故障预测与健康管理(PHM)技术研究

故障预测与健康管理(PHM)技术研究，1、内容概要、PHM定义概要、演进、特征、意义、PHM技术架构、关键技术、工程设计工具、PHM应用验证与确认的典型应用实例，2、故障诊断与综合健康管理和医学概念的类比、医学工程疾病的故障诊断通过观察、实验室测试和医疗仪器，由医生通过传感器、信号处理和检测器结论给出结论，诊断软件给出多学科咨询和综合诊断。多学科医生一起诊断当前的疾病。各种诊断技术用于诊断当前故障疾病预防和保健故障预测和健康管理体检、疾病预测、保健系统的健康监测、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、现在和未来)决策/维护建议；过去、现在和未来)、3、概述3、PHM、技术演进的技术特征研究的意义、4、从VHM到IVHM的集成VHM(车辆健康管理“集成”(即“I”)意味着健康管理涵盖车辆的所有部件及其生命周期的所有阶段。预测和健康管理(PHM)这是JSF联合攻击战斗机发展中IVHM概念的另一个表述。它的JDIS空军基地形成了一个完整的IVHM系统。健康管理技术演进(1)、5、故障检测、隔离和重构(FDIR、故障检测、隔离和重构)，60/70年代在航天工业中使用，基于各子系统的BIT，以故障代码的形式报告，以报警为主，重构在低级系统中实现，缺乏预测。VHM，车辆健康监控(VHM)在概念上只是FDIR的一部分，目标是车辆。健康管理技术发展(2) 6。系统健康管理首次将安全、可靠性、故障管理、可测试性和成本分析集成到一个统一的框架中，并定义了一个结构化的健康管理系统。车辆健康管理(VHM，车辆管理)“管理”涵盖两个方面：自主重新配置为安全和经济高效地实现任务目标分配资源，健康管理技术的发展(3)，7，基于信息的维护(IM，InformedMaintenance)或基于状态的维护(CBM，Condition-based DMainment)，以根据已知的车辆状况进行有针对性的维护。基于飞行中的实时报告、部件的寿命记录、历史数据和维护案例，有效地组织维护活动，以减少维护成本和维护时间。健康管理技术发展(4)，8，位，5级预测可以预测组件/子系统故障，并根据要求或实际情况进行维护？它能和控制结合吗？四级高级诊断能否在组件出现故障之前就知道其性能正在下降？异常、间歇性故障和单一事件能否根据运行条件进行监控？最低CND？鉴于系统的运行、保证和安全要求，系统的软件和硬件结构能否提供IHM所需的数据和资源？IHM系统容易升级吗？是否有一个闭环流程来支持技术成熟度？2级集成诊断能否跟踪不同子系统之间故障的根本原因？诊断分析和设计是系统工程的一个组成部分吗？数据和分析模型可以共享/重用吗？1级内置测试(BIT)基于定义的离散阈值确定它是故障还是可接受的性能。健康管理技术进化(5)，9，2。飞机PHM技术演进过程，(1)PHM技术的一般演进过程，(2)舰载机PHM能力演进过程，(3)大型客机PHM能力演进过程，10，(1)PHM技术的一般演进过程，发展阶段：应用层次：组件层次，2。飞机PHM技术的发展过程，子系统水平，系统集成(区域管理)，11，(1)早期的飞机系统从外部测试到飞行中测试(BIT)(60-70年代)相对简单。航空电子系统是离散的结构，依靠人工测试和隔离地面上的飞机问题(外部测试)。这些飞机由独立的模拟系统组成。随着飞机系统变得越来越复杂，飞行中测试(BITE)被引入到飞机中，首先是为了警告飞行员重要部件的严重故障，然后是为了帮助机械师发现故障。(1)PHM技术的一般演变，2)飞机PHM技术的演变，12，(2)从BIT到智能BIT(80年代)。为了解决传统双边投资条约中存在的问题，前美国罗马航空发展中心(RADC)在20世纪80年代初率先提出使用人工智能技术来提高双边投资条约的效率，从而减少误报和识别间歇性故障，称为智能双边投资条约。