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        淺談復(fù)雜裝備故障預(yù)測(cè)的優(yōu)勢(shì)與挑戰(zhàn)

        2022-07-11 10:23:30王江波昝少東
        中國(guó)設(shè)備工程 2022年13期
        關(guān)鍵詞:部件預(yù)測(cè)成本

        王江波,昝少東

        (中國(guó)西安衛(wèi)星測(cè)控中心,陜西 西安 710004)

        1 前言

        故障預(yù)測(cè)與健康管理(PHM)概念最早出現(xiàn)于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,隨后被引入機(jī)械科學(xué)的研究范疇。與醫(yī)學(xué)側(cè)重于潛在疾病的預(yù)測(cè)和患者健康管理相類(lèi)似,機(jī)械科學(xué)中的PHM旨在為故障預(yù)測(cè)和機(jī)械維護(hù)提供一個(gè)集成框架,通過(guò)將預(yù)測(cè)技術(shù)與維護(hù)策略相結(jié)合實(shí)現(xiàn)對(duì)維護(hù)策略的深入研究,具體包括基于狀態(tài)的維護(hù)、預(yù)測(cè)維護(hù)和實(shí)時(shí)維護(hù)等策略。PHM可以在裝備實(shí)際壽命周期內(nèi)實(shí)時(shí)評(píng)估系統(tǒng)可靠性,以及預(yù)測(cè)故障可能發(fā)生的時(shí)間地點(diǎn),從而降低系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)和維護(hù)成本。而故障預(yù)測(cè)則是通過(guò)集成傳感器數(shù)據(jù)和預(yù)測(cè)模型來(lái)實(shí)現(xiàn),可對(duì)裝備偏離預(yù)期正常運(yùn)行狀態(tài)的程度進(jìn)行評(píng)估。近年來(lái),PHM已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)可靠性、安全性、可維護(hù)性、可支持性和經(jīng)濟(jì)可承受性的關(guān)鍵推動(dòng)力。

        有效的PHM框架通常包括故障預(yù)測(cè)和維護(hù)管理。在故障預(yù)測(cè)方面,越來(lái)越多專(zhuān)業(yè)儀器(如智能傳感器、儀表、控制器和計(jì)算設(shè)備)被用于收集和分析單個(gè)機(jī)器的數(shù)據(jù),而振動(dòng)監(jiān)測(cè)、油液分析、溫度檢測(cè)和超聲波檢測(cè)等技術(shù)則被廣泛應(yīng)用于測(cè)量機(jī)器狀態(tài)。此外,研究者提出許多預(yù)測(cè)方法對(duì)剩余使用壽命(RUL)或潛在退化過(guò)程進(jìn)行估計(jì)。在維護(hù)管理方面,復(fù)雜系統(tǒng)已采用大規(guī)模定制、可重構(gòu)制造、可持續(xù)制造和服務(wù)型制造等先進(jìn)制造模式進(jìn)行裝配和操作。因此,系統(tǒng)級(jí)維護(hù)策略面臨著來(lái)自結(jié)構(gòu)性、隨機(jī)性和經(jīng)濟(jì)性相關(guān)的多重挑戰(zhàn)。

        在現(xiàn)代制造業(yè)中,一個(gè)制造系統(tǒng)通常由各種不同的機(jī)器組成,這些機(jī)器會(huì)隨著老化而不斷退化和磨損。從結(jié)構(gòu)依賴(lài)性角度來(lái)看,一臺(tái)機(jī)器若出現(xiàn)故障或進(jìn)行維護(hù)將會(huì)影響上下游機(jī)器,進(jìn)而增加并行系統(tǒng)的潛在不可用性。目前,關(guān)于故障預(yù)測(cè)方法的相關(guān)研究較為豐富,包括數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法、基于模型的方法、融合預(yù)測(cè)方法等,其主要的關(guān)注點(diǎn)是將PHM整合到不同類(lèi)型系統(tǒng)中。例如,Hardman提出了基于振動(dòng)數(shù)據(jù)的算法技術(shù),用于船舶推進(jìn)和動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中壓縮機(jī)的故障預(yù)測(cè)。徐東等人通過(guò)經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解和相關(guān)診斷信息,對(duì)深溝球軸承疲勞進(jìn)行預(yù)測(cè)。通過(guò)結(jié)合線(xiàn)性回歸和二次回歸,Li等人預(yù)測(cè)了燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的剩余使用壽命。結(jié)合數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)和基于模型的預(yù)測(cè)方法,佐磊等人提出一種混合遺傳算法與最小二乘支持向量機(jī)融合方法,用于可編程邏輯門(mén)陣列焊接點(diǎn)失效故障評(píng)估,該研究解決了傳統(tǒng)方法無(wú)法提供準(zhǔn)確信息、樣本數(shù)據(jù)少、時(shí)效性不高等問(wèn)題。

