美军预测性维护实施进展情况

来源：空天防务观察 作者：中国航空工业发展研究中心  顾鹏程

随着武器装备集成度、复杂度及智能化程度的快速提高，以及人工智能和机器学习的快速发展，正在加速武器装备维修从预防性维护向预测性维护转变。而美军早在2002年就发布了首个预测性维护政策文件，距今已过去了20过年。本文梳理了这20多年来美军预测性维护的实施进展情况。

预测性维护，就好比这个C-130战术运输机前的“水晶球”？（美空军图片）

一、概念内涵与历史沿革

  

所谓预测性维护就是为了减少计划外的被动维护或过度的预防性维护，通过包括人工智能和机器学习等在内的方法手段监控与系统状态有关的信息和数据，以在故障发生前找到并解决问题。其主要目的是有效改善维护性能，包括更高的生产效率、更短的维护周期、更低的成本、更好的可用性以及更高的可靠性。综合来看，在军事领域用于表达预测性维护、或与之相关的维护概念的的术语有很多，包括基于状态的维护（Condition-Based Maintenance，CBM）、增强型基于状态的维护（Condition-Based Maintenance Plus，CBM+）、预后和预测性维护（Prognostic and Predictive Maintenance，PPMx）、增强型以可靠性为中心的维护（Enhanced Reliability-Centered Maintenance，eRCM）和预测性维护（Predictive Maintenance）。

2002年美国防部发布了备忘录《增强型基于条件的维护》（Condition Based Maintenance Plus），对预测性维护政策进行了描述，用以指导各军种和国防部其他部门评估、开发和实施预测性维护技术和流程改进，以减少计划外维护，提高作战可用性，为现有武器系统在应用预测性维护技术方面开辟了道路。2007年，美国防部发布了DoDI 4151.22指南--《用于装备维护的增强型基于状态的维护（CBM+）》（Condition Based Maintenance Plus (CBM+) for Materiel Maintenance），指出军事部门和国防机构应将预测性维护纳入政策，在技术可行且有益的情况下根据预测性维护指南和程序设计、开发、演示、部署和维护设备，实现对现有武器系统的预测性维护。该指南还对预测性维护的管理进行了规定，指出各军种都要指定一个协调中心，负责预测性维护工作、监测结果及其他行动。2018年美国防部发布了国防部手册《以可靠性为中心的维护（Reliability Centered Maintenance）》4151.22-M，及同步发布的国防部指令4151.18《军事装备维护》”（Maintenance of Military Materiel），以帮助各军种实施和执行CBM+。2020年美国防部对DoDI 4151.22指南进行了更新，要求各军种为在各军种和武器系统层面制定的预测性维护需求提供相应的资源保障。

美军2020年8月14日更新了DoDI 4151.22指南（美国防部图片）

二、美军预测性维护实施进展

  

美军在最近几年才开始陆续开展预测性维护工作，截至2022年6月各军种在其武器系统开展预测性维护工作的进展有限。

各军种在战略政策／行动计划制定层面进度不一致，但都有安排。（1）美陆军制定了CBM+战略计划，且正在制定一项新的战略计划，但并未根据DoDI 4151.22更新CBM+政策。2018年美陆军发布了预测性维护的指导方针，并将重点转向人工智能的应用；2020年发布了预测性维护实施计划。（2）美海军没有制定战略行动计划，且未根据DoDI 4151.22更新CBM+政策，而美海军陆战队制定了全面的CBM+实施政策。美海军及海军陆战队分别于2015年、2020年发布了各自的预测性维护指南。其中美海军政策要求对所有新、旧海军和海军陆战队飞机应用预测性维护技术，随后在2019年进行了更新，将预测性维护纳入通用维护计划工作范畴。（3）美空军制定了CBM+战略计划，但没有更新CBM+政策。美空军于2016年开始开展预测性维护工作，正在分阶段对单个武器系统中的部分组件应用预测性维护技术。2021年4月，美空军发布了预测性维修战略实施计划，以支持解决空军机队中任务能力率下降和飞机可用性问题。此外，空军快速保障办公室在2021年4月成立了预测性维护企业整合管理委员会，为预测性维修提供支持和指导。

