故障预测与健康管理(phm)技术研究

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1、故障预测与健康管理（PHM）技术研究1内容提纲PHM概述定义、沿革、特征、意义PHM技术体系结构、关键技术、工程设计设计工具、验证与确认PHM应用典型应用举例2故障诊断与综合健康管理——与医学概念的类比医学工程疾病诊断故障诊断通过观测、化验和医疗仪器,通过传感器、信号处理和检测仪结论由医生给出结论由诊断软件给出多科会诊综合诊断多科医生一同诊断当前疾病运用多种诊断技术诊断当前故障疾病预防与保健故障预测与健康管理体检、疾病预测、保健体系健康监测、高级故障诊断、故障/寿命预测(健康、亚健康、疾病、寿命预

2、测,(健康、亚健康、故障、部件寿命预测,保健措施;过去、现在和将来)决策/维修建议;过去、现在和将来)3PHM概述技术沿革技术特征研究意义4综合运载器健康管理从VHM(VehicleHealthManagement)到IVHM（IntegratedVHM）“综合”（即“I”）意味着健康管理遍及运载器的所有部分及生命周期的所有阶段。预测及健康管理（PHM,PrognosticsandHealthManagement）这是联合攻击战斗机JSF研制中对IVHM概念的另一种提法，它的PHM（空中）+JD

3、IS（地面）构成完整的IVHM系统。健康管理技术演变（1）5故障检测、隔离和重构（FDIR，FaultDetection,IsolationandReconfiguration），60/70年代的空间工业中采用，以各子系统的BIT为基础，以故障代码的形式报告，以报警为主，重构在低层系统实现，缺少预测。运载器健康监控（VHM,VehicleHealthMonitoring），从概念上它只是FDIR的一部分，对象针对运载器。健康管理技术演变（2）6系统健康管理（SHM，SystemHealthMana

4、gement）首次将安全性、可靠性、故障管理、可测试性及成本分析纳入一个统一的构架，定义了一个结构化的健康管理系统。运载器健康管理（VHM，VehicleHealthManagement）“管理”跨度为两个方面：①自主重构②安全且成本有效地实现任务目标而分配资源健康管理技术演变（3）7以信息为依据的维修（IM，InformedMaintenance）或基于状态的维修(CBM,Condition-basedMaintenance)根据所掌握的运载器状况来进行有针对性的维修。以飞行中的实时报告、部件

5、的寿命记录、历史数据、维修案例等为依据，高效组织维修活动，降低维修成本，减少维修时间。健康管理技术演变（4）8BIT5级预测——是否可以预报部件/子系统失效，并且根据要求或实际情况进行维修？是否可以与控制综合？4级高级诊断——是否能够在部件失效前得知其性能正在降低？能否根据运行情况监测到异常、间歇性故障和单次出现的事件？CND能否最少？3级集成系统结构——在给定系统运行、保障和安全性需求时，系统软、硬件结构能够提供IHM要求的数据和资源吗？IHM系统容易升级吗？存在支持技术成熟化的闭环处理过程吗？

6、2级综合诊断——可以在不同子系统之间追踪引起失效的根本故障吗？诊断分析与设计是系统工程过程中的一个有机组成部分吗？数据与分析模型可以共享/重用吗？1级内置测试（BIT）——基于定义的离散阈值判断，是故障还是可以接受的性能？健康管理技术演变（5）92.飞机PHM技术演变过程(一）PHM技术的一般演变过程（二）舰载机PHM能力演变过程（三）大型客机PHM能力演变过程10（一）PHM技术的一般演变过程发展阶段：应用层次：部件级2.飞机PHM技术演变过程分系统级系统集成（区域管理器）外部测试机内测试（BI

7、T）智能BITPHM综合诊断11(1)从外部测试到机内测试（BIT）（60-70年代）早期的飞机系统比较简单，航电系统为分立式结构，依靠人工在地面上检测和隔离飞机中的问题（外部测试）。这些飞机由彼此独立的模拟系统构成；随着飞机系统变得复杂，机内测试（BIT/BITE）被引入飞机中，先是为了警告飞行员在重要部件中出了关键故障，后来又成为支持机械师查找故障的助手。（一）PHM技术的一般演变过程2.飞机PHM技术演变过程12(2)从BIT到智能BIT（80年代）为了解决常规BIT存在的问题，美国原罗姆航

8、空发展中心（RADC）在80年代初率先提出运用人工智能技术来改善BIT的效能，以降低虚警、识别间歇故障，这就是所谓的智能BIT。智能BIT是指，采用人工智能及相关技术，将环境应力数据、BIT输出信息、BIT系统历史数据、被测单元输入/输出、设备维修记录等多方面信息综合在一起，并经过一定的推理、分析、筛选过程，得出关于被测单元状态的更准确的结论，从而增强BIT的故障诊断能力。20多年来，智能BIT技术有了迅速发展，先后出现了综合BIT、信息增强BIT、改进决策BIT、维修历史BIT、