故障预测与健康管理系统研究和应用现状综述

基于视情维修开放体系结构的PHM系统框架,分析了国外尤其是美国在航空航天、国防军事以及工业等领域已逐步开始得到应用的各种PHM系统及其应用技术和方法,主要包括传感器应用、数据传输、故障预测、自动推理决策以及接口等。最后总结了包括基于故障物理模型方法在内的可用于构建电子产品PHM系统的三种方法的研究和应用现状。     

电子设备健康状态评估与故障预测方法

针对电子设备的健康性能退化问题,提出一种改进流形学算法与隐半马尔可夫模型(hidden semi Markov model, HSMM)相结合的电子设备健康评估与故障预测方法。首先,在有监督邻域保持投影(supervised neighborhood preserving projection, SNPP)算法中引入非相关约束并加入核函数形成核有监督非相关邻域保持投影(kernel supervised uncorrelated neighborhood preserving projection,KSUNPP)算法,将其用于原始特征的提取,获得有效的特征集作为HSMM的输入进行训练|其次,建立了电子设备健康评估与故障预测模型,该模型用Kullback Leibler (KL)距离来衡量故障程度,实现设备退化程度的评估,又可根据各状态驻留时间,预测出设备故障发生的时间。最后,将该方法应用于某型导弹电子设备的健康评估与故障预测,验证其有效性。     

基于可用度模型的故障预测与健康管理方法

为了将故障预测与健康管理(prognostics and health management, PHM)技术应用到工程实践中,提出了基于可用度模型的PHM方法。首先通过广义随机Petri网(generalized stochastic Petri nets, GSPN)和连续马尔科夫链(continuous time Markov chain, CTMC)建立基本单元的软硬件可用度模型和健康状态转换图,通过求解微分方程得到基本单元软硬件的可用度数值。然后综合软硬件之间的故障相关性建立基本单元的完整可用度模型,并利用事件调度仿真机制得到其可用度的解。最后将基本单元故障模型同通用的可修系统稳态可用度模型对比,得到“可用度-故障率-维修率”形式的PHM计算模型,并以此作为工程应用中PHM分析的有效手段。     

基于故障风险标尺的复杂装备健康状态分类模型

针对复杂装备故障呈现出多重性、相关性及模糊性的特点,本文分析了装备健康状态演化规律,利用自适应模糊神经网络、故障模式、影响及危害性分析构建故障风险标尺,实现了对复杂装备故障风险程度的定量化描述及装备健康状态的分类。通过实验分析,本文提出的模型相比于传统的故障预测以及故障风险程度定量方法具有显著优势,实现了对装备从设计生产、部署使用以及退役报废全寿命周期的动态反馈,对提高复杂装备综合保障能力具有重要意义。     

集成模糊推理与定量仿真的故障预测系统研究

为解决传统故障诊断方法在装备维修保障方面的不足，将虚拟样机作为一种新的定量推理机制引入到故障仿真和预测领域，提出了基于虚拟样机的装备故障仿真预测模型。以某型自行火炮为研究对象，在ADAMS环境下建立了火炮虚拟样机。仿真预测过程根据用户输入的初始参量由虚拟样机获取初始状态，由基于动态模糊综合评判的预测方法生成候选故障集，虚拟样机结合知识库确认实际发生的故障并找出相应的故障原因和故障部件。虚拟样机的仿真结果和相关的预测实例验证了模型的有效性，表明基于上述模型的故障仿真预测系统可以获得较高的预测精度，能够满足装备预知维修保障的需求。     

网络故障预测与健康管理关键技术综述

分析了故障预测与健康管理(PHM)技术在网络维护保障中的重要意义,重点讨论了当前网络PHM所采用的关键技术的研究现状,包括网络管理机制、健康评估、故障预测、故障定位、故障识别以及健康管理等.总结了目前网络PHM关键技术存在的问题, 展望了未来发展的趋势,并以此为基础提出了基于移动代理(MA)的分层分布式PHM体系结构和综合型PHM管理框架.     

