/span>联合攻击战斗机（JSF）是美国洛克希德马丁公司研制的新一代先进战术攻击战斗机，具有隐身、高机动性、高生存性和低成本的特点。它是由美国联合英国、意大利等其他8个国家共同投资1万亿美元研制、生产和保持40年的重大项目。JSF项目是由“通用低成本轻型战斗机”（CALF）计划和“联合先进攻击技术”（JAST）计划演变而来的。1994年秋，在美国国会的压力下两个计划合并，保留JAST的名称，1995年年底重新命名为JSF计划，目的是为美国空军、海军、海军陆战队及其盟国研制下一代多用途战斗机。
JSF项目的指导思想是强调经济可承受性，即性能与费用的平衡。战斗机的性能由三大要素构成，即杀伤力、生存性和保障性/可部署性。在费用方面，确定了各种机型的单机出厂费用目标，并将研制与试验费用、生产费用和使用与保障费用占全寿命费用的比例控制在5%、40%和55%。
JSF项目在采办之初就确立了基于经济可承受性的后勤保障总目标：建立一个联合保障与国际合作的采办项目模型，研制和生产一种能有效地和经济可承受地应对现有和未来威胁的下一代攻击战斗机，并实现全球保障。具体构想是：（1）JSF应能在世界任何作战区域自行部署，其后勤规模仅包括将要发射的武器、飞行所需的燃料和初次激烈战斗所需的人员；（2）采用信息技术革新和综合后勤保障方案，结合非凡的可靠性与健壮的故障预测与健康管理（PHM）系统，促进视情保障及维修方案的实施；（3）将开放系统方法作为基本设计的一部分，以在整个寿命周期内提供持续利用新兴技术的能力。
为实现上述后勤保障目标，JSF项目之初就确定，必须改变传统的保障系统模式，建立自主式后勤维护系统，以期使JSF未来的使用与保障费用比过去的机种减少近50%。
2. 自主后勤维护
自主后勤（Autonomic Logistics, AL）系统是一种革命性的新概念，使得飞机在寿命周期内更好地被使用，相比于以往的飞机系统支出更低成本。支撑自主后勤系统概念的基础就是高级诊断、预测和健康管理系统（Advanced Diagnostic, Prognostics, and Health Management System）。
联合战斗机F-35 PHM系统结构示意图如图1所示。AL系统就是一系列组合支撑单元构成一个系统的过程，确保以较低的成本满足JSF武器系统的作战飞行架次和任务数量。AL是一种自动的后勤保障环境，在整体后勤保障环节中仅需少量的人员介入，包括维护调度、飞行调度和备件订货。支撑AL系统的基础就是高级预诊断、预测和健康管理系统（简称为PHM系统），PHM系统提供自主后勤中各类事件所需要的数据、信息和知识。
图1 联合战斗机F-35 PHM系统结构示意图
AL系统基于以下5个核心概念：
（1）智能和可靠的飞机（Smart and Reliable Aircraft）：飞机具有良好的可靠性、可维护性，随飞机设计同步的PHM系统确保整个AL系统概念。
（2）技术保障和支撑维护（Technology Enabled and Supported Maintainer）：具备先进技术的维修设备、资源，确保包括训练、信息、工具、仪器设备的维修活动整体化。
（3）集成训练环境（Integrated Training Environment）：采用最新技术和研究成果，训练环境对于飞行任务和维护提供ー种全面而综合的、系统的、不受限制的能力。
（4）智能信息系统（Intelligent Information System）：信息系统结构实现飞行器、飞机支撑系统、辅助支撑系统等交互，提供有效的JSF信息入口，构成维护和操作的智能系统。
（5）后勤基础设施（Logistics Infrastructure）：充分支特JSF武器系统，确保任务完成并控制成本。
3. JSF PHM技术
随着自主后勤保障的提出，PHM技术应运而生。采用PHM技术后，打破传统基于系统、子系统、部件高可靠性的保障要求，通过高级诊断和预测技术，关联与维护、维修有关的信息，实现寿命累计和预计，对飞机实现以信息为依据的维护和维修。
JSF的PHM技术，实现快速成熟、持续提高以及完全的集成，确保关键的性能特点以提升平台的可用性，降低操作成本，与外部支撑系统和处理协同，持续提升操作支撑。PHM技术是实现F-35支撑性（Supportability）和经济承受力（Affordability）的支柱。
