对发展故障预测和健康管理技术的探讨_杨占才

系统 设计 、开发 和验证 过 程 中 , 必须 重视 型研究 。
建模 方 法 主要 有 两种 一 是基 于数 据 的
方 法 ,在 大量 历 史数 据分 析 的基 础上 ,确 定状 态与 特征 参 数之 间 的对应 关 系 , 结 合 系统 实 时数 据 进行 诊 断 预 测 二是 基 于 模 型 的方 法 , 利 用 被 测 对 象 动 态 响 应 模 型 , 针对 当前 系 统 的响 应 输 出 , 进 行 参数 辨识 , 对 照 正 常状态 下 的参数 统计 特性 , 进行 故障模 式确认 和预 测 。
验证的流程 、 方法和体系 , 对于其他新型装备 系 统研 制具有 重要 推动 作用 。 几种 典 型的 设计 、 开
发及验证 一体 化 软件 平 台为 国外 了重要 作 用 , 如 美 国
, 翎平 台 、 伙 ⑧ 平台 、 , 件工具集以及 近 公司的 公司花 , 公司 , 软件中的 鳃 软 祀 软件平台的预测功能等 。 技术研 究取 得 了一定 的进展 。
发展状况及 需要关注的几个 问题
发展 状 况 目前 , 在 国外 得 到 了广 泛 应 用 。 在 民航 领
目前 需要关 注 的一 个 主 要 问题 是 与
相关的
发 展 后 劲 不 足 。 实现
域, 、 、 、 、 使用 的 飞机健康 管 理 、 一 使 用 的 飞 机 状 态分 析 与 管理 系 统 等 均 具 有 系 统 的初 级 功 能 。 在 直升机领域 , 英国 、 美国 、 加拿大等 国使用 的 科 阿 帕奇 、 石 黑 鹰 、 支 奴 干 、山 猫 直 升 机 的 健康与使用监测 系统 是
受 的 。 面对 不 同对 象 ,设 计人员 在重 复相 同 的工作 , 而 且所 有产 品都得从 头 开 始 , 不但 增 加 了设 计 人员 的工 作负 荷 , 而且 提高 了开发 成 本 而 用 户 则 必须 忍 受冗 长 的开 发周 期 。 同时 , 产 品制 造 商 需 要 配 备 多套 软件 以解决 难度 大 , 阻 碍 了 具备
装备的故障诊断工作 开展不深人 , 缺少故 障数据 的积 累、 故障模 式 的全面 分析 和故 障原 因的深 人解 析等 , 严 重影响了寿命预测技术和健康管理技术 的开展 同时 的验证 手段 研究 刚起步 , 对 所 得 到 的研究 结 果缺 乏强 有力 的验证 , 对其 有效性 的评判 缺乏 支撑 。
需 求 ,要 求对 装备状 态进 行 实 时监 控 、 诊断 、 预 测 和健
过国内外技术对比 , 提出装备发展 题 以及 应 当重视 的工作 , 希望 为装备
的稳步 开展 发挥一 定作 用 。
应当关注的问 技 术及 工作
康管理 , 因此装备研 制部 门越来越重视故 障预测与健 康 管理 , , 罗 技术 的发展 。 采用 系统的目的是实现视情维修 , 防止 维 修不 足和过 度维 修 , 降低 保 障 费用 , 提 高 维修 效 率 。
于零部件 的性 能试 验 和 耐久 性 试 验 , 试 验 类 型 限 于产
才 能满 足工程要 求 , 为装备
系 统的验 证和 评价提
模
供 基础技 术支撑 。 由于 不 同 物理 对 象 采 用 的
品功能试 验 、 性 能试 验等 。 系统 集 成单 位 重 点 考虑 系
型 有 一 定 的差 别 , 故 一 般 情 况 下 单 一 方 法 很 难 完 成
在 设 计 过程 中 ,应 重点考 虑各种 诊断 和预测 算法
传感器技术 、 数据采集技术 、 数据处理 技术 、 数字仿真 技术 及实物 验证 技术 等 多个 技 术 领域 , 需 要 解 决各 类 软件 工具 的数据 交换接 口 、 建模 、 模 型仿 真 、推理
分必 要 。
证 和指 标评 估体 系 , 使得
研究成 果难 以评价 。
需要重视 的几项工作
打 好基 础 , 加强 建模研 究 。
模 型是 基 础 理 论 的 重 要组 成 部 分 , 在
系统 所用方 法多 样性 的 问题 , 造成 较 建模 的有 效 实 现 。 为 提 高
