基于CPS的装备故障预测与健康管理体系架构

发布时间：2021-07-12 23:03

　　信息物理系统（Cyber-Physical System,CPS）具有网络性、异构性、实时性和安全可靠性,能够解决信息化条件下武器装备故障检测效率低、维修成本高等问题。根据通用武器装备应用需求,将信息物理系统（Cyber-Physical System,CPS）引入装备的健康管理中。从CPS的概念、特性和关键环节等方面对CPS进行概要介绍,详细讨论了基于CPS的装备故障预测和健康管理平台架构,最后指明了下一步工作重点。 

【文章来源】：数字通信世界. 2020,(04)

【文章页数】：2 页

【部分图文】：

CPS环节数据闭环图

单元级CPS是CPS层次结构中最小的、不可分割的基本单元。单元级CPS的实质是通过物理硬件、自身嵌入式软件及通信模块对物理实体进行状态感知、计算分析、科学决策并最终控制该物理实体,从而构建最基本的数据自动流动的闭环,实现了物理世界和信息世界的交互。图2给出了武器装备故障预测与健康管理(Prognostics and Health Management,PHM)单元级CPS体系架构。该单元级CPS架构主要可细分为两大部分:其一是物理装置;其二是信息壳。物理实体包括武器装备和人及装备电子标签、传感器和与外界交互的装置等,是物理过程的实际操作部分。装备电子标签用以定位装备型号、编号及配发单位番号;传感器用来检测、感知外界的信号、物理条件及化学组成。信息壳的功能主要体现在感知、控制、计算、通信等方面。信息壳是物理世界中重要的接口,该接口满足信息世界与物理装置的连接需要。武器装备配发的管理软件可类比为信息壳的作用,通过管理软件可进行装备使用情况日志采集、分析与控制,同时通过与中心管理系统通信,实现数据的传递。

图3给出了武器装备故障预测与健康管理系统级CPS体系架构。每一个单元级CPS可类比为一个作战单位,多个单元级CPS通过网络,可以实现更大范围、更宽领域的数据自动流动,实现了多个单元级CPS的互联互通,提高了资源配置的广度、深度和精度。因此,通过CPS总线可以将多个作战单位集成在一起,形成系统级CPS体系结构。同时该体系结构的功能还包括协同控制、数据互操作、边缘网关、互联互通等。其中数据互操作、边缘网关、互联互通的作用主要体现在异构集成单元级CPS等方面;协同控制,即联富力城、协同控制各个单元CPS;监视与诊断的作用是实时监控、诊断单元级CPS以判断其是否具备相关能力。在武器装备故障预测与健康管理这个问题上,每一个作战单位根据单元级CPS状态感知、计算分析和科学决策,可以初步判断装备故障所在,从而进行精准执行,消除故障,这样实现了局部的自组织、自配置、自决策和自优化;由于技术限制和实际情况,一旦故障没有解决,大单位的系统级CPS的监视与诊断功能发现该作战单位这一级的单元CPS没有能力解决,发出向上传递指令,该单元级CPS通过网络将故障分析报告向上传递给大单位,即通过CPS总线传递到系统级CPS,系统级CPS进行分析决策,通过远程诊断和维护,保障武器装备的健康情况。


本文编号：3280822