        然而,電子器件(包括微、納米級(jí)元件)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、元件種類(lèi)繁多、對(duì)故障前兆認(rèn)識(shí)有限等問(wèn)題嚴(yán)重阻礙了故障預(yù)測(cè)技術(shù)的發(fā)展,導(dǎo)致該領(lǐng)域仍處于起步階段。因此,對(duì)于PHM的實(shí)際工程應(yīng)用,有必要清楚了解其帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)和挑戰(zhàn)。本文解釋了PHM的一些關(guān)鍵優(yōu)勢(shì),然后討論開(kāi)發(fā)和實(shí)現(xiàn)PHM系統(tǒng)時(shí)所涉及的一些障礙和技術(shù)挑戰(zhàn)。

        2 PHM的優(yōu)勢(shì)

        通過(guò)PHM用戶(hù)能夠隨時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況,估計(jì)和預(yù)測(cè)系統(tǒng)的RUL,并及時(shí)采取糾正措施。PHM的部分優(yōu)勢(shì)如圖1所示,而這些優(yōu)勢(shì)則與系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)、可靠性、安全性、可維護(hù)性、物流和生命周期成本直接相關(guān)。

        圖1 PHM的潛在優(yōu)勢(shì)

        2.1 提高系統(tǒng)安全性

        故障預(yù)測(cè)目的是識(shí)別即將發(fā)生的裝備故障,并對(duì)系統(tǒng)用戶(hù)、維護(hù)人員、支持人員和后勤人員預(yù)警。一般來(lái)說(shuō),裝備運(yùn)行故障只在發(fā)生后才能被識(shí)別,但是PHM具備在組件或子系統(tǒng)出現(xiàn)故障前加以預(yù)測(cè)的能力,從而實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的RUL預(yù)測(cè)和更積極的系統(tǒng)健康管理。通過(guò)跟蹤組件的生命周期數(shù)據(jù),PHM能夠預(yù)測(cè)系統(tǒng)中將會(huì)出現(xiàn)的問(wèn)題,并在這些問(wèn)題導(dǎo)致系統(tǒng)性故障前為維護(hù)提供前置時(shí)間。圖2為退化參數(shù)和累積損傷預(yù)測(cè)的示意圖。如圖2所示,通過(guò)PHM可以得到維護(hù)前置時(shí)間,即PHM預(yù)警與實(shí)際出現(xiàn)故障之間的時(shí)間差。

        圖2 PMH故障預(yù)警

        不同類(lèi)型的預(yù)測(cè)方法提供不同類(lèi)型的結(jié)果,包括RUL、故障概率、可靠性和累積損傷率。為了預(yù)測(cè)故障并為實(shí)施解決方案留出前置時(shí)間,PHM方法必須在故障發(fā)生前通過(guò)實(shí)時(shí)的機(jī)載診斷和預(yù)測(cè)提供有效的引導(dǎo)時(shí)間和反應(yīng)時(shí)間。在故障前準(zhǔn)備時(shí)間上,無(wú)論采用何種預(yù)測(cè)方法,時(shí)間跨度都可能從幾分鐘或幾小時(shí)到幾天或幾周不等。針對(duì)預(yù)警問(wèn)題的緊迫程度來(lái)看,需要進(jìn)行部件更換的預(yù)警一般會(huì)確保幾個(gè)小時(shí)的前置時(shí)間;而腐蝕維修的預(yù)警前置時(shí)間則可能達(dá)到幾個(gè)月。盡管有時(shí)故障預(yù)警的提前期僅有幾分鐘,但是這短暫的前置時(shí)間卻尤為重要,它能夠有效提高系統(tǒng)的整體安全性,特別是對(duì)于可能帶來(lái)系統(tǒng)性損傷的關(guān)鍵設(shè)備。

