PHM技術(shù)的研究是筆者碩士的研究方向，下面將從以下幾個(gè)方面進(jìn)行介紹：

1. 概念

PHM，其英文名稱為Prognostics and Health Management，PHM技術(shù)旨為設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和健康預(yù)測(cè)提供解決方案。PHM技術(shù)是一種基于數(shù)據(jù)分析的技術(shù)，可以對(duì)機(jī)器設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和預(yù)測(cè)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的健康狀況進(jìn)行有效管理。通過(guò)PHM技術(shù)，我們可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障，提高設(shè)備的可靠性和運(yùn)行效率，最大限度地降低設(shè)備故障率和維修成本。

作為一項(xiàng)基于數(shù)據(jù)分析的技術(shù)，通常，PHM系統(tǒng)會(huì)通過(guò)傳感器等設(shè)備獲取數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)分析、處理和建模，以便更好地理解設(shè)備的運(yùn)行狀況。然后，基于這些數(shù)據(jù)分析結(jié)果，PHM系統(tǒng)會(huì)生成設(shè)備的健康狀況報(bào)告，以幫助用戶更好地理解設(shè)備的狀態(tài)，并提出有效的維修和管理建議。

PHM涉及的專業(yè)名詞有：狀態(tài)維修、故障診斷、故障預(yù)測(cè)、健康狀態(tài)、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、狀態(tài)評(píng)估等。

2. PHM系統(tǒng)組成

PHM 技術(shù)在航空航天國(guó)防軍事以及工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用,形成了不同類型的 PHM系統(tǒng),如直升機(jī)健康與使用監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(Health and Usage Monitoring System,HUMS),航天器集成健康管理系統(tǒng)(Integrated Vehicle Health Management System,IVHMS),飛機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(Aircraft Condition Monitoring System,ACMS)、發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)( Engine Monitoring System,EMS)、綜合診斷預(yù)測(cè)系統(tǒng)(Integrated Diagnostics and Prognostics System,IDPS),海軍綜合狀態(tài)評(píng)估系統(tǒng)(Integrated Condition Assessment System,ICAS)等。雖然 PHM系統(tǒng)的類型及應(yīng)用目的、技術(shù)和方法不同,但體現(xiàn)的基本思想是類似的,其中,以視情維修的開(kāi)放體系(Open System Architecture for Condition - Based Maintenance,OSA - CBM)最為典型其很好地綜合了這些系統(tǒng)共同的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。

2.1 OSA-CBM 體系結(jié)構(gòu)

OSA-CBM體系是由美國(guó)波音公司牽頭，來(lái)自工業(yè)制造、軍事商業(yè)制造、傳感器技術(shù)以及科研院所等10多個(gè)組織機(jī)構(gòu)聯(lián)合制定的其綜合了各類PHM系統(tǒng)的共同設(shè)計(jì)思想、應(yīng)用技術(shù)和方法,可用于指導(dǎo)構(gòu)建用于機(jī)械、電子和結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域的各種類型的PHM系統(tǒng),且該體系結(jié)構(gòu)已在美軍艦船飛機(jī)車輛及工業(yè)領(lǐng)域中得到初步的應(yīng)用和驗(yàn)證。OSA-CBM 的體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.2 PHM 系統(tǒng)的信息結(jié)構(gòu)

從信息交的角度,可以將 PHM 系統(tǒng)分為7層依次為數(shù)據(jù)采集、信號(hào)處理、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、健康評(píng)估、故障預(yù)測(cè)、決策支持和人機(jī)交互,如圖2所示。

在 PHM 系統(tǒng)的功能分層結(jié)構(gòu)中,自下而上是一個(gè)信息的獲取、轉(zhuǎn)換、分析、應(yīng)用和展示的過(guò)程;自上而下則是一個(gè)命令或配置信息下達(dá)的過(guò)程。各層的功能如下:
(1)數(shù)據(jù)采集層(Data Acquisition Layer)。數(shù)據(jù)采集層主要由狀態(tài)監(jiān)測(cè)傳感器和 BIT完成對(duì)裝備系統(tǒng)、子系統(tǒng)、部件的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集,獲得關(guān)于監(jiān)測(cè)對(duì)象的狀態(tài)特征參數(shù)。