基于小波包能量特征的滚动轴承故障监测方法

对滚动轴承的故障特点进行分析，根据小波包变换能将信号按任意时频分辨率分解到不同频段的特性，提出了小波包能量特征的概念及算法，并给出两个仿真算例，然后将小波包能量特征与径向基函数网络相结合，提出了一种新的滚动轴承故障诊断方法，数字仿真实验证实了该方法的正确性和有效性。     

随机机器故障下单机预测调度方法

研究可能遭遇机器故障的工件动态到达的单机总加权拖期生产调度问题. 基于一定概率分布对机器故障的预测描述, 预测调度方法可以用插入时间冗余的方法使初始调度方案具有一定的抗干扰能力, 对未来的故障扰动有一定预测性, 使未来实现调度与预测调度尽量保持一致性, 预测性度量定义为实现调度与预测调度间各工件完工时间的绝对偏离加权和. 提出了一种带空闲时间阈值的预测调度方法, 基于工件动态到达的特点, 充分利用初始调度中的空闲时间, 通过空闲时间阈值灵活控制空闲时间的插入与否. 大量的仿真实验结果表明,与已有方法相比, 采用该方法得到的预测调度对随机机器故障的预测能力更高,同时保持了好的调度性能.     

基于神经网络技术的飞机舵面故障趋势预测研究

在飞机舵面故障诊断系统中,及时准确的故障预报对提高飞机的安全性具有极其重要的意义,针对飞机舵面故障预报系统的设计要求,建立了神经网络故障预测模型以及训练算法,该预测模型采用三层BP网络模型,还对神经网络的预测精度给出了评价函数.最后,为了验证所述方法的有效性,结合风洞实验数据,对某机舵面故障模式之一的方向舵卡死进行了预测和分析,并与传统的ARMA方法进行了比较,结果充分表明了该神经网络预测模型的有效性和优越性.     

随机型时间序列预测方法的研究

提出了一种随机型时间序列预测的新方法，特别适用于趋势随机型数据序列的预测问题，与现有预测方法相比，具有计算简单、精度高的特点.     

飞行器综合健康管理(IVHM)系统技术现状及发展

飞行器综合健康管理（integrated vehicle health management, IVHM)系统技术在提高飞行器的安全性、降低飞行成本等方面发挥了突出作用。介绍了IVHM的发展过程、功能、数据流、系统组成和框架等,给出了IVHM的内容、定义和包含的技术要点。较全面地总结了IVHM技术现状,分析了有关健康管理系统技术的发展要点和难点,提出了可行的解决办法,梳理了IVHM技术的发展方向和脉络。     

基于时间序列模型的系统最大值指标评定方法

提出基于时间序列模型的系统最大值指标评定与测算方法,为某些特殊领域,如航空、航天、国防中长周期及强相关系统的最大值指标评定提供理论依据。首先,选择一个合适的时间序列模型,对系统输出的误差序列建模,使模型能够从总体上跟踪实际系统输出;然后,综合考查模型残差序列与模型预测的输出序列,并应用经典统计学理论完成对系统最大值指标的评定与测算。最后,结合差分自回归滑动平均时间序列模型建模方法给出最大值指标评定方法的应用实例,实验结果表明,该方法是可行的。     

支持组合事务的失败恢复验证

组合事务中任务间的协作通常以点对点的方式而不是中心控制,当系统崩溃时,事务流中的任务可能部分执行而其后续任务则未被调度执行。在这种情况下,选择合适的失败恢复验证策略是必要的。提出一种支持向前、向后和替代恢复策略的失败恢复验证方法。当失败发生时,借助组合事务的执行日志和可接受状态集,选择合适的恢复策略,验证带状态空间的事务恢复所产生的一组动作序列,是否包含一组良好行为。追踪执行进展,检测恢复后组合事务是否存在不一致状态。通过对旅行预订流程的实例分析,表明该失败恢复验证方法是可行的。     

