导弹PHM数据管理平台构架研究

导弹PHM数据管理平台构架研究

龙莹, ,于元元

江南机电设计研究所

摘要：根据数据驱动的导弹PHM系统需求，为更好地对导弹数据进行管理，挖掘数据中的隐藏信息，本文对导弹PHM数据管理构架进行研究。首先，从数据驱动的导弹PHM系统结构出发，分析数据管理存在的问题及需求；其次，设计了数据管理平台构架，并梳理数据管理流程及关键技术。本文为构建实用的PHM系统提供了良好的支撑。

关键词：导弹，数据管理，构架，PHM

1引言

将故障预测与健康管理(Prognostics and Health Management, PHM) 技术应用至导弹系统中，可以对导弹的健康状况进行监控、评估与预测。导弹系统是庞大且复杂的系统，包含各分析系统及各级零组件，建立表征导弹系统或零组件健康状况的数据或物理模型是非常困难，因此导弹的PHM以研制过程和训练过程产生的大量测试数据为支撑，对健康状态自诊断、自评估、故障预测展开研究。

数据是进行导弹PHM研究的重要支撑，有效的数据管理有利于数据的挖掘、利用，而导弹研制和训练过程中的数据数量庞大、数据繁杂、结构各异、孤岛化严重，使得数据的管理、挖掘利用难度大大提升，从而增加了导弹健康管理的难度。通过分析导弹数据管理存在的问题及需求，对PHM数据管理平台构架进行设计，实现数据的规范化管理，有利于数据驱动的导弹PHM系统研究。

2 导弹PHM数据平台

数据是数据驱动的导弹PHM系统的研究基础，在PHM体系结构中，将与数据相关的各环节构建为一体，称为导弹PHM数据平台，数据平台承担着对进行预处理、特征提取、状态监测、状态评估、故障预测等工作，并将所得结果传输至PHM管理器中。

2.1数据驱动的导弹PHM系统体系结构

数据驱动的导弹PHM结构如图1所示，该结构包含数据处理、状态监测、故障预测、推理决策等模块，通过PHM系统中的数据处理平台，得到数据处理结果，传至PHM管理器中，由健康评估及管理系统做综合决策。

图1数据驱动的导弹PHM系统体系结构

3.PHM数据平台需求

PHM数据平台所需具备的功能有：

第一个功能为数据结构化存储与管理功能，导弹的数据涉及导弹全寿命周期，在导弹论证、研制试验到交付部队后的训练、维护过程中产生的大量数据都是导弹PHM的数据支撑，而这些数据结构复杂、数量庞大、试验数据跨度大、数据分散等，使得对数据的检索、挖掘利用、数据共享造成了困难，因此数据平台需具备数据管理功能，对数据进行结构化存储及管理。

第二个功能为数据处理功能PHM数据平台需具备对数据进行处理、分析的功能，将历年来的数据作为输入，实现多变量融合，将传统方法的单参数评估扩展为多时间点融合、多参数融合、多个子系统融合，实现导弹状态评估与预测。

3导弹PHM系统数据平台构架设计

3.1 PHM系统数据平台构架

为更好地满足导弹PHM系统需求，构建导弹健康管理数据平台，平台构架如图2所示，包含数据获取层、数据预处理层、数据存储层、数据分析层以及数据应用层，其中数据获取层为数据平台输入，应用层数据平台输出，是PHM系统的一部分。

图2导弹PHM系统数据平台体系结构

数据获取层：数据的获取贯穿导弹全寿命周期，从论证、研制、试验、交付、日常维护、训练、维修、战备值班直至退役；

数据预处理层：获取的数据是最原始的数据，因此需要对数据进行去除异常值、数据清洗等操作，将对算法无意义的数据删除，为便于数据存储，还需对数据进行拆分与整合，并提取出数据特征值以后后续处理，数据维护是指可以对底层数据进行备份、更新等操作；

数据存储层：数据进行预处理后，需将数据进行结构化存储与管理，并生成映射表，根据原始数据与衍生数据的属性，将生成历史数据库、关系数据库与特种证数据库。

数据分析层：按照健康管理系统实现的功能，数据平台需具备数据挖掘、健康指标构建、故障诊断、健康监测、状态评估、健康预测等模块，在该框架下实现相关算法，对数据进行挖掘和处，并进行可视化呈现，方便用户查看。

应用层：根据数据分析层的结果，对用户提供数据检索与查询、智能故障诊断、智能健康监测与维修决策推荐功能。

3.2关键技术

随着数据量的增大、数据类型的增多、数据复杂性增强，导致数据质量下降，数据预处理的工作量大，选择兼容性强数据预处理方法，根据数据特点构建适用的数据预处理模型，提取数据特征，挖掘数据之间的关系，建立多源数据融合模型，提高数据的可用性。

在导弹PHM分析过程中，数据的索引查询频繁，数据的加载和对响应的及时响应十分重要，结构化存储需有映射，具备可扩展及并行处理的能力，实现快速查询响应。

PHM数据系统可视化研究。数据是多维的，数据与数据之间相关联，平台可视化的研究及人性化界面设计不仅能将多维数据之间的联系表示出来，也能直观反映出数据、算法、系统结构中的关联性，为用户提供较好的使用感。

4结论

本文从数据驱动的PHM系统结构出发，面向导弹数据，分析了导弹数据管理存在的问题及数据管理平台需求，并对PHM系统数据处理平台构架进行了设计，梳理了数据平台的关键技术，为导弹PHM数据的处理、存储、分析、挖掘利用提供支撑，为构建实用的PHM系统提供了参考。

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