故障预测与健康管理（PHM）基本概念

故障预测与健康管理 PHM 基本概念 1 讲解人 梁敬福2015年4月17日 内容提纲 PHM概述PHM发展过程PHM系统构成 2 1 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 3 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 4 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 PHM技术的一般演变过程 2 飞机PHM技术演变过程 5 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 自适应BIT和暂存监控BIT等多种智能BIT技术 智能BIT技术已经应用到F 16与F 15的改型和新研制的F 22 JSF等第三 第四代航空装备中 PHM技术的一般演变过程 2 飞机PHM技术演变过程 6 3 综合诊断的提出和发展 80年代后期至90年代 20世纪70 80年代 复杂装备在使用中暴露出测试性差 故障诊断时间长 BIT虚警率高 使用与保障费用高 维修人力不足等各种问题 引起美英等国军方和工业部门的重视 美军及工业界分别针对自动测试设备 ATE 技术资料 BIT及测试性等各诊断要素相继独立地采取了很多措施 力图解决这些使用与保障问题 结果不理想 问题的根源在于各诊断要素彼此独立工作 缺少综合 而且除测试性和BIT外 都是在主装备设计基本完成后才开始设计的 从解决现役装备保障问题的角度出发 美国国防部颁布军用标准和国防部指令 强调采用 综合后勤保障 的途径来有效解决武器装备的保障问题 诊断 问题成为贯彻综合后勤保障的瓶颈 美国原安全工业协会于1983年首先提出了 综合诊断 的设想 对构成武器装备诊断能力的各要素进行综合 并获得了美国军方的认可和大力提倡 PHM技术的一般演变过程 2 飞机PHM技术演变过程 7 8 3 PHM系统构成 3 PHM系统构成 PHM系统主要有六个部分构成 数据采集利用各种传感器探测 采集被检系统的相关参数信息 将收集数据进行有效信息转换以及信息传输等 信息归纳处理接受来自传感器以及其它数据处理模块的信号和数据信息 将数据信息处理成后续部件可以处理的有效形式或格式 该部分输出结果包括经过滤波 压缩简化后的传感器数据 频谱数据以及其它特征数据等 3 PHM系统构成 状态监测接受来自传感器 数据处理以及其它状态监测模块的数据 其功能主要是将这些数据同预定的失效判据等进行比较来监测系统当前的状态 并且可根据预定的各种参数指标极限值 阈值来提供故障报警能力 健康评估接受来自不同状态监测模块以及其它健康评估模块的数据 主要评估被监测系统 也可以是分系统 部件等 的健康状态 如是否有参数退化现象等 可以产生故障诊断记录并确定故障发生的可能性 故障诊断应基于各种健康状态历史数据 工作状态以及维修历史数据等 3 PHM系统构成 故障预测决策故障预测能力是PHM系统的显著特征之一 该部件由两部分组成 可综合利用前述各部分的数据信息 评估和预测被监测系统未来的健康状态 并做出判断 建议 决策采取相应的措施 该部件可以在被监测系统发生故障之前的适宜时机采取维修措施 该部分实现了PHM系统管理的能力 是另一显著特征之一 保障决策主要包括人 机接口和机 机接口 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