PHM理论基础第3讲

PHM理论基础 姓名 梁敬福 PHM体系结构基本组成 01 数据采集和传感器应用技术 02 数据传输技术 03 数据挖掘与信息融合技术 04 健康评估与故障预测技术 PHM理论基础目录 05 智能推理与决策支持技术 06 接口技术 在一些PHM系统的研制过程中广泛采用了各种先进的传感器技术 如光纤传感器 压电传感器 碳纳米管 干涉测量 超声波 微电子机械系统 MEMS 等 这些新类型的传感器具有精度高 适用范围广 智能化等特点 在各种PHM系统中已有广泛应用 光纤传感器可对温度 湿度 位移 等应变物理量进行测量 国外运用在航天器综合健康管理系统中 MEMS其发展促使传感器集成度进一步提高 传感器更加小型化 并且使功耗和无线通信成本有了极大的降低 智能传感器不仅具备数据采集 数据处理功能 而且在传感器硬件产品中集成了故障诊断和预测算 使单个传感器具有 PHM 的功能 传感器采集到的各种数据信息需要通过一定的方式传输到PHM系统中的其他部分 目前主要有两种数据传输方式 即有线传输和无线传输 有线数据传输是通过各种有线数据总线和各种网络如In ternet EthernetLAN localareanetwork 等进行数据的传输 目前这方面的技术较为成熟 并且大多有各种通信标准 网络协议如TCP IP UDP IP等可以遵循 图1所示为有线数据传输方式的简单系统构成 近年来 随着射频 RF radiofrequency 尤其是蓝牙 Blue toothTM 以及蜂窝电话等技术的发展 已有部分研究开始考虑在PHM系统中通过无线传输的方式进行数据传输 在PHM系统采集到各种数据之后 就要对数据进行相应的处理以获取有用的信息 为后续的健康评估和故障预测提供可靠的数据支持 数据挖掘就是从数据库中抽取隐含的 以前未知的 具有潜在应用价值的信息过程 信息融合是指在一定准则下对多传感器的信息进行自动分析和综合 从而完成所需的决策和评估的信息处理过程 在PHM系统中信息融合的过程 就是以最高效的融合方式把尽可能多的信息 包括传感器采集的数据 环境信息 历史数据和维修记录等 通过各种智能算法融合到一起 得到综合的评价结果 健康评估和故障预测是PHM系统的核心部分 在某种意义上它们都是一种推理过程 在实际构建PHM系统时往往要根据系统的实际情况采用一种或多种技术和方法 健康评估是指当前状态偏离正常状态的程度 即故障级别 健康评估的过程则是根据状态监测所获得的信息 结合设备的结构特性和运行信息及历次维修记录 对己经发生或者可能发生的故障进行诊断 分析和预报 以确定故障的类别 部位 程度和原因 提出维修对策 最终使设备恢复到正常状态 PHM系统显著的特征就是具有故障预测的能力 故障预测是指综合利用各种数据信息 并借助各种推理技术 评估部件或系统的剩余使用寿命 预计其未来的健康状态 应用先进的状态监测和故障诊断技术 不仅可以发现早期故障 避免恶性事故的发生 还可以从根本上解决设备定期维修中的维修不足和过剩维修的问题 PHM系统的一个重要功能就是实现最后的 管理 即在健康评估和故障预测的基础上 结合各种可利用的资源 提供一系列的维修保障决策以实现系统的视情维修 为达到这一目的 就要建立PHM系统的维修保障决策支持系统 利用该系统进行维修决策的自动生成 维修资源的统一调配以及各相关单位的协同保障等 可极大地提高保障的效率和精确度 建立决策支持系统的主要技术有专家系统 仿真技术和多Agent技术等 接口技术部分主要包括人 机接口和机 机接口 1 人 机接口包括状态监测模块的警告信息显示以及健康评估 预测和决策支持模块的数据信息的表示等 2 机 机接口使得上述各模块之间以及PHM系统同其它系统之间的数据信息可以进行传递 PHM系统是一个开放式的系统体系结构 其开放性体现在自身的 即插即用 能力 即 一方面可不断更新或加入新的模块 另一方面则具有与其它系统进行信息交换和集成的能力 如与联合分布式信息系统 JDIS 以及其它维修计划系统构成综合自主式保障系统 ALS PHM系统中应用的接口技术主要在如下几个方面加以考虑 1 PHM系统各模块之间 2 各模块同PHM系统之间 3 部件级PHM同系统级PHM之间 4 人 机接口 5 PHM系统同其它决策支持 计划 库存 自动化以及维修系统的接口 PHM系统中采用的各种技术都是已经得