故障预测与健康管理PHM技术研究

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)
2级 综合诊断 ——可以在不同子系统之间追踪引起失效的根本故障吗？诊断分析与设 计是系统工程过程中的一个有机组成部分吗？数据与分析模型可以共享/ 重用吗？
1级 内置测试（BIT） ——基于定义的离散阈值判断，是故障还是可以接受的性能？
2. 飞机PHM技术演变过程
(一）PHM技术的一般演变过程 （二）舰载机PHM能力演变过程 （三）大型客机PHM能力演变过程
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
健康管理技术演变（3）
▪ 系统健康管理 （SHM，System Health Management） 首次将安全性、可靠性、故障管理、可测试性及成本分析纳入一个统一的构架，定义 了一个结构化的健康管理系统。
▪ 运载器健康管理 （VHM，Vehicle Health Management ） “管理”跨度为两个方面： ①自主重构 ②安全且成本有效地实现任务目标而分配资源
发展阶段：
2. 飞机PHM技术演变过程 （一） PHM技术的一般演变过程
外部测试 应用层次：
机内测试 （BIT）
智能BIT
部件级
分系统级
综合诊断
PHM
系统集成 （区域管理器）
2. 飞机PHM技术演变过程
（一） PHM技术的一般演变过程
(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。
2. 飞机PHM技术演变过程
（一） PHM技术的一般演变过程
(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。
故障预测与健康管理PHM技术研究
内容提纲
PHM概述 定义、沿革、特征、意义
PHM技术 体系结构、关键技术、工程设计 设计工具、验证与确认
PHM应用 典型应用举例
故障诊断与综合健康管理 ——与医学概念的类比
Leabharlann Baidu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
健康管理技术演变（5）
5级 预测 ——是否可以预报部件/子系统失效，并且根据要求或实际情况进行维修？ 是否可以与控制综合？
4级 高级诊断 ——是否能够在部件失效前得知其性能正在降低？能否根据运行情况监 测到异常、间歇性故障和单次出现的事件？CND能否最少？
3级 集成系统结构 ——在给定系统运行、保障和安全性需求时，系统软、硬件结构能够提 供IHM要求的数据和资源吗？IHM系统容易升级吗？存在支持技术成熟 化的闭环处理过程吗？
健康管理技术演变（4）
▪ 以信息为依据的维修 （IM，Informed Maintenance）
或 基于状态的维修 (CBM, Condition-based Maintenance) 根据所掌握的运载器状况来进行有针对性的维修。以飞行中的实时报告、部件的寿命记录、 历史数据、维修案例等为依据，高效组织维修活动，降低维修成本，减少维修时间。
2. 飞机PHM技术演变过程
（一） PHM技术的一般演变过程
(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
PHM概述
技术沿革 技术特征 研究意义
健康管理技术演变（1）
▪ 综合运载器健康管理 从 VHM (Vehicle Health Management )到IVHM（Integrated VHM） “综合”（即“I”）意味着健康管理遍及运载器的所有部分及生命周期的所有阶段。
▪ 预测及健康管理 （PHM, Prognostics and Health Management） 这是联合攻击战斗机JSF研制中对IVHM概念的另一种提法，它的PHM（空中）+ JDIS （地面）构成完整的IVHM系统。
健康管理技术演变（2）
▪ 故障检测、隔离和重构 （FDIR，Fault Detection, Isolation and Reconfiguration），60/70年代的空间工业中采用， 以各子系统的BIT为基础，以故障代码的形式报告，以报警为主，重构在低层系统实现，缺 少预测。
▪ 运载器健康监控 （VHM, Vehicle Health Monitoring），从概念上它只是FDIR的一部分，对象针对运载器。