智能BIT是指利用人工智能及相关技术，将环境压力数据、BIT输出信息、BIT系统历史数据、被测单元的输入/输出、设备维护记录等信息进行组合。通过一定的推理、分析和筛选过程，获得了关于被测单元状态的更准确的结论，从而提高了BIT的故障诊断能力。在过去的20年里，智能比特技术发展迅速。各种智能BIT技术相继出现，如集成BIT、信息增强BIT、改进决策BIT、维护历史BIT、自适应BIT和临时监控BIT。智能BIT技术已应用于F-16和F-15以及新开发的第三代和第四代航空设备，如F-22和JSF。(1)PHM技术的一般演进过程，(2)飞机PHM技术的演进过程，(3)综合诊断的提出和发展(从20世纪70年代末到90年代)，20世纪70年代和80年代，复杂设备的使用暴露出测试性差、故障诊断时间长、BIT虚警率高、运行和保障成本高、维修人力不足等诸多问题，引起了美国和英国等军事和工业部门的关注。美国军方和工业界已经采取了许多独立措施来解决各种诊断元件的使用和保证问题，例如自动测试设备(ATE)、技术数据、BIT和可测试性，但结果并不令人满意。问题的根源在于诊断元素彼此独立工作并且缺乏集成。除了测试性和双边投资条约，设计是在主要设备设计基本完成后才开始的。从解决现役装备保障问题的角度出发，美国国防部发布了军事标准和国防部指令，强调采用“综合后勤保障”来有效解决武器装备保障问题。“诊断”问题已成为实施综合后勤保障的瓶颈。美国前安全工业协会于1983年首次提出“综合诊断”的概念，综合了构成武器装备诊断能力的所有要素，得到了美国军方的认可和大力提倡。(1)PHM技术的一般演变过程，(2)飞机PHM技术的演变过程，(3)综合诊断的提出和发展(从20世纪80年代末到90年代)，美国、英国等国家先后开始研究综合诊断方案，并将其应用于现有设备的改进和改造以及新一代设备的开发。答：综合诊断在美国军方的研究和应用。20世纪80年代中期，美国空军综合维修与诊断系统计划(GIMADS)综合诊断支持系统计划(IDSS)海军综合维修环境诊断计划(AIDME)于1991年4月发布了军事标准和指南，将综合诊断作为提高新一代武器系统诊断能力和作战准备状态以及降低使用和支持成本的有效途径。国防部颁布军用标准MIL-STD-1814 综合诊断美国空军也发布了综合诊断指南AFGS-87256c。1990年，国防部和各军种发起了一系列综合诊断演示和验证项目，以及一系列旨在提高设备诊断能力的研究项目，并将其应用于现役设备。与此同时，新一代装备(空军F-22、海军攻击核潜艇SSN-21、陆军主战坦克MIA2等。develo通过对军事和民用领域10个具有不同测试和诊断特征的典型案例的深入研究和论证，该项目最终提出了一个基于信息的集成诊断开放架构，并制定了实施路线图。B .美国工业综合诊断的研究活动A .开发综合诊断软件工具，将Harris公司应用于各种美国武器和美国航天局空间系统的开发、测试和维护“WSTA质量技术系统公司开发团队综合诊断工具集乔达诺自动化公司开发并行工程工具集(CETS)和“诊断工程师”工具等。国防工业协会(NDIA)在综合诊断相关工作中首次提出了标识的概念。多年来，它一直致力于身份证的研究和普及。综合诊断小组委员会开展了嵌入式诊断方法和措施的研究，通过综合诊断和改进BIT来降低误报率。受JSF项目委托，开展了电子预测能力和数据需求的研究。(PHM技术的一般演进过程。(2)飞机PHM技术的发展，(16)，(3)综合诊断的提出和发展(20世纪80年代末至90年代)。机械产品综合诊断研究美国“联合大学综合诊断研究中心”正在对机械故障机理、无损检测技术、机械状态监测方法等进行广泛研究。与测试和诊断联盟有关的活动1999年4月，美国在测试和诊断行业协会和公司的参与下建立了一个测试和诊断联盟。贸易发展委员会目前有32名成员，分别来自美国国防部、英国宇航系统公司、洛克希德马丁公司、霍尼韦尔公司、雷神公司、泰瑞达公司和安杰伦公司。