)數(shù)據(jù),對(duì)裝備系統(tǒng)、成品和模塊進(jìn)行功能/性能檢查和故障診斷預(yù)測(cè)等測(cè)試活動(dòng)。智能保障綜合信息中心相關(guān)的測(cè)試系統(tǒng)(設(shè)備)主要包括綜合數(shù)據(jù)庫(kù)及知識(shí)庫(kù)、遠(yuǎn)程診斷專家系統(tǒng)、數(shù)字孿生診斷與預(yù)測(cè)及地面PHM應(yīng)用系統(tǒng)等。內(nèi)場(chǎng)智能保障中相關(guān)的測(cè)試系統(tǒng)(設(shè)備)主要包括維修線智能測(cè)試系統(tǒng)、智能專用檢測(cè)設(shè)備等,其中內(nèi)場(chǎng)智能專用檢測(cè)設(shè)備一般包括飛機(jī)結(jié)構(gòu)檢測(cè)、發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)檢測(cè)、油液檢測(cè)、氣路檢測(cè)等。外場(chǎng)智能保障中相關(guān)的測(cè)試系統(tǒng)(設(shè)備)主要涉及智能外場(chǎng)維修保障、智能外場(chǎng)訓(xùn)練保障、智能外場(chǎng)使用保障、智能外場(chǎng)供應(yīng)保障等測(cè)試活動(dòng)。智能外場(chǎng)維修保障中相關(guān)的測(cè)試系統(tǒng)(設(shè)備)主要包括智能外場(chǎng)通用測(cè)試設(shè)備、智能外場(chǎng)專用檢測(cè)設(shè)備及智能外場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)維修設(shè)備。智能外場(chǎng)通用測(cè)試設(shè)備主要包括便攜式測(cè)試診斷PMA和基于AR的智能IETM等。智能外場(chǎng)專用檢測(cè)設(shè)備主要包括手持3D掃描結(jié)構(gòu)輕微缺陷檢測(cè)、便攜式油液品質(zhì)智能檢測(cè)、柔性機(jī)械臂結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)、隱身涂層損傷智能檢測(cè)、整機(jī)水平測(cè)量等。智能外場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)維修設(shè)備主要包括激光定位測(cè)量引導(dǎo)、基于AR的維修引導(dǎo)等。智能外場(chǎng)訓(xùn)練保障中相關(guān)的測(cè)試工作主要指訓(xùn)練過(guò)程中涉及的虛擬測(cè)試、虛擬儀器構(gòu)建、虛擬現(xiàn)實(shí)交互與仿真等活動(dòng)。智能外場(chǎng)使用保障中相關(guān)的測(cè)試工作主要指智能化的充、填、加、掛等引導(dǎo)、對(duì)接中涉及的測(cè)量、控制、定位等活動(dòng)。智能外場(chǎng)供應(yīng)保障中相關(guān)的測(cè)試工作主要指資源調(diào)度過(guò)程中涉及的識(shí)別、定位、跟蹤等活動(dòng)。

從航空裝備智能保障的系統(tǒng)架構(gòu)及工作流程角度來(lái)看,不同場(chǎng)景中的智能保障設(shè)備(即網(wǎng)絡(luò)上的各個(gè)節(jié)點(diǎn),可以是云節(jié)點(diǎn))通過(guò)信息網(wǎng)絡(luò)連接在一起,實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通,由智能保障信息中心負(fù)責(zé)統(tǒng)一調(diào)度、協(xié)調(diào)、管理和決策等。機(jī)載PHM系統(tǒng)是整個(gè)智能保障中各種維護(hù)測(cè)試活動(dòng)的觸發(fā)源,飛機(jī)降落之前將各種維護(hù)測(cè)試需求傳送到外場(chǎng)智能保障中心和智能保障信息中心,外場(chǎng)智能保障中心提前做好維護(hù)決策,并準(zhǔn)備好備品和備件,飛機(jī)降落后外場(chǎng)智能保障中心可以得到智能保障信息中心的技術(shù)支撐,并負(fù)責(zé)將故障隔離到LRU或LRM(Line Replaceable Module,外場(chǎng)可更換模塊),啟用相應(yīng)的維修和供應(yīng)保障活動(dòng)。對(duì)于可能發(fā)生故障的LRU或LRM轉(zhuǎn)場(chǎng)到內(nèi)場(chǎng)智能保障中心,在智能保障信息中心的技術(shù)支撐下,通過(guò)維修線智能測(cè)試系統(tǒng)和智能專用檢測(cè)設(shè)備完成LRU或LRM的進(jìn)一步故障定位和修復(fù)工作。以結(jié)構(gòu)與隱身保障場(chǎng)景為例說(shuō)明航空測(cè)試技術(shù)在智能保障中的典型應(yīng)用流程,如圖2所示。