大 的投资 , 且各工 具之 间接 口不 一致 , 会 造成 软件 集成 模 系统 的开发 效率 、 减 少开 发 时 间 、降低 开发 成 本 , 研 制 设计 、 开 发及验证 功能 的一体 化 软件 平 台十 设计 、 开发 与 验证 是 一项 系 统 工 程 , 涉及 到
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随着 使用 方对 装备 战备完 好率和 任务成 功率 指标
上 制约 了装备
本 文在分 析
技术 的发 展和应 用 能力 的提 高 。
概念 和技术 发展状 况基 础上 , 通
要求的不断提高 , 以及维修方式从以往的事后维修 、 定
期维修向视情维修转变 , 新型装备提出了 “ 自 主保障 ”
领域 的典 型应 用 。 在军 用 飞机 领域 , 一 的
系统的支撑技术主要包括 ① 传感器技术 ② 数 据传输网络技术 ③ 数据采集软件设计技术 ④ 数据 处理技术 ⑤ 故障诊断技术 ⑥ 寿命预测技术 ⑦ 健 康管理技术 ⑧ 系统验证技术等 。 我 国开展 的 相关 技术研 究 , 对典 型 部 件 故 障 机 理 、 特 征 提取 方法 、 诊 断预测 算法 等进行 了研 究 和摸索 , 与 国外 差距
建模 与模 型验 证 的关键 , 而 目前积 累 的可 用历 史 数据较 为 匾乏 ,直 接导致 模 型成 为 系统开 发过程
技术 理论体 系 不断完 善 和优化 , 设计 、 验证 和评估 技术 不断 成熟 。 美 国 一 等 先 进 战 机 装 备 了 系统 ,
其设计 、 开发和验证都基于成熟软件工具 , 并结合装备 特点进 行验 证 和熟 化 , 已经形 成 了 设计 、开 发及
系统 验证 指 通 过 功 能 分 析 、费效 比分 析 、 综 合 优化方 法等来 评定 系统 设计 的优 劣 。 技 术 只有通 过仿 真验证 和 实 物 验 证 , 经不 断 改 进 和完 善
算 法研究 , 仿 真研究 较 多 , 物理 试验研 究较 少 。产 品研 制 单位 主要进 行产 品设 计 与 试 验 工作 , 其 试 验 重点 在
收稿 日期
一
一
作 者简介 杨 占才
一
, 男 , 黑龙 江大庆人 , 硕士 , 高级 工程
师 ,主要从 事信 号 处理 及 故 障诊 断 方 面的研 究 工作 安 茂春 一 , 男 , 山东 莱阳人 , 硕 士 , 副研 究 员 , 主要 从 事综 合 浏 试 、故障诊断 等测 试仪 器设 备研 发 管理 工作 王 红 一 , 女 ,江 苏江 阴人 ,博士 ,研 究员 , 主要 从事航 空浏试与诊 断 、 测试
对发展 故 障预 测 和健 康管理技 术的探 讨
对发展故障预测和健康管理技术的探讨
杨 占才 , , 安茂春 , , 王
中航 工业北京 长城航空测控技术研 究所 , 北京
红
北京系统工程研究所 , 北京
摘要 故障预测与健康管理 系统对于推动装备视情维修 能力的实现具有重大的意义 。 简要介绍 的概 念及 其 内涵 , 分析 了国 内外 技 术 的发展 状 况 , 论 述 了 技 术发展 过 程 中 需要 关 注 的主要 问题 , 以及需要重视 的几项工作 。 希望对装备 技术发展发挥 一定的参考作用 。 关 键词 故 障预 测 与健康 管理 视 情 维修 发展 状 况 问题 与 工作 中图分 类号 几 十 文 献标识 码 文 章编 号 《 一 一 一
对发展 故 障预 测和 健康 管理技 术的探 讨 系统 验 证 任 务 , 需 要 多种 方 法互 为 补 充 、相互 验 证 , 才能 得 到 比较 理 想 的验证效 果 。 目前 , 国内还缺 乏
验 证 技 术 的 必要 手 段 , 没 有 完善 全 面 的 验
性 , 这 种情况 在
系统被 工程应 用时 是令 人难 以接
需要 关注 的几个 问题 基础 技术弱 , 导致 理论 和方 法 不 成 熟 , 导 致 技 术开 发难 度 大 。
