風電機盾構(gòu)機大型設備故障預測與健康管理

 

什么是故障預測健康管理（PHM）

 

故障預測與健康管理（Prognosticsand Health Management），利用工業(yè)系統(tǒng)中產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)，通過信號處理和數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)對復雜工業(yè)系統(tǒng)健康狀態(tài)的檢測、預測和管理的系統(tǒng)工程。PHM技術(shù)可以維護機械設備的安全性和可靠性，節(jié)約維修保障成本。PHM可以追溯到20世紀70年代，當時很少涉及故障預測，不注重大數(shù)據(jù)分析，或者說不突出大數(shù)據(jù)分析的能力。其實這不屬于真正的PHM。當時只有剩余壽命評估、操作極限監(jiān)測、傳感器故障檢測、熄火檢測、著陸推力評估、飛行員啟動記錄等。缺少故障預測功能。PHM技術(shù)是一種基于狀態(tài)的維修技術(shù)，利用先進的傳感器采集設備數(shù)據(jù)，結(jié)合其他有效信息，借助合適的算法模型預測目標對象的故障，提供維修支持決策和實施方案。

 

PHM技術(shù)目的

 

大型設備由于其結(jié)構(gòu)復雜，一旦發(fā)生故障則會造成巨大的損失。因此，迫切需要提高復雜裝備系統(tǒng)的可靠性、可修復性和安全性。目前故障診斷的工作主要集中在“當前”的運行狀態(tài)，對系統(tǒng)故障預測與健康管理的研究則較少。定期維修是一種預防性維修，維修頻率不易把握，若維修過于頻繁，雖然保證了設備的安全性和可靠性，但會造成資源浪費；如果維修間隔過長，設備的安全性和可靠性又難以保證，失去了預防性維修的意義。傳統(tǒng)的“事后維修”和“計劃維修”方法，在應對瞬息萬變的新情況時存在嚴重不足。“視情維修”和“預知維修”將故障消滅在萌芽狀態(tài)，成為未來系統(tǒng)維護保障的發(fā)展方向。

 

PHM技術(shù)能進行故障預測，同時提供維修保障決策及實施計劃；對已經(jīng)發(fā)生的故障進行分析并確定其原因，事后維修也可以基于診維修。故障預測技術(shù)是比故障診斷技術(shù)更為先進的維修保障方式，PHM技術(shù)通過采用適當?shù)墓收项A測方法，提升了維修保障系統(tǒng)在準確時間對準確部位進行準確維修的能力。可以降低維修保障費用、提高戰(zhàn)備完好率和任務成功率,通過減少備件、保障設備、維修人力等保障資源需求,降低維修保障費用通過減少維修,特別是計劃外維修次數(shù),縮短維修時間,提高戰(zhàn)備完好率通過健康感知,減少任務過程中故障引起的風險,提高任務成功率。

 

 

發(fā)展現(xiàn)狀及難點

 

車輛等系統(tǒng)設計和使用中的一個重要組成部分。已廣泛應用于機械結(jié)構(gòu)產(chǎn)品中，比如核電站設備、制動裝置、發(fā)動機、傳動裝置等。與此同時，在石化、能源、制藥、離散制造等設備運營上，同樣有著廣泛的應用前景，值得關(guān)注。

 

PHM的特點是，必須有海量數(shù)據(jù)分析和健康判斷。數(shù)據(jù)是基礎(chǔ)，而有了數(shù)據(jù)如何分析也是一個大問題。國內(nèi)的航空公司，幾十年海量的數(shù)據(jù)，都無法自己開發(fā)PHM系統(tǒng)。這個難點就是模型：健康模型實現(xiàn)困難，而預測模型更難。這就是工業(yè)技術(shù)體系，如何將專家經(jīng)驗和實踐經(jīng)驗相結(jié)合，這正是工業(yè)化的核心。

 

通過采集的設備狀態(tài)可以準確了解設備的實際運行時間，從而可以根據(jù)累計運行時間調(diào)整維護計劃，減少不必要的過度維護；通過采集機床的振動、載荷等數(shù)據(jù)，可以在一定程度上預測設備的零部件是否正常，及時通知客戶重要的異常情況。未來，我們將對數(shù)據(jù)進行更深入的分析，使預測和管理更加準確和高效，為企業(yè)設備提供更好的保障。