重大设备寿命预测的技术和方法

这里仅介绍寿命预测的三项关键技术 。
Ｉ传 感 器 ．
传感器用来监测设 备运行参 数和环境 参数 。传感 器种 类很多 ，有 温度传感器 、湿度传感器 、电传传感器 、化学 传感 器 、光 学传感 器和磁传 感器 等 。不 管哪一 类传感 器 ，
其 最 终 目标 都 是 将 其 状 态 监 测 参 数 转 化 成 电 子 信 号 ，最 终
测 、发运和安装调试 过程 中，任一环 节都可能影 响到零件
可靠 性 。 （）运 行 和维 护 环 境 。设 备 的生 产 负 荷 大 小 、运 ２
行 的环境 （ 温度 、湿度 、灰尘 ） ，以及对 设备 维护保 养水
分析和预测设 备剩余寿命 。无 线传输适合 于恶劣环境 ，其 传输距离既 可以短到几米 ，也 可以长到几 千米甚至几 百万
时更 换 或采 取 相 应 的 应 急对 策 。 ２基 于数 据 驱 动 方法 ，简 称 Ｄ 方 法 ． Ｄ
该方法基 于状 态监测 的历史 信息 ，从统 计和概率 角度 出发 ，对设备 的可靠性 、剩余寿命 进行推断 、估计和预测 。
３基 于失 效 物 理 （ｏ ） 模 型 的方 法 ，简 称 ＰＦ 法 ． ＰＦ ｏ方
更新 成本等 ，应从 寿命 周期费用 的角度 计算传 感器 系统 的 总成本 ，而不仅仅是采购价格。 （） 可靠性 。传感器 系统受 噪声和 周 围环 境的影 响很 ３ 大 ，为 了降低 传感器 系统故障 的风险 ，必须考 虑传感 器 的
运行环境和适用范围。 传 感 器 技 术 正 朝 着 微 型 化 、无 线 网 络 、超 低 功 耗 、 以
ＰＦ ｏ 模型评估关键部件 的剩余 寿命 。
例如 ，为 了预测印刷电路板中某一个关键部件的寿命 ， 首先进行Ｆ Ｅ 分析 （ ＭＭ Ａ 故障模式 、机理和影响分析） ，确定 出影响该部件 的重 要故障模式和故 障机理 。结果 发现 ：温 度和阻抗是影 响部 件寿命的重要参数 ，因此选择 对这两个
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。｜
寿命预测的基本 流程如下图１ 所示 。
有害气体 的存在。金丝雀对有害气体 的感应能力 高于人 类 ，
当他 们 无 精 打 采 时 提 示 矿 工 赶 快 离 开 矿 井 。 同理 ，在 设 备
系统 内部 安排 比实 际产 品更快发生故 障的内建结 构 （ 保险 和预警装置） ，就 可警示某一关键部件寿命的终结 ，需要及
对 电子信 号处理和计算 ，预测 出设备剩余 寿命 。选 择传感
器 时 ，主要 应 考 虑 ：
寿命之 间的Ｐ Ｆ ０ 模型 ，计算 出该部件 的无故障工作 时间 ，从 而预测出该部件 的剩余寿命。
影 响 设 备 寿 命 的 因 素 很 多 ， （） 在 制 造 、组 装 、检 １
ＰＦ ｏ 的原理 ：利用设备的生命周期内负荷和故障机理知 识 ，识别设备 的故 障模式 ，确定故障生产和故 障传播规律 ，
并预测设备剩余寿命 。
Ｄ 方 法 和Ｐ Ｆ 法 都 有优 势 和 局 限 性 。 Ｐ Ｆ 法优 势 在 Ｄ ｏ方 ｏ方
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于 ：估计不 同载荷条件下 的剩余 寿命 ；以及 预测设备 参数 不可监控情况 下的剩余寿命 。其 局限性在于 ：当故 障机理 交互时 ，该方法难 以估计剩余寿命 。Ｄ 方法优势在 于 ：能 Ｄ 根据状态监测信 息 ，估计 出设备 的剩余寿命 。其局 限性 在 于 ：无法 区分故障模式 。
（）传感器 系统 的功能 。由于对设备 的寿命预测需 要 １
多个不同的参数 。因此 ，一款传感器最好能测量多种参数 ，
包括温度 、湿 度 、振动和压力 。另外 ，还要 考虑采集 的数 据是 否快速 方便 。传 感器 系统将 收集到 的状态 监测数 据 ， 通过无线和有线传输法 ，将这些数据传输到基站或计算机 ，
线遥测 技术 的发展 ，已经 使传感 器模块 和 自动数 据记 录器 的实施成为可 能。 （） 寿命 预测系统 的大 脑——信 号与信 ２ 息处 理单元理 论方面也取 得 了重 大进展 ，特别是 寿命预 测 数学模型 ，日趋智 能化 、实用化 。 （）在准确地预测 出关 ３ 键零部件 寿命 的基 础上 ，结合 无线射频 识别 （ ＦＤ Ｒ Ｉ ）等 自 动识别技 术 ，用 于定位供 应链 中的零件 ，从 而根据 需求快 速获取并 提供 更换零件 ，实现准 时供应 。 从 经济 角度 来看 ，寿命 预测具 有 很高 的投 入产 出 比。 Ｎ Ｓ （ 国国家航空 和航 天管理局） 的研究 表明 ，针对 当 ＡＡ 美 前和上一 代飞机 系统结构 的故障诊 断 、寿命 预测与 系统健 康 管理 ，其三 年内的Ｒ Ｉ（ Ｏ 投资 收益 率）高达０５ ，预计可 ． ８ 降低３ ％的维修 成本 。更 重要 的是 ，该技术实现 了 “ ５ 对设备 寿命 心中有数 ” ，消除了设 备安全的不确定性 ，产生巨大 的
公里。
平 、维修人员 的责任 心等 ，都影 响到设 备的剩余 寿命 。因
此 ，寿命 预测是一项非 常有挑战性 的工作 ，需要 上述各种
方 法 综 合 应用 。
（） 成 本 。包 括 传 感 器 系 统 的 采 购 成 本 、维 护 成 本 和 ２
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中国 设备工程 ｌ２ １年０ 月 ０１ ３
专 ｜ 点 家
监控 方面 ，使用板 上内建测试 （ Ｉ）来识别 和定位故 障。 ＢＴ ＢＴ Ｉ一旦检测 出系统 故障 ，或者 由于误操作会 损坏设备 时 ， 系统将暂停运行 。
预 警 装 置 的 机 理 来 源 于 早 期 采 矿 行 业 利 用 金 丝 雀 警 告 二 、寿 命 预 测 的 流程
４ 融 合 预 测 方法 ．
利用 Ｄ 方法 和Ｐ Ｆ Ｄ ｏ 方法 的优点来 预测设 备的剩余 寿命 。
具 体 讲 来 ，应 用 Ｄ 方 法 进 行 异 常 检 测 ，一 旦 预 测 出设 备性 Ｄ
图 １ 寿命 预测 的基 本 流 程 三 、寿 命 预 测 的 关 键技 术
能下 降 ，然后 应用Ｐ Ｆ 法确定 造成异 常 的参 数 ，并根据 ｏ方
参 数 进 行 监 控 。利 用 Ｄ 方 法 检测 阻抗 这 个参 数 表 现 异 常 时 ， Ｄ 说 明 该 部 件 性 能 异 常 ， 由于 阻 抗 参 数 异 常 是 由循 环 温 度 载 荷 造 成 的 ， 因此 ，利 用 Ｐ Ｆ 法 ，根 据 反 映 循 环 温 度 载 荷 和 ｏ方