        2.2 提高系統(tǒng)可維護(hù)性

        傳統(tǒng)意義上,設(shè)備維護(hù)主要通過(guò)兩種方式進(jìn)行:一是固定時(shí)間間隔(即計(jì)劃或預(yù)防性維護(hù));二是作為糾正措施(反應(yīng)性維護(hù))進(jìn)行。其中,計(jì)劃性維護(hù)本質(zhì)上是主動(dòng)的,即使故障還未發(fā)生也會(huì)按預(yù)定時(shí)間間隔進(jìn)行,而反應(yīng)性維護(hù)本質(zhì)上是被動(dòng)的,在故障發(fā)生后進(jìn)行。預(yù)測(cè)維護(hù)通過(guò)考慮系統(tǒng)中各部件的健康狀況進(jìn)行健康管理,其本質(zhì)也是主動(dòng)的。但是,傳統(tǒng)預(yù)防性維護(hù)在部件正常且尚有RUL條件下進(jìn)行部件替換,與之相比,PHM作為預(yù)測(cè)性維護(hù)實(shí)現(xiàn)了基于系統(tǒng)狀態(tài)的維護(hù),能夠根據(jù)裝備健康狀況采取維護(hù)措施,從而有效地減少維護(hù)頻率以及延長(zhǎng)維護(hù)周期。總的來(lái)說(shuō),作為基于狀態(tài)維護(hù)的重要驅(qū)動(dòng)力,PHM具有以下優(yōu)勢(shì):減少計(jì)劃外維護(hù)、消除冗余檢查、延長(zhǎng)維護(hù)周期、提高維護(hù)效率和降低維護(hù)成本。

        2.3 降低壽命周期成本

        系統(tǒng)的總壽命周期成本通常是未知的,系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)、支持和后勤成本難以確定,而與研究、設(shè)計(jì)、采購(gòu)、生產(chǎn)和測(cè)試相關(guān)的成本卻僅占整個(gè)裝備壽命周期成本中的小部分。PHM在降低系統(tǒng)的總壽命周期成本方面具有巨大的價(jià)值,因?yàn)槠湓试S基于狀態(tài)的維護(hù)。下面將討論P(yáng)HM在成本規(guī)避方面的一些優(yōu)勢(shì):(1)減少常規(guī)檢查費(fèi)用。如前文所述,定期檢查需要以足夠高的頻率進(jìn)行以便提前發(fā)現(xiàn)不符合標(biāo)準(zhǔn)的部件。但PHM通過(guò)提供預(yù)警,則可降低前置時(shí)間內(nèi)的檢查頻率,從而降低人工和檢測(cè)成本。(2)避免因停機(jī)而產(chǎn)生的成本。PHM能夠準(zhǔn)確識(shí)別故障位置和故障組件,從而有利于快速替換故障部件,這在一定程度上改進(jìn)了系統(tǒng)恢復(fù)力、提高了系統(tǒng)可用性。(3)降低備件成本。準(zhǔn)確的故障預(yù)測(cè)能夠根據(jù)部件的實(shí)際狀況安排更換。此外,提前了解所需備件數(shù)量可以提高交付效率并降低庫(kù)存水平。(4)節(jié)省具有剩余使用壽命的部件。傳統(tǒng)的預(yù)防性維護(hù)在執(zhí)行時(shí),系統(tǒng)多數(shù)情況下仍處于良好運(yùn)行狀態(tài),部件更換或維護(hù)只是機(jī)械式的依據(jù)固定計(jì)劃進(jìn)行,但其問(wèn)題在于被替換的部件可能仍具有很長(zhǎng)的剩余使用壽命。與預(yù)防性維護(hù)不同,預(yù)測(cè)診斷方法能夠減少正常零件浪費(fèi)進(jìn)而降低維護(hù)成本。(5)降低人力成本。在系統(tǒng)維護(hù)時(shí)拆卸的部件越少,地面檢查、故障檢測(cè)、故障隔離和設(shè)備維修的時(shí)間就會(huì)越短,使得維修人員和地面檢測(cè)設(shè)備的需求也會(huì)減少,從而降低系統(tǒng)運(yùn)行和維護(hù)的人力成本。