圖2 航空測(cè)試技術(shù)在智能保障中的典型應(yīng)用流程

典型應(yīng)用流程說(shuō)明如下。

① 機(jī)載PHM系統(tǒng)實(shí)時(shí)感知飛機(jī)狀態(tài)信息(包括飛控系統(tǒng)、航電系統(tǒng)、機(jī)電系統(tǒng)及機(jī)體結(jié)構(gòu)等),并將信息通過(guò)鏈路傳遞到地面PHM系統(tǒng)中。

② 地面PHM系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘和分析,得出增強(qiáng)診斷和長(zhǎng)時(shí)壽命預(yù)測(cè)信息,傳遞給智能保障信息中心,智能保障信息中心通知外場(chǎng)保障部門,提前準(zhǔn)備保障資源。

③ 待飛機(jī)返回基地,智能保障系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成保障方案。

④ 測(cè)試方案中涵蓋測(cè)試項(xiàng)目、測(cè)試準(zhǔn)備、測(cè)試實(shí)施等內(nèi)容,待下達(dá)測(cè)試任務(wù)后,開(kāi)始實(shí)施智能保障活動(dòng)。針對(duì)結(jié)構(gòu)與隱身保障應(yīng)用場(chǎng)景,可采用無(wú)人機(jī)快速掃描設(shè)備得出結(jié)構(gòu)與隱身?yè)p傷情況,損傷位置確定后,采用柔性機(jī)構(gòu)進(jìn)行精準(zhǔn)檢測(cè),確定損傷程度后上報(bào)智能保障信息中心。

⑤ 下達(dá)維修任務(wù),并實(shí)施維修活動(dòng),并通過(guò)智能保障信息中心對(duì)維修結(jié)果進(jìn)行評(píng)估。針對(duì)結(jié)構(gòu)與隱身保障應(yīng)用場(chǎng)景,可采用機(jī)器人輔助維修手段對(duì)結(jié)構(gòu)和隱身涂層進(jìn)行維修。

3 航空測(cè)試技術(shù)在機(jī)載智能保障中的應(yīng)用發(fā)展建議

為了加速航空裝備機(jī)載智能保障技術(shù)的發(fā)展,迫切需要開(kāi)展機(jī)載智能保障測(cè)試相關(guān)技術(shù)研究、工程應(yīng)用及標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè),從而降低機(jī)載BIT虛警率、減少LRU拆卸時(shí)間,提高PHM系統(tǒng)工程化水平。主要發(fā)展建議如下。

(1) 開(kāi)展智能監(jiān)測(cè)傳感器技術(shù)研究,為PHM系統(tǒng)提供可靠的數(shù)據(jù)源。

智能監(jiān)測(cè)傳感器是指那些具有自校準(zhǔn)、自補(bǔ)償、自檢測(cè)、自診斷、自監(jiān)控、自修復(fù)、自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)、自決策、網(wǎng)絡(luò)化等特征的智能化感知單元[1,12]。為滿足機(jī)載安裝使用要求,智能監(jiān)測(cè)傳感器應(yīng)逐步向低成本、低功耗、多功能和小型化方向發(fā)展[1]。此外,未來(lái)的PHM技術(shù)強(qiáng)調(diào)不依靠增加傳感器,而是挖掘融合現(xiàn)有機(jī)載數(shù)據(jù),利用軟測(cè)量、大數(shù)據(jù)挖掘、遷移學(xué)習(xí)、數(shù)字孿生等技術(shù)手段,提高感知能力。