(2)數(shù)據(jù)處理層(Data Manipulation Layer)。數(shù)據(jù)處理層主要完成對(duì)來(lái)自裝備狀態(tài)監(jiān)測(cè)傳感器和 BIT 的狀態(tài)特征數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,轉(zhuǎn)換成 PHM 系統(tǒng)所要求的形式和特征。

(3)狀態(tài)監(jiān)測(cè)層(Condition Monitor Layer)。狀態(tài)監(jiān)測(cè)層主要實(shí)現(xiàn)對(duì)裝備系統(tǒng)、子系統(tǒng)、部件特性的測(cè)試及報(bào)告,主要輸人為經(jīng)過(guò)信號(hào)處理后的來(lái)自各傳感器及 BIT 的數(shù)據(jù)輸出為關(guān)于系統(tǒng)、子系統(tǒng)部件的狀態(tài)或條件。

(4)健康評(píng)估層(Health Assessment Layer)。健康評(píng)估層主要實(shí)現(xiàn)對(duì)裝備的部件子系統(tǒng)系統(tǒng)的狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估,并報(bào)告所評(píng)估的系統(tǒng)、子系統(tǒng)、部件的健康情況。

(5)故障預(yù)測(cè)層(Fault Prognostics Layer)。故障預(yù)測(cè)層主要是對(duì)裝備的部件、子系統(tǒng)系統(tǒng)的狀態(tài)變化趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè),進(jìn)行給定使用包線下的剩余壽命估計(jì)。

(6)決策支持層(Decision Support Layer)。決策支持層主要完成對(duì)裝備系統(tǒng)的維修
決策包含任務(wù)/運(yùn)行能力評(píng)估和計(jì)劃、維修推理機(jī)和維修資源管理等。

(7)人機(jī)交層(Human Interface Layer)。人機(jī)交層主要完成裝備 PHM系統(tǒng)與使用者的接口交換,進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)信息、健康評(píng)估信息、故障預(yù)測(cè)信息及維修決策信息的顯示,同時(shí)接收裝備管理人員的干預(yù)信息。

3 發(fā)展歷史

此處省略一千個(gè)字。。。以后會(huì)補(bǔ)

4 涉及的關(guān)鍵技術(shù)

4.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)

4.2 傳感器應(yīng)用技術(shù)

4.3 數(shù)據(jù)處理技術(shù)

4.4 健康狀態(tài)評(píng)估技術(shù)

4.5 故障預(yù)測(cè)技術(shù)

根據(jù)參考資料[1],故障預(yù)測(cè)技術(shù)的發(fā)展分為以下幾個(gè)階段：(1)基于概率論的故障預(yù)測(cè)；(2)基于解析模型的故障預(yù)測(cè);(3)基于知識(shí)的故障預(yù)測(cè)；(4)基于人工智能的故障預(yù)測(cè)。

4.6 狀態(tài)維修決策技術(shù)

4.7 驗(yàn)證與評(píng)估技術(shù)

最后的最后，放一下chatGPT的總結(jié)：

總的來(lái)說(shuō)，PHM技術(shù)的出現(xiàn)為設(shè)備狀態(tài)管理和預(yù)測(cè)維護(hù)帶來(lái)了全新的解決方案。通過(guò)PHM技術(shù)，我們可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障，提高設(shè)備的可靠性和運(yùn)行效率，最大限度地降低設(shè)備故障率和維修成本。未來(lái)，隨著技術(shù)的發(fā)展，PHM技術(shù)將成為一種更加智能化、綜合化的管理系統(tǒng)，幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的全生命周期管理。

本文涉及的參考資料：
[1] 周林, 趙杰, 馮廣飛. 裝備故障預(yù)測(cè)與健康管理技術(shù)[M]. 第1版. 國(guó)防工業(yè)出版社, 2015.

本文部分由chatGPT生成。

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