PHM技術的研究是筆者碩士的研究方向,下面將從以下幾個方面進行介紹:
- PHM技術的概念
- PHM系統組成
- PHM技術的發展歷史
- PHM涉及的關鍵技術
1. 概念
PHM,其英文名稱為Prognostics and Health Management,PHM技術旨為設備狀態的實時監控和健康預測提供解決方案,PHM技術是一種基于資料分析的技術,可以對機器設備的運行狀態進行實時監控和預測,以實作對設備的健康狀況進行有效管理,通過PHM技術,我們可以及時發現設備故障,提高設備的可靠性和運行效率,最大限度地降低設備故障率和維修成本,
作為一項基于資料分析的技術,通常,PHM系統會通過傳感器等設備獲取資料,然后將資料分析、處理和建模,以便更好地理解設備的運行狀況,然后,基于這些資料分析結果,PHM系統會生成設備的健康狀況報告,以幫助用戶更好地理解設備的狀態,并提出有效的維修和管理建議,
PHM涉及的專業名詞有:狀態維修、故障診斷、故障預測、健康狀態、狀態監測、狀態評估等,
2. PHM系統組成
PHM 技術在航空航天國防軍事以及工業領域的應用,形成了不同型別的 PHM系統,如直升機健康與使用監測系統(Health and Usage Monitoring System,HUMS),航天器集成健康管理系統(Integrated Vehicle Health Management System,IVHMS),飛機狀態監測系統(Aircraft Condition Monitoring System,ACMS)、發動機監測系統( Engine Monitoring System,EMS)、綜合診斷預測系統(Integrated Diagnostics and Prognostics System,IDPS),海軍綜合狀態評估系統(Integrated Condition Assessment System,ICAS)等,雖然 PHM系統的型別及應用目的、技術和方法不同,但體現的基本思想是類似的,其中,以視情維修的開放體系(Open System Architecture for Condition - Based Maintenance,OSA - CBM)最為典型其很好地綜合了這些系統共同的設計思想和設計方法,
2.1 OSA-CBM 體系結構
OSA-CBM體系是由美國波音公司牽頭,來自工業制造、軍事商業制造、傳感器技術以及科研院所等10多個組織機構聯合制定的其綜合了各類PHM系統的共同設計思想、應用技術和方法,可用于指導構建用于機械、電子和結構等領域的各種型別的PHM系統,且該體系結構已在美軍艦船飛機車輛及工業領域中得到初步的應用和驗證,OSA-CBM 的體系結構如圖1所示,

2.2 PHM 系統的資訊結構
從資訊交的角度,可以將 PHM 系統分為7層依次為資料采集、信號處理、狀態監測、健康評估、故障預測、決策支持和人機互動,如圖2所示,

在 PHM 系統的功能分層結構中,自下而上是一個資訊的獲取、轉換、分析、應用和展示的程序;自上而下則是一個命令或配置資訊下達的程序,各層的功能如下:
(1)資料采集層(Data Acquisition Layer),資料采集層主要由狀態監測傳感器和 BIT完成對裝備系統、子系統、部件的狀態進行實時采集,獲得關于監測物件的狀態特征引數,
(2)資料處理層(Data Manipulation Layer),資料處理層主要完成對來自裝備狀態監測傳感器和 BIT 的狀態特征資料進行處理,轉換成 PHM 系統所要求的形式和特征,
(3)狀態監測層(Condition Monitor Layer),狀態監測層主要實作對裝備系統、子系統、部件特性的測驗及報告,主要輸人為經過信號處理后的來自各傳感器及 BIT 的資料輸出為關于系統、子系統部件的狀態或條件,
(4)健康評估層(Health Assessment Layer),健康評估層主要實作對裝備的部件子系統系統的狀態進行評估,并報告所評估的系統、子系統、部件的健康情況,
(5)故障預測層(Fault Prognostics Layer),故障預測層主要是對裝備的部件、子系統系統的狀態變化趨勢進行預測,進行給定使用包線下的剩余壽命估計,
(6)決策支持層(Decision Support Layer),決策支持層主要完成對裝備系統的維修
決策包含任務/運行能力評估和計劃、維修推理機和維修資源管理等,
(7)人機交層(Human Interface Layer),人機交層主要完成裝備 PHM系統與使用者的介面交換,進行狀態監測資訊、健康評估資訊、故障預測資訊及維修決策資訊的顯示,同時接收裝備管理人員的干預資訊,
3 發展歷史
此處省略一千個字,,,以后會補
4 涉及的關鍵技術
4.1 結構設計技術
4.2 傳感器應用技術
4.3 資料處理技術
4.4 健康狀態評估技術
4.5 故障預測技術
根據參考資料[1],故障預測技術的發展分為以下幾個階段:(1)基于概率論的故障預測;(2)基于決議模型的故障預測;(3)基于知識的故障預測;(4)基于人工智能的故障預測,
4.6 狀態維修決策技術
4.7 驗證與評估技術
最后的最后,放一下chatGPT的總結:
總的來說,PHM技術的出現為設備狀態管理和預測維護帶來了全新的解決方案,通過PHM技術,我們可以及時發現設備故障,提高設備的可靠性和運行效率,最大限度地降低設備故障率和維修成本,未來,隨著技術的發展,PHM技術將成為一種更加智能化、綜合化的管理系統,幫助企業實作對設備的全生命周期管理,
本文涉及的參考資料:
[1] 周林, 趙杰, 馮廣飛. 裝備故障預測與健康管理技術[M]. 第1版. 國防工業出版社, 2015.
本文部分由chatGPT生成,
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