(2) 開(kāi)展機(jī)載非接觸先進(jìn)測(cè)試技術(shù)研究,提升機(jī)載復(fù)雜環(huán)境下的測(cè)試能力。

非接觸測(cè)量方法以光電、電磁、超聲波等技術(shù)為基礎(chǔ),在儀器的感受元件不與被測(cè)物體表面接觸的情況下,即可獲取被測(cè)物體的各種外表或內(nèi)在的數(shù)據(jù)特征。針對(duì)航空裝備,未來(lái)需開(kāi)展液壓管路流量超聲波非接觸測(cè)量、旋翼系統(tǒng)遙測(cè)非接觸式高精度測(cè)量、旋翼結(jié)冰非接觸探測(cè)、基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)的燃油流量測(cè)量、激光干涉位移測(cè)量、光電成像測(cè)量、多光譜測(cè)溫、激光多普勒動(dòng)態(tài)測(cè)量(如加速度、角加速度、流體流速等)、激光光柵動(dòng)態(tài)測(cè)量(如超高速運(yùn)動(dòng)參數(shù))等機(jī)載非接觸先進(jìn)測(cè)試技術(shù)手段,不斷提升機(jī)載智能保障測(cè)試能力。

(3) 推進(jìn)智能BIT工程化應(yīng)用,開(kāi)展認(rèn)知BIT技術(shù)研究,提高BIT檢測(cè)水平。

智能BIT是在常規(guī)BIT技術(shù)的基礎(chǔ)上,針對(duì)常規(guī)BIT在應(yīng)用過(guò)程中表現(xiàn)出的功能缺陷,將包括專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊理論、信息融合等在內(nèi)的智能理論應(yīng)用到BIT的設(shè)計(jì)、檢測(cè)、診斷和決策等方面的理論、技術(shù)和方法中,是實(shí)現(xiàn)智能保障決策的關(guān)鍵信息源。針對(duì)航空裝備,未來(lái)將重點(diǎn)推進(jìn)研究和制訂智能BIT工程化所需的方法、流程和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,并進(jìn)一步提升故障檢測(cè)率和降低虛警率的有效方法,為提升智能BIT工程化能力和檢測(cè)水平奠定基礎(chǔ)。認(rèn)知BIT是傳統(tǒng)智能BIT技術(shù)的延伸,與傳統(tǒng)智能BIT相比,除智能決策以外,認(rèn)知BIT還具有自組織、自學(xué)習(xí)、自主測(cè)試控制等特點(diǎn),是一種無(wú)人化的測(cè)試手段,尚需該領(lǐng)域?qū)＜疫M(jìn)行深入研究。

(4) 研制機(jī)載智能專用監(jiān)控芯片,提升板級(jí)智能監(jiān)測(cè)能力。

機(jī)載智能專用監(jiān)控芯片除了具有對(duì)各個(gè)成員系統(tǒng)內(nèi)部各個(gè)LRU或LRM的機(jī)上狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障隔離和診斷能力外,還具有傳統(tǒng)自動(dòng)測(cè)試設(shè)備(Automatic Test Equipment,ATE)的部分檢測(cè)、隔離和診斷能力,能夠極大地提升航空機(jī)載系統(tǒng)成員級(jí)機(jī)上測(cè)試監(jiān)控能力,降低對(duì)地面保障ATE系統(tǒng)的要求。針對(duì)航空裝備,需要結(jié)合模擬電路、數(shù)字電路、射頻電路等機(jī)載模塊的監(jiān)測(cè)需求,開(kāi)展智能專用監(jiān)控芯片研制,形成具有標(biāo)準(zhǔn)接口、協(xié)議的智能專用監(jiān)控芯片樣機(jī),并開(kāi)展其在機(jī)載電子模塊監(jiān)測(cè)的驗(yàn)證應(yīng)用研究,為提升板級(jí)智能監(jiān)測(cè)能力奠定基礎(chǔ)。