美军预测性维护实施进展一览表

预测性维护技术在多型武器装备中取得应用，包括固定翼飞机、旋翼机、舰船、地面作战和保障系统，但在飞机上的应用范围最广。

——空中装备：美陆军2005年率先在空中装备AH-64武装直升机上应用预测性维护技术，到2012年在AH-64和UH-60直升机上取得应用。截至2022年2月，美陆军在至少65%的CH-47直升机上安装了具备预测性维护的传感器。目前美海军陆战队和海军的许多飞机（如H-1和F/A-18等）都配备了状态监测系统，并朝着更全面地应用预测性维护技术的方向发展。美空军于2019年开始对KC-135加油机部分组件应用预测性维护技术，2021年进一步扩大了预测性维护技术在该型机上的应用。

——地面作战系统：美陆军2012年启动了地面车辆预测性维护概念试点项目。2020年进行了一次大规模现代化实验，将数据从地面作战系统传输到指挥和控制网络，通过这种端到端的数据传输发送与作战状态和维护需求有关的提示，以进行资源规划和后勤管理。美海军陆战队正处于预测性维护技术应用的早期阶段，于2020年启动轮式作战系统预测性维护试点项目。此外与美陆军合作进行地面作战系统预测性维护开发工作。美海军陆战队计划在2022财年为其300辆联合轻型战术车辆和中型战术车辆开展预测性维护工作，随后进行推广应用。

——舰船：美海军先后于2020年、2022年在梅森号驱逐舰、麦克坎贝尔号导弹驱逐舰和阿利伯克级导弹驱逐舰启动了预测性维护试点项目。截至2022年6月，梅森号成为美海军唯一一艘完成预测性维修概念测试与评估的船只。美海军已经在航母和潜艇上进行了与数据收集和分析相关的试点工作，但并未像水面舰艇一样开展预测性维护工作。

表 预测性维护在武器装备上的应用列表

三、预测性维护取得的效益

  

经过20多年的应用，预测性维护技术为美军在武器装备维护成本、故障率、维护效率取得了良好的效益：

降低了武器装备的维护成本。美陆军方面，预测性维护将AH-64、CH-47和UH-60等武器装备的维护成本分别降低了12%、23%和16%：调整优化了CH-47机队6237个维修小时，节省了2400万美元的维护费用，调整优化了UH-60机队5324个维修小时，节约了2.15亿美元的维护成本；此外通过对2500辆战术轮式车辆应用预测性维护节省了2400万美元的维护费用。美海军和海军陆战队方面，自2016年对H-1直升机应用预测性维护后节省了1亿美元的维护成本。美空军方面，在两年时间内为8架C-5运输机节省了120万美元，并预计在两年内为10架B-1轰炸机节省500万美元。

UH-60“黑鹰”战术通用直升机（美陆军图片）

及早识别、发现并解决故障，降低了武器装备的事故率。美陆军方面，预测性维护帮助其避免了四起严重的飞机事故，减少了相关人员及武器装备的损失。如通过健康监测传感器及时监测并解决了AH-64直升机头部的变速箱故障，在挽救两名机组人员生命的同时，避免了飞机坠机而造成的损失。美海军方面，预测性维护帮助其识别并更换了H-1直升机的故障部件，避免大约29次紧急着陆。除此之外，预测性维护还可以降低飞行员的生理事件，美海军在对F/A-18战斗机应用了黄蜂健康评估和准备工具的预测性维护方法，将海军的生理事件减少了约80%。

F/A-18战斗机机群（美国防部国防合同管理局图片）

降低了武器装备的故障率，提高了维护效率。美海军陆战队方面，在实施预测性维护18个月后，两栖突击车的故障时间减少了32%，地面作战系统的维修时间降低了69%，武器系统的可用性增加了6%。对H-1主旋翼齿轮箱和相关部件的维修间隔进行了调整优化，提高了维护效率。美空军方面，使用CBM+工具包做出预测性维护的预测决策，并每月报告需要维护的零件数量，有效提高了维护效率。截至2022年1月，美空军使用在包括KC-135等16个平台上使用了CBM+工具包。

KC-135加油机（美空军图片）

本篇供稿：科技信息研究所

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