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故障診斷和健康管理軟件
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故障預測與健康管理(PHM)技術作為實現裝備基于狀態的維修、自主式保障、感知與響應等新思想、新方案的關鍵技術,受到美英等發達國家的高度重視和推廣應用。PHM系統正在成為新一代飛機、艦船、車輛和能源等裝備設計和使用中的一個重要組成部分。
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美國Expert Microsystems公司從1994年就創新性地開發出PHM軟件。這款自主研發的擁有完全知識產權的第三代PHM軟件——SuerSence使用了最先進的模型和邏輯決策,為用戶提供“交鑰匙”工程和OEM的產品開發,是業內唯一一款集成了數據驗證、健康監控、自主預測能力的PHM軟件,能夠精確地發現裝備運行中的異常與故障,實時執行診斷分析,自動預測裝備的剩余有效使用壽命,并在裝備失效前提供預警。
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PHM技術步驟
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系統組成
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高度集成的系統開發平臺
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軟件采用自適應校核,自適應更新運行模式。系統的監控是實時的,并且提供自動報警和得到剩余有效使用壽命。
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模型校核和監控方法
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SureSense系統主要模塊
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診斷檢測模塊(Diagnostic Monitoring Studio,DMS)是SureSense套件的基礎模塊。該模塊提供了將EM公司的高級模塊以及用戶提供的模型和數據源嵌入軟件框架內的功能。DMS是基于JAVA語言開發的,允許用戶軟件與SureSense軟件之間數據快速鏈接。DMS提供專業的模式劃分功能,具備自動校準和自動估算數據不確定度的技術,提供高質量的定量決策分析能力。
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DMS模塊界面
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通過軟件的Design窗口可以將用戶建立的模型與被測數據進行關聯,并實時監控傳感器數據的變化,用戶建立的決策模型檢測到傳感器數據變化時,相對應的Design界面數據分析框會高亮顯示,并提供報警信號。
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軟件提供了標準的建模流程,并指導用戶在每一個流程中設置所需要的模型和數據。
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建模流程圖
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DMS模塊采用動態和靜態兩種校準方式,并利用用戶提供的測試數據對模型算法進行評估,建立的模型可以自動校準,使用戶選擇的模型和算法達到最優。
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DMS模塊設置窗口
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DMS模塊的Monitor窗口具備在線觀測被測信號數據趨勢圖和顯示報警的功能,利用預計模型得到的期望值和在線觀測到的傳感器實際工作值都會在窗口中顯示,對開始漂移的數據點和故障數據點都進行標示,并提前對故障發生進行高亮顯示。
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故障發生的報警提示
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DMS模塊在預計、檢測、診斷和預測階段都提供了基本的算法,這些算法和模型可以滿足用戶的正常需求,為用戶在各個階段保障高檢測精度。
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預計模型提供的算法包括:AR、ESEE、PSA、EWMA、Relation;
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故障檢測模型提供的算法包括:Delta、Noise、Range、Threshold和Minrul;
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預測模型提供的算法包括:Weibull、Gpm;
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老化模型提供的被觀測信號包括:Observed、Predicted、Residual、Fault。
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自適應模型校準模塊
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自適應模型校準工具提供了一個針對采集到并進行驗證了的系統工作動態數據進行過濾的工具,自動更新系統模型的基線。這使得系統的模型可以根據不同的使用環境和剩余使用壽命進行實時更新,提高健康檢測的逼真度。
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自適應概率故障檢測模塊
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自適應概率故障檢測模塊對核心DMS模塊中包含的故障檢測能力進行了擴展。該模塊包含了自主研發的基于序列均值和方差的概率統計算法,對殘差值的概率密度函數進行動態評估,利用統計學來確定殘差值是否發生變化。
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多變量狀態預計(MSET)模塊
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該模塊包含了Argonne國家實驗室提供給電力行業的MSET軟件,MSET由一個狀態預計模型來確定系統的行為和故障檢測模型,采用連續概率比檢測(SPRT)方法對殘差時間序列進行分析。
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貝葉斯網絡算法管理模塊
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該模塊中包含的先進的貝葉斯網絡算法對DMS模塊的診斷能力進行了擴充,能夠指示出最可能的故障原因。貝葉斯網絡算法管理模塊提供對故障信號和最可能的故障原因之間的概率關系的決斷,提供更加先進的診斷能力。
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路徑分類和故障預測模塊
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該模塊包含了自主研發的路徑分類和故障預測(PACE)算法,能精確地對系統的剩余使用壽命進行預測。在此模塊中還包含了威布爾算法,比例危害分析算法和常用路徑分析算法。所有的這些算法可以從系統開始直到系統使用壽命將近過程中同時運行。
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應用優勢
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