(5) 加速邊界掃描裝置研發(fā)與機(jī)載應(yīng)用,提升LRU級(jí)智能監(jiān)測(cè)能力。

在借鑒和吸收國(guó)外數(shù)字電路、數(shù)?；旌想娐废嚓P(guān)邊界掃描標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上,結(jié)合國(guó)內(nèi)機(jī)載智能保障測(cè)試需求,加速開(kāi)展邊界掃描技術(shù)、協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)研究,研制機(jī)載邊界掃描裝置工程樣機(jī),為提升LRU級(jí)智能監(jiān)測(cè)能力奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

(6) 開(kāi)展機(jī)載PHM系統(tǒng)驗(yàn)證與熟化工作,提升PHM系統(tǒng)工程化能力。

在積累大量機(jī)載測(cè)試數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,結(jié)合機(jī)載產(chǎn)品全壽命相關(guān)數(shù)據(jù),充分利用人工智能、數(shù)據(jù)挖掘、模式識(shí)別、數(shù)字孿生、大數(shù)據(jù)分析、數(shù)字仿真等先進(jìn)技術(shù),構(gòu)建機(jī)載PHM系統(tǒng)驗(yàn)證與熟化平臺(tái),為提升PHM系統(tǒng)工程化能力奠定基礎(chǔ)。

(7) 推進(jìn)機(jī)載智能保障測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)化工作,提升機(jī)載智能保障工程化水平。

推進(jìn)機(jī)載智能保障測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)化工作,在機(jī)載智能保障測(cè)試產(chǎn)品研制過(guò)程中同步推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化工作,為技術(shù)熟化、工程研制和機(jī)載應(yīng)用提供標(biāo)準(zhǔn)化支撐。

4 航空測(cè)試技術(shù)在地面智能保障中的應(yīng)用發(fā)展建議

近年來(lái),我軍航空裝備發(fā)展迅猛,但與蓬勃發(fā)展的裝備水平相比,地面保障設(shè)備在管理理念、技術(shù)水平等方面仍有較大不足,不能滿足信息化、智能化先進(jìn)裝備的保障需求。我國(guó)還存在保障設(shè)備研制與裝備研制脫節(jié)、保障設(shè)備“通用化、系列化、組合化”(簡(jiǎn)稱“三化”)程度低、保障設(shè)備的信息化和智能化程度低等諸多問(wèn)題[13]。為提升我國(guó)地面保障設(shè)備智能化、信息化水平,除需要繼續(xù)深入開(kāi)展保障設(shè)備正向設(shè)計(jì)、加強(qiáng)“三化”設(shè)計(jì)和智能保障設(shè)備等研究外,建議國(guó)內(nèi)在測(cè)試保障設(shè)備研究方面開(kāi)展如下工作。

(1) 便攜式測(cè)試診斷設(shè)備統(tǒng)型,實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化研制,提升外場(chǎng)檢測(cè)隔離能力。

制訂裝備外場(chǎng)便攜式測(cè)試診斷設(shè)備頂層規(guī)劃,梳理外場(chǎng)測(cè)試診斷需求、統(tǒng)一測(cè)試診斷設(shè)備選型,標(biāo)準(zhǔn)化硬件接口,采用智能化診斷模型,統(tǒng)一數(shù)據(jù)交換格式,在滿足外場(chǎng)快速診斷測(cè)試需求和保障規(guī)模要求的前提下,研制小型化測(cè)試診斷設(shè)備,有效解決外場(chǎng)測(cè)試保障規(guī)模龐大的實(shí)際問(wèn)題。