        2.4 提高系統(tǒng)可靠性

        理論上,合理的裝備設(shè)計(jì)和有效的生產(chǎn)過(guò)程控制能夠得到較高的系統(tǒng)可靠性。但在實(shí)際操作過(guò)程中,如果裝備未在適宜環(huán)境和運(yùn)行條件下運(yùn)行,其系統(tǒng)可靠性將大打折扣。PHM利用傳感器對(duì)環(huán)境和使用負(fù)載(如溫度、振動(dòng)、電壓和電流等)進(jìn)行監(jiān)測(cè),使用戶(hù)能夠針對(duì)系統(tǒng)環(huán)境和運(yùn)行狀態(tài)采取主動(dòng)措施,以減少部件消耗,延長(zhǎng)裝備使用時(shí)間。另外,PHM可以監(jiān)控和記錄組件的使用情況,在部件使用壽命結(jié)束前加以更換,從而提高系統(tǒng)可靠性。

        2.5 協(xié)助后勤保障系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        PHM可以協(xié)助構(gòu)建后勤支持系統(tǒng)。對(duì)于電子系統(tǒng),目前維護(hù)部門(mén)的中心思想是電子故障無(wú)法預(yù)測(cè)只能在發(fā)生時(shí)處理。這一思想導(dǎo)致備件庫(kù)分散、檢查與維護(hù)設(shè)備復(fù)雜、人員和其他支持資源冗余等問(wèn)題。因此,要使后勤支持系統(tǒng)能夠動(dòng)態(tài)運(yùn)行,則必須對(duì)相應(yīng)的運(yùn)輸和供應(yīng)鏈進(jìn)行有效的管理,而PHM的運(yùn)用則有望顯著降低后勤支持系統(tǒng)的冗余。

        2.6 提高可靠性預(yù)測(cè)精度

        在設(shè)計(jì)階段,常用的可靠性預(yù)測(cè)方法(如MILHDBK-217、GJB-299等)往往不能準(zhǔn)確反映設(shè)備的生命周期環(huán)境,因此其壽命預(yù)測(cè)結(jié)果往往與現(xiàn)實(shí)情況差別較大。傳統(tǒng)方法往往會(huì)受到對(duì)故障模型、操作過(guò)程和環(huán)境條件設(shè)置不足的限制。此外,某些故障是間歇性的,在特定環(huán)境條件下發(fā)生,在其他條件下自愈,使得傳統(tǒng)方法難以預(yù)測(cè),導(dǎo)致供應(yīng)鏈和維護(hù)鏈出現(xiàn)“無(wú)法復(fù)制”和“重新測(cè)試正?!眴?wèn)題。相比之下,PHM利用傳感器在實(shí)際應(yīng)用條件下對(duì)系統(tǒng)環(huán)境和使用負(fù)荷進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè),收集到的數(shù)據(jù)能夠反映設(shè)備的實(shí)際使用狀況,從而有助于進(jìn)行更佳的損傷評(píng)估和RUL預(yù)測(cè)。

        3 PHM面臨的挑戰(zhàn)

        PHM的實(shí)現(xiàn)通常包括如下過(guò)程和技術(shù):數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、健康評(píng)估、故障診斷、故障預(yù)測(cè)、維護(hù)決策。而PHM系統(tǒng)本身則需經(jīng)歷設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)、測(cè)試與評(píng)估、驗(yàn)證與確認(rèn)、生產(chǎn)與應(yīng)用等階段。在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過(guò)程中所涉及的每個(gè)過(guò)程或技術(shù)以及每個(gè)階段都會(huì)面臨一些挑戰(zhàn),本文以下各小節(jié)則進(jìn)一步討論P(yáng)HM實(shí)施過(guò)程中面臨的一些挑戰(zhàn)。