JSF的PHM系统是一个高集成度、综合化的系统，包含机载和地面的故障诊断和预测功能。PHM系统的功能包括故障检测（Fault Detection, FD）、故障隔离（Fault Isolation, FI）、高级诊断（Enhanced Diagnostics）和性能监测（Performance Monitoring），同时具有预测关键部件剩余寿命的能力。PHM系统是一个层次化分布式的数据搜集、信息管理单元，包含机载（On-board）和地面（Off-board）两部分，以最大化传统故障检测和隔离率。增加飞行员了解系统剩余能力以提高任务完成率，同时，触发自主后勤保障过程，实现智能的维护和维修。
JSF PHM框架结构如图2所示。整体的JSF的PHM框架结构分为机载（空中）和基于地面的系统两大部分，两个部分之间依托多层次的功能、信息接口实现互联。识别飞机作为健康状态数据的确定性来源，地面系统作为数据管理和维护来源，整体的框架支撑提供了服务于F-35机群的信息以及服务。
图3 F-35机载PHM系统的顶层结构
通过区域管理器（AM），实现充分的数据处理，提高故障检测和隔离的准确率，降低虚警。区域管理器有效利用了系统或部件间的相关性，以最大化PHM能力。机载PHM系统需要平衡实时数据处理需求、重要度、技术可实现性、复杂度、存储空间等多种因素。AM采用高级推理技术和数据融合技术，并结合系统结构和设计知识，包括故障和退化模式等。AM监测功能状态、性能、退化和故障状态、维护和服务需求、剩余寿命估计等。AM记录各项与PHM事件相关的飞行条件和参数等。
AVAM具有多种基本功能，包括最高级的机载PHM集成，报告飞机飞行过程中的健康状态，并通过高层次的处理和相关技术，集成任务系统区域管理器（MSAM）、飞行器区域管理器（VSAM）、推进器区域管理器（PHAM）和机身区域管理器（AFAM）的信息，AVAM管理机载和地面系统的数据接口，基于数据重要性、不确定性等级和工作工况，提供飞行过程中故障报告的过滤和阈值判断。地面报告允许高效的维修计划、服务状态和配置需求等规划。
各个系统区域管理器是飞机PHM层管理器和子系统嵌人式处理和部件传感器信息的接口，这些层管理提供系统协作、传感器数据和信息处理、数据存储、健康状态和重要性过滤等功能，传感器信息包括原始信息和处理后的信号数据、性能数据和系统/子系统测试结果等。
外场可更换部件（Line Replacable Components, LRC）和部件层采集和报告传感器、性能数据，如果可能，也可更换部件性能或健康状态。一般来讲，带有处理器和控制器的子系统和部件具备嵌人式PHM的能力，以提供总体的诊断能力。
相对应的，依托地面PHM系统（Off-board PHM, OBPHM）的功能和处理能力，构建平衡的、闭环的JSF PHM系统。地面PHM系统主要功能包括通过高级诊断处理进行故障隔离的确认、故障预测评价、健康管理、故障虚警排除等。OBPHM采用智能帮助环境，提供高级数据挖掘和健康管理技术、智能故障预测和诊断算法、子系统诊断模型构成知识工程处理和数据文件支撑，以实现灵活的配置。
JSF地面PHM系统的一般工作流程如图4所示。
图4 JSF地面PHM系统的一般工作流程
同时，开放式结构允许飞行器系统更新PHM信息、知识和算法等。快速和灵活的更新和升级能力是一大特点，软件的更新对于关键操作环境和平台将不会带来影响。
JSF PHM系统的工作流程如图5所示。PHM包含一系列方法，以用于评估系统、子系统和单元部件的健康状态，自制造过程开始，贯穿于各个层次和系统组成的操作、支撑和训练中。PHM体现和依托的是高度发展的计算智能和人工智能技术，包含使计算机在一些方面能模拟智能的算法，比如语音识别、演绎、推理、创造性反应，通过过去的经验来学习的能力。基于规则的推理器、基于模型的推理器、基于事实的推理器、神经网络、模糊逻辑和遗传算法都是智能计算的典型选择。PHM推理器或者基于人工智能的方法不同于传统的基于传感器或者内置检测诊断，基于传感器的方法是通过传递传感器的数据到那些已经建立和训练用于辨识飞机及其部件的健康状态和故障形式的智能推理器来检测故障的。PHM系统综合应用基于模型和基于数据驱动的多种算法，比如神经网络和模糊逻辑，来模拟物理系统健康的和不健康的运行状态。而传感器的作用在于使用普通使能系统传感器来诊断，例如，大气数据系统和惯性测量单元。专业化的诊断传感器只是在有必要时才添加，以补充数据集。PHM系统的预测能力是另一个有别于以前诊断的特点。对智能诊断系统的研究已经表明对定义相关的机械的各种变量在相互关系或者等级上的微小改变，都可以用于可靠预测未来可能的故障。
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