(2) 研制飛機(jī)維修線智能測(cè)試系統(tǒng),提升內(nèi)場(chǎng)檢測(cè)隔離能力。

飛機(jī)維修線智能測(cè)試系統(tǒng)用于飛機(jī)維修線上,對(duì)飛機(jī)整機(jī)、機(jī)載系統(tǒng)、機(jī)載設(shè)備進(jìn)行測(cè)試,對(duì)有故障的SRU(Shop Replaceable Unit,車間可更換單元)或LRU進(jìn)行定位。系統(tǒng)由飛機(jī)數(shù)字孿生模型、飛行仿真設(shè)備、信號(hào)激勵(lì)設(shè)備、故障診斷設(shè)備、故障預(yù)測(cè)設(shè)備、壽命管理設(shè)備、全壽命數(shù)據(jù)庫(kù)等組成。數(shù)字孿生模型能真實(shí)、實(shí)時(shí)反映在役飛機(jī)的狀態(tài),故障預(yù)測(cè)設(shè)備與數(shù)字孿生模型進(jìn)行交互,采用機(jī)器學(xué)習(xí)等智能算法對(duì)飛機(jī)故障進(jìn)行預(yù)測(cè),壽命管理設(shè)備與數(shù)字孿生模型進(jìn)行交互,基于設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)分析等算法對(duì)飛機(jī)壽命進(jìn)行預(yù)測(cè),為狀態(tài)檢修(Condition Based Maintenance,CBM)提供輔助決策,可極大地提升內(nèi)場(chǎng)檢測(cè)能力。

(3) 研制飛機(jī)部件地面定位測(cè)量引導(dǎo)設(shè)備,提升飛機(jī)維修定位測(cè)量精度和效率。

采用掃描激光測(cè)量引導(dǎo)的方式,利用復(fù)雜環(huán)境下遠(yuǎn)距離激光掃描高精度測(cè)量技術(shù)、高精度旋轉(zhuǎn)基站設(shè)計(jì)與制造技術(shù)、復(fù)雜環(huán)境下激光遠(yuǎn)距離傳輸測(cè)量及校正技術(shù)、激光高頻載波數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)等,研制基于激光掃描的飛機(jī)定位測(cè)量引導(dǎo)設(shè)備,可用于飛機(jī)起落架維修定位、飛機(jī)加油自動(dòng)測(cè)量引導(dǎo)對(duì)接等方面,滿足飛機(jī)部件維修定位和測(cè)量引導(dǎo)的高精度、抗干擾、實(shí)時(shí)性等需求,為飛機(jī)部件自動(dòng)定位引導(dǎo)提供技術(shù)支撐。

(4) 研制飛機(jī)隱身涂層損傷一體化智能檢測(cè)設(shè)備,提升隱身涂層損傷快速檢測(cè)能力。

以數(shù)字緊縮場(chǎng)為主的平面近場(chǎng)雷達(dá)截面積(Radar Cross Section,RCS)測(cè)試技術(shù)開(kāi)發(fā)相應(yīng)的外場(chǎng)整機(jī)RCS檢測(cè)裝備,在有限的戰(zhàn)時(shí)飛行任務(wù)間隙快速有效地完成戰(zhàn)機(jī)整機(jī)RCS檢測(cè),并迅速完成隱身涂層損傷強(qiáng)度及范圍評(píng)估,并確定需整體修復(fù)的區(qū)域;進(jìn)一步采用太赫茲涂層無(wú)損檢測(cè)技術(shù)確定損傷部位的邊界,以滿足飛機(jī)戰(zhàn)時(shí)飛行任務(wù)間隙隱身涂層快速檢修需求。

(5) 研制結(jié)構(gòu)損傷智能柔性檢測(cè)設(shè)備,實(shí)現(xiàn)特殊構(gòu)型和狹小化空間結(jié)構(gòu)檢測(cè)。