关联 , 并借助各种算法和智能模型来分析 、预测 、 监控 和管理装备 的工作状态 。 代表 了一种方法 的转 变 ,一 种维 护策 略 和概念上 的转 变 , 实现从 传统 基于传 感器的诊断 向基于智能系统的预测 的转变 , 从而为在 准确 的时 间 、 对 准确 的部位 、 进行 准确 而主 动的维 护活 动提供 了技 术基 础 。
逐 步缩小 。但 由于 多 年来 传 感 器 技术 发 展 未 受 重 视 ,
系统在直升机 、
的 飞机 健 康 监 测 系 统 、 海军的 综合 状态评估系统 、 一轰炸机和全球鹰无人机的 飞行器综 合健 康 管理 等 均为 应用 比较成 功 的 案例 。
国外 应 用 的 系统 , 覆 盖 了部 件 、 分 系统 及 整ຫໍສະໝຸດ 系 统研 制 起 到 公 司的
平台 、 公 司的
中的薄弱环 节 ,这 不仅影 响
度 ,对 评价 。
系统 诊 断预测 的准确
系统 的工程 实 际应用 也造 成很 大影 响 。 验证 技术 和 指标 体 系不 完 善 , 导 致成 果 难 以
年 ,国 内
多所高校 开展 了
相关课 题研 究 , 主要 注重 理论 和
数 据不 足 , 导 致模 型不 准确 。
个飞机系统 , 主要 功能 组件包 括 飞机级 、 任 务 系统 及地 面 、推进 系 统 、 机 电 系统 等 。 此外 , 国外 预 测 及 健 康 管 理
、结 构
目前 , 在
研 制 过程 中 , 由 于历 史 数据 积 累不
足导致 知识 获取难 度 大 , 已成 为 业 内共 识 。 知识 获 取
的主要 途径有 专家 经 验 、 仿真试验 、 物 理 试验 、历史 数 据 挖掘 等手段 。专 家经 验 主 要 指 设 计 人 员 、可靠 性 分 析 人员及 维 修 人 员 在 实 际 工 作 中 总结 的各 种 诊 断 案 例 , 最终 总结成 规则 , 可 以作 为 专 家 系 统 的规 则 知识 。 专 家经验 大多无 法定 量 进 行 描 述 , 应 用 专 家经 验 的 主 要 困难在 于有效 、 可靠 地提 炼 与总结 规则 知识 。 在 系统研 究过 程 中 , 历 史数 据的统计 信息 是
经 过 多年 的 技 术 研究 , 研 制 工 作 开 展过 程 中还存 在诸 多需要 关注 的 问题 , 如 基 础理 论技术
故障预测和健康 管理的 内涵
故 障预测 与健 康管 理 主要 包括 两方 面 内容 , 即故 障预测 和健康 管理 。 故障 预测 又包括 健康 状态 预 报和寿命 预测 两层 含义 。 健康状 态 预报用 于确定 当前
储 备不 足 、 知 识获取 难 度 大 、 验 证 能力 弱 等 , 一 定程 度
部件或者系统处于其健康退化过程中的哪一种健康状 态 , 即 正常状 态 、 性 能下 降状 态 或者 功 能 失效 状 态 等 。 当部件或系统处于性能下降状态时 , 判断是由于何种 故障原因引起其健康水平 的下降 , 并且评价当前健康 状态 偏离其 正 常状态 程度 的大小 。 剩余 寿命 预测是 指 依据 部件 或系统 的 当前健康 状态 、 历史状 态等 信息 , 采 用合适的预报模型 , 确定部件或系统 的剩余使用寿命 , 。健康 管理则是指根据 诊 断 预测 等信息 、 可用维 修资 源和使 用需 求对维 修活 动
性验证 等方面的研 究工作 。
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《测控技术 》
年第
卷第
期
做 出适 当决策 。 采用 先进 的传 感 器来 感 应 和采 集 与 系统 属 性 有关 的特征参 数 , 然 后将 这 些 特 征 和有 用 的信息 相
统级故障及对其他系统 的影响 , 部件级故 障模式及寿 命试 验考 虑 比较 少 , 系统 级 试 验 重 点 进 行 性 能 试 验 。 专业测控技术研究所重点开展装备关键部件的故障模 式模拟试验和全寿命周期试验 , 建立故障模式与故障 特 征之 间 的关联 关 系 , 获 取 寿命 基 线 数 据 正 常 状态 下 不同工况 不同外部 载荷情 况下 的特征数据 , 作 为故障诊断及预测的基准依 据 , 完善故 障模式与寿命 知识 库 , 为装备 技术 发展 提供技 术 支撑 。