        3.1 預(yù)測(cè)方法的選擇

        基于狀態(tài)監(jiān)測(cè)的故障預(yù)測(cè)可以輔助系統(tǒng)的實(shí)時(shí)維護(hù),避免意外故障帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失。作為PHM最基本的任務(wù),故障預(yù)測(cè)主要目標(biāo)是預(yù)測(cè)部件在未來(lái)時(shí)間的可靠性或失效概率。一般來(lái)說(shuō),故障預(yù)測(cè)方法分為三類(lèi):基于物理的方法、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法以及二者混合的方法?;谖锢淼姆椒僭O(shè)可以對(duì)部件的損傷過(guò)程進(jìn)行物理建模,并且可以根據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)獲得模型參數(shù)。數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法依賴(lài)于觀測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)映射損傷或退化狀態(tài)以預(yù)測(cè)未來(lái)狀態(tài)變化?;旌戏椒▌t綜合了基于物理的和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法優(yōu)勢(shì)。對(duì)于不同類(lèi)型的裝備和故障模式,適宜的預(yù)測(cè)方法可能十分不同,因此恰當(dāng)?shù)念A(yù)測(cè)方法的選擇成為影響PHM系統(tǒng)有效性的關(guān)鍵因素。

        基于物理的方法利用模型來(lái)描述部件的退化過(guò)程,這些模型根據(jù)第一性原理、領(lǐng)域經(jīng)驗(yàn)、失效機(jī)理和一系列必要假設(shè)來(lái)建立,常見(jiàn)的方法主要包括:物理建模、結(jié)構(gòu)分析、接觸分析、累積損傷分析、循環(huán)疲勞分析、裂紋擴(kuò)展分析、生長(zhǎng)和剝落估計(jì)等。根據(jù)構(gòu)件的具體類(lèi)型或失效模式,基于物理的方法可以通過(guò)數(shù)學(xué)模型直接反映構(gòu)件的退化過(guò)程。但此類(lèi)方法需要根據(jù)領(lǐng)域經(jīng)驗(yàn)確定模型參數(shù),并根據(jù)機(jī)器的實(shí)時(shí)狀態(tài)不斷更新模型參數(shù)。表1給出了不同的基于物理的方法的優(yōu)缺點(diǎn)。

        表1 基于物理的方法的優(yōu)缺點(diǎn)

        基于機(jī)器學(xué)習(xí)和統(tǒng)計(jì)模型,數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法可在系統(tǒng)、子系統(tǒng)或組件級(jí)別進(jìn)行算法實(shí)現(xiàn)。機(jī)器學(xué)習(xí)方法通常只處理已知的故障類(lèi)型,其故障“模型”須先利用已知的原型故障模式(數(shù)據(jù))進(jìn)行訓(xùn)練,常見(jiàn)的機(jī)器學(xué)習(xí)方法包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、樸素貝葉斯、支持向量機(jī)、隱馬爾可夫模型和關(guān)聯(lián)分析等。一般來(lái)說(shuō),這些學(xué)習(xí)方法可分為有監(jiān)督、無(wú)監(jiān)督和半監(jiān)督學(xué)習(xí)方法。有監(jiān)督和半監(jiān)督學(xué)習(xí)所使用的訓(xùn)練數(shù)據(jù)需要預(yù)處理,并且不易利用測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行算法驗(yàn)證,這在一定程度上影響了算法的可信度。機(jī)器學(xué)習(xí)方法經(jīng)常使用優(yōu)化和搜索策略,其計(jì)算復(fù)雜度和可處理性會(huì)在很大程度上影響算法執(zhí)行效率。此外,根據(jù)數(shù)據(jù)分布是否被預(yù)先假定,統(tǒng)計(jì)模型則被分為參數(shù)方法和非參數(shù)方法。經(jīng)過(guò)多年發(fā)展,統(tǒng)計(jì)方法相較于機(jī)器學(xué)習(xí)方法更為成熟且更易實(shí)施,但是此類(lèi)方法的缺陷是未考慮到實(shí)際環(huán)境、操作條件和故障機(jī)制。表2給出了各種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法的優(yōu)缺點(diǎn)比較。

        表2 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法的優(yōu)缺點(diǎn)