針對(duì)飛機(jī)的特殊構(gòu)型和狹小化通道,采用基于柔性機(jī)械臂和微小型探測(cè)設(shè)備的損傷檢測(cè)設(shè)備,實(shí)現(xiàn)對(duì)狹小空間的探測(cè)、掃描和損傷檢測(cè)?？赏ㄟ^(guò)設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)狹小化空間運(yùn)動(dòng)的柔性機(jī)械結(jié)構(gòu),運(yùn)動(dòng)至具備特殊構(gòu)型的部組件內(nèi)部,完成探測(cè)任務(wù)。通過(guò)研究檢測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)控制規(guī)律,避免其在部組件內(nèi)部產(chǎn)生干涉運(yùn)動(dòng),敏捷迅速地到達(dá)所需的檢測(cè)部位。

(6) 研制便攜式油液智能檢測(cè)設(shè)備,提升油液快速精確檢測(cè)能力。

研制出可跨型號(hào)使用、多規(guī)格油液通用、簡(jiǎn)便易用、有智能化分析處理能力的便攜式油品智能檢測(cè)設(shè)備,可解決外場(chǎng)保障中油液品質(zhì)檢測(cè)缺乏有效工具和手段的難題,滿足飛機(jī)用油保障過(guò)程中對(duì)油液顆粒污染和水分污染外場(chǎng)檢測(cè)的需求。

(7) 研制地面PHM系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)和應(yīng)用系統(tǒng),提升健康管理及預(yù)測(cè)能力。

構(gòu)建裝備地面PHM系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)、知識(shí)庫(kù)和診斷預(yù)測(cè)分析系統(tǒng),完成飛機(jī)和機(jī)載設(shè)備的健康狀態(tài)評(píng)估與剩余壽命預(yù)測(cè)。

(8) 研制保障測(cè)試設(shè)備驗(yàn)證與評(píng)價(jià)系統(tǒng),提升保障測(cè)試設(shè)備工程化水平。

構(gòu)建保障測(cè)試設(shè)備驗(yàn)證與評(píng)價(jià)技術(shù)體系,建立保障測(cè)試設(shè)備驗(yàn)證評(píng)價(jià)試驗(yàn)環(huán)境,形成驗(yàn)證評(píng)價(jià)試驗(yàn)用例知識(shí)庫(kù),達(dá)到先進(jìn)測(cè)試技術(shù)、智能測(cè)試技術(shù)的驗(yàn)證評(píng)價(jià)能力,為提升航空裝備保障測(cè)試設(shè)備的使用效能、設(shè)備接口標(biāo)準(zhǔn)化、設(shè)備兼容性和工程化水平奠定基礎(chǔ)。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文系統(tǒng)地闡述了航空裝備智能保障中的智能使用保障、智能維修保障、智能供應(yīng)保障、智能訓(xùn)練保障、智能保障決策等關(guān)鍵要素的內(nèi)涵、作用、需求及其涉及的一些關(guān)鍵技術(shù),在深入分析航空測(cè)試技術(shù)在智能保障的應(yīng)用范圍及流程的基礎(chǔ)上,提出了航空機(jī)載和地面智能保障測(cè)試技術(shù)方面的發(fā)展建議。本文僅定性分析了航空測(cè)試技術(shù)在智能保障中的應(yīng)用,為了后續(xù)推動(dòng)智能保障測(cè)試技術(shù)實(shí)際應(yīng)用效果和水平,未來(lái)需要對(duì)智能保障測(cè)試技術(shù)進(jìn)行深入研究分析,并開(kāi)展相應(yīng)的應(yīng)用實(shí)例演示驗(yàn)證。此外,建議未來(lái)智能保障測(cè)試技術(shù)研究過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)測(cè)試技術(shù)成熟度界定標(biāo)準(zhǔn)研究,為分階段、有重點(diǎn)地開(kāi)展智能保障測(cè)試技術(shù)科研攻關(guān)提供支撐,同時(shí)開(kāi)展智能保障中的測(cè)試技術(shù)驗(yàn)證方法與指標(biāo)體系研究,為智能保障測(cè)試技術(shù)的驗(yàn)證熟化提供依據(jù),希望能夠?yàn)槲磥?lái)確認(rèn)航空裝備智能保障測(cè)試關(guān)鍵技術(shù)和智能保障測(cè)試技術(shù)發(fā)展起到一定的推動(dòng)作用。