Optimization of dynamic sequential test strategy for equipment health management

Testing is the premise and foundation of realizing equipment health management (EHM). To address the problem that the static periodic test strategy may cause deficient test or excessive test, a dynamic sequential test strategy (DSTS) for EHM is presented. Considering the situation that equipment health state is not completely observable in reality, a DSTS optimization method based on partially observable semi-Markov decision process (POSMDP) is proposed. Firstly, an equipment health state degradation model is constructed by Markov process, and the control limit maintenance policy is also introduced. Secondly, POSMDP is formulated in great detail. And then, POSMDP is converted to completely observable belief semi-Markov decision process (BSMDP) through belief state. The optimal equation and the corresponding optimal DSTS, which minimize the long-run expected average cost per unit time, are obtained with BSMDP. The results of application in complex equipment show that the proposed DSTS is feasible and effective.     

Health management based on fusion prognostics for avionics systems

Health management permits the reliability of a system and plays a increasingly important role for achieving efficient system-level maintenance.It has been used for remaining useful life(RUL) prognostics of electronics-rich system including avionics.Prognostics and health management(PHM) have become highly desirable to provide avionics with system level health management.This paper presents a health management and fusion prognostic model for avionics system,combining three baseline prognostic approaches that are model-based,data-driven and knowledge-based approaches,and integrates merits as well as eliminates some limitations of each single approach to achieve fusion prognostics and improved prognostic performance of RUL estimation.A fusion model built upon an optimal linear combination forecast model is then utilized to fuse single prognostic algorithm representing the three baseline approaches correspondingly,and the presented case study shows that the fusion prognostics can provide RUL estimation more accurate and more robust than either algorithm alone.     

一种验证数控系统软件安全可靠性的建模方法

作为一个典型的离散计算机控制系统,CNC(数字控制)系统在运行中需要满足可靠性和安全性.因此如何设计出安全可靠的系统软件以及如何有效地对CNC系统的安全性和可靠性进行验证成为一个非常重要的问题.基于此给出一个新的建模方法TTM/ATRTTL(时间转化模型/全时轴实时时态逻辑)来描述和验证CNC系统.TTM/ATRTTL提供了一整套方法用于描述CNC系统建模的硬实时特性和反馈特性,也提供了一个包括一整套验证规则和定理的验证模型并且应用工具STeP和SF2STeP来实现之.这个验证模型可以用于对TTM/ATRTTL表达的系统的可靠性,安全性进行验证.使用该建模和验证方法可以对OAC(开放式体系结构CNC)系统进行分析和验证,并设计出OAC的逻辑控制器,该控制器是OAC系统的核心部分.验证结果表明,该形式化建模与验证方法可以有效地对CNC系统进行分析和建模.在此基础上,可以开发出能够保证系统可靠性和安全性的CNC系统软件.     

序言——突发事件应急管理

编辑出版突发事件应急管理专刊(本期前14篇论文),旨在加强非常规突发事件应急管理领域的学术交流,提升我国在非常规突发事件应急管理研究的整体水平,促进我国非常规突发事件应急管理能力的建设.     

一种验证数控系统软件安全可靠性的建模方法

作为一个典型的离散计算机控制系统,CNC(数字控制)系统在运行中需要满足可靠性和安全性。因此如何设计出安全可靠的系统软件以及如何有效地对CNC系统的安全性和可靠性进行验证成为一个非常重要的问题。基于此给出一个新的建模方法TTM/ATRTTL(时间转化模型/全时轴实时时态逻辑)来描述和验证CNC系统。TTM/ATRTTL提供了一整套方法用于描述CNC系统建模的硬实时特性和反馈特性,也提供了一个包括一整套验证规则和定理的验证模型并且应用工具STeP和SF2STeP来实现之。这个验证模型可以用于对TTM/ATRTTL表达的系统的可靠性,安全性进行验证。使用该建模和验证方法可以对OAC(开放式体系结构CNC)系统进行分析和验证,并设计出OAC的逻辑控制器,该控制器是OAC系统的核心部分。验证结果表明,该形式化建模与验证方法可以有效地对CNC系统进行分析和建模。在此基础上,可以开发出能够保证系统可靠性和安全性的CNC系统软件。