        數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法和基于物理的方法對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)并不總是準(zhǔn)確或有效的,因此研究人員開(kāi)發(fā)了基于物理與數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)相結(jié)合的混合方法,從而將數(shù)據(jù)趨勢(shì)與故障機(jī)制關(guān)聯(lián)起來(lái)并隔離故障根本原因。使用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)技術(shù)和物理知識(shí)能夠隔離導(dǎo)致異常行為的參數(shù)并識(shí)別失效機(jī)制,因此混合方法提供了更準(zhǔn)確的RUL診斷以及故障參數(shù)信息,從而有利于進(jìn)行故障根本原因分析?;旌戏椒煞譃閮煞N類(lèi)型:一種是融合基于物理的方法的預(yù)測(cè)結(jié)果和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法的預(yù)測(cè)結(jié)果;另一種是使用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法來(lái)估計(jì)裝備當(dāng)前或未來(lái)的健康狀態(tài),然后使用基于物理的方法來(lái)預(yù)測(cè)退化或RUL。

        3.2 不確定性

        由于不確定性將導(dǎo)致故障預(yù)測(cè)性能退化,所以故障預(yù)測(cè)的另一個(gè)挑戰(zhàn)是如何處理不確定性。復(fù)雜裝備故障預(yù)測(cè)的不確定性來(lái)源通常分為三類(lèi):(1)模型不確定性;(2)測(cè)量不確定性;(3)裝備參數(shù)不確定性。為了建立和量化PHM系統(tǒng)的置信水平,故障預(yù)測(cè)后的準(zhǔn)確性評(píng)估毋庸置疑是必要的,并且需要采取科學(xué)有效的方法評(píng)價(jià)PHM的有效性和準(zhǔn)確性。不確定性會(huì)導(dǎo)致失效時(shí)間預(yù)測(cè)結(jié)果表示為一個(gè)分布區(qū)間而不是一個(gè)確定的單點(diǎn)值,并且因?yàn)閹缀螀?shù)和材料參數(shù)無(wú)法逐一測(cè)量,未來(lái)負(fù)荷無(wú)法確定,所以壽命預(yù)測(cè)結(jié)果也被表示為一個(gè)分布區(qū)間。

        3.3 多目標(biāo)權(quán)衡

        實(shí)施成本在決定PHM系統(tǒng)的成本效益方面發(fā)揮重要作用,而成本效益分析則對(duì)于評(píng)估PHM系統(tǒng)有效性方面至關(guān)重要。關(guān)于PHM系統(tǒng)的成本效益分析被稱(chēng)為投資回報(bào)率分析,主要包括對(duì)PHM引致的成本規(guī)避和PHM實(shí)施成本進(jìn)行分析。為了評(píng)估和確定PHM的投資回報(bào)率,需要明確定義的績(jī)效衡量標(biāo)準(zhǔn),但如何量化PHM實(shí)施效益通常卻是一個(gè)挑戰(zhàn)。PMH的成本效益不僅與故障預(yù)測(cè)時(shí)機(jī)、預(yù)警前置時(shí)間以及用戶(hù)實(shí)際需求有關(guān),還與可承受成本和可接受風(fēng)險(xiǎn)有關(guān)。此外,物流支持、備件供應(yīng)、供應(yīng)鏈管理和相關(guān)支持資源也影響著PHM的成本效益,從而帶來(lái)一個(gè)多目標(biāo)權(quán)衡的復(fù)雜決策問(wèn)題。

        4 可能的研究方向

        盡管學(xué)者們做出了許多努力,但在PHM這個(gè)新興跨學(xué)科領(lǐng)域中仍存在諸多方法和技術(shù)問(wèn)題亟需處理。本文認(rèn)為今后的研究可在如下幾個(gè)方向開(kāi)展:第一,PHM系統(tǒng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的制定,包括傳感器選擇、無(wú)線(xiàn)或有線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、預(yù)測(cè)和決策算法。研究將PHM與現(xiàn)有系統(tǒng)集成的最佳方法,以及將PHM系統(tǒng)設(shè)計(jì)與裝備設(shè)計(jì)相結(jié)合的方法。第二,根據(jù)裝備類(lèi)型開(kāi)發(fā)混合方法以提高預(yù)測(cè)能力和準(zhǔn)確性。第三,制定衡量評(píng)估PHM系統(tǒng)性能的指標(biāo)和方法。第四,進(jìn)行詳細(xì)的成本效益分析,并開(kāi)發(fā)基于不確定性的決策方法以最小化風(fēng)險(xiǎn)與最大化投資回報(bào)率。

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