贸易发展局正在促进跨行业合作，分享测试和诊断领域(特别是民用测试和诊断领域)的良好做法、经验和教训，协调各行业的研发资源和民用解决方案，并促进在军用产品中采用开放式集成诊断架构和开放式自动测试系统。c .集成诊断集成诊断的发展趋势是向测试、监测、诊断、预测和维护管理一体化发展，主要表现在：诊断系统的复杂性和集成度日益提高；集成诊断系统正在向基于信息的开放体系结构发展，诊断数据以标准的方式传递。该模型成为诊断设计和诊断功能的基础，即基于模型的诊断。嵌入式诊断和预测功能日益增强，专门的诊断子系统(区域管理器)已经出现。人工智能(机器学习)技术的广泛应用导致诊断系统的自主性越来越强。(1)PHM技术的总体演进，(2)飞机PHM技术的演进，(17)PHM技术诞生的需求：系统的复杂性、信息化和集成化大大提高了设备维修保障工作的重点，从传统的机械维修转向信息获取、处理和传输以及维修决策。过去，事后维修和定期维修已经不能满足现代战争和武器装备对装备保障的要求。在这种情况下，美国军方在20世纪90年代末将建立信任措施作为一种战略装备保障战略引入民用领域，目的是对装备状态进行实时或近实时监测，并根据装备的实际状态确定最佳维修时机，从而提高装备的可用性和任务可靠性。技术推广：信息技术和高技术的快速发展，如大容量存储、高速传输和处理、信息融合、微机电系统、网络等。机会：美国陆军主要项目F-35联合攻击飞机(JSF)的发射。(PHM技术的一般演变，2。飞机PHM技术的发展，18，f-8，a-7，av-8b，f/a-18a/b，f/a-18e/f，e-2c，v-22，h-60h-53，JSF，性能性能，(2)飞机PHM能力的发展，F-14C/D，1970，1980，1990，2000，T-45，COSSI IMD，2。飞机PHM技术的发展降低了A-7E飞机造成的事故率19、F-8、A-7、AV-8B、F/A-18A/B、F/A-18E/F、E-2C、V-22、H-60H-53、JSF、性能性能、(2)舰载机PHM能力的演变、F-14C/D、1970、1980、1990、2000、T-45、COSSIIMD、由于缺乏综合诊断能力和缺乏存储、传输和处理非机载数据的有效手段，诊断的有效性计算能力的提高和智能BIT的应用，大大提高了F/A-18E/F和V-22的诊断能力。2.飞机PHM技术的发展，20，F-8，A-7，AV-8B，F/A-18A/B，F/A-18E/F，E-2C，V-22，H-60H-53，JSF，性能，(2)飞机PHM能力的发展，F-14C/D，1970，1980，1990，2000，T-45，COSSI IMD，用于V-22，H-53和H-60直升机项目，从齿轮箱到航空电子设备2.飞机PHM技术的发展，21，F-8，A-7，AV-8B，F/A-18A/B，F/A-18E/F，E-2C，V-22，H-60H-53，JSF，性能，(2)飞机PHM能力的发展，F-14C/D，1970，1980，1990，2000，T-45，COSSI IMD，2。飞机PHM技术的发展过程中，随着机载计算、存储和处理能力的显著提高以及当今数字飞机能力的增长，飞机系统的诊断能力得到了显著提高，并朝着预测的方向进一步发展。舰载直升机项目正在扩展HUMS。分布式模块化开放系统的设计。(3)VHM对民用飞机的演变。第一代机械/模拟系统使用关键测试和故障指示器727，直流-9/MD-80，737经典型号，第二代数字系统使用前面板显示器757/767，737NG，MD-90，A320，第三代组合航空电子系统使用CMC访问所有子系统747-400，MD-11，第四代模块化航空电子系统使用集成CMC和有限数据链路能力777，下一代？第一代机械/模拟系统使用关键测试和故障指示器727、直流-9/MD-80、737经典型号，第二代数字系统使用前面板显示器757/767、737NG、MD-90、A320，第三代综合航空电子系统使用CMC访问所有子系统747-400。MD-11是第四代