文档介绍：报告编号:XXXXXX
PHM技术评估报告
报告人:
XXXX
单位:
北交大计算机学院
时间:
2016年11月13日
目录
1、技术介绍 3
PHM技术 3
PHM技术在动车组的应用现状 3
PHM技术在动车组的发展趋势 5
2、技术评价 6
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3、评估总结 8
4、评估参考材料 9
1、技术介绍
PHM技术
PHM技术(Prognostics and Health Management),中文全称为故障预测与健康管理技术,是指利用先进的传感器技术,获取系统运行状态信息和故障信息,借住神经网络、模糊推理等算法,根据系统历史数据和环境因素,对系统进行状态监测、故障预测,同时对系统的健康状态进行评估,结合地面维修资源情况,给出维修决策,以实现关键部件的实情维修[1]。
PHM技术包含两部分内容:一是故障预测,即预先诊断部件或系统完成其功能的状态,也就是可靠性;二是健康管理,根据诊断/预测信息,可用资源和使用需求对维修活动做出适当决策的能力。[2]
图1-1 PHM技术与应用范围
PHM技术起源于航空航天军事领域,也最早应用于航空航天领域(美国F35战机),波音公司率先引入AHM系统[3-4],PHM在不断发展的过程中,逐步成为新一代设备的重要组成部分,美国国防部认定,PHM技术可以显著降低使用和保障费用,同时提高设备安全和可用性的综合技术。中国在2015年10月自主研发了PHM并在C919使用,打破了国际垄断,目前我国对于此方面研究还处于初级阶段。目前,PHM技术已经从航空航天领域不断扩展到包含电子产品、轨道交通等在内的其他多个领域,均表现出了不错的成绩,但是总体还处于初级阶段。
PHM技术在动车组的应用现状
目前投入运营的 CRH1、CRH2、CRH3 和 CRH5型系列动车组,都安装了传感器采集关键部件的状态信息,并安装了远程数据传输系统,通过 3G 网络将动车组运行的状态信息和故障信息传输到地面,通过地面数据解析系统使地面运用维护人员可及时了解动车组的运行状态和故障情况。可实现部分关键部件故障的早期发现并及时处理。
PHM 技术应用于动车组,可实现现有修程修制的优化,并为实现视情维修
奠定基础。目前动车组的修程修制主要包括运用修和高级修,其主要根据是动车组的运用里程及故障信息,易出现过度维修和维修不足的现象。设备出现故障时维修,易造成晚点和机破,影响动车组的运营秩序。为此,在动车组上应用故障预测与健康管理技术意义重大。
动车组 PHM 总体框架图和技术框架分别如图1-2,图 1-3 所示[1],总体框架图包括数据采集系统、信号处理模块、状态评估模块、故障诊断模块、分析决策模块以及人机交互。技术框架包括数据采集、状态监控、健康评估、故障预警、决策支持等部分。
图1-2 PHM总体框架图
图1-3 动车组PHM技术框架
PHM技术在动车组应用存在如下不足之处,需要建立动车组基础数据、运用数据、维护数据、检修数据数据库,从数据库中读取相关的状态信息进行推理诊断,从而实现车组及关键部件故障预警、健康状态评估及寿命预测,并为运用、维修人员提供决策支持。PHM在动车组应用的不足之处详见下表[1]:
表1-1 PHM在动车组应用的不足之处
存在不足
详细介绍
故障诊断范围小
传感器安装的数量少,种类不够齐全,导致故障诊断范围小。
故障地位不准确
受诊断部件处理能力的限制,主要根据单一判据进行故障诊断,只能给出可能的故障原因,不能实现故障的准确定位。受设计、安装空间等因素的影响,安装的传感器数量、种类有限,获取的信息不够全面,导致各关键部件的故障定位准确率较低。
误报警率高
动车组运用环境恶劣,传感器的可靠性较差,导致目前动车组运营过程中传感器的误报警率较高。
故障预测以阈值预测为主
目前的故障预测主要是根据通过远程数据传输系统传输到地面的数据(重点是轴箱、齿轮箱的温度数据等)预先设定的阈值给出预警信息,未建立相应的预测模型,不能实现趋势预警、突变预警等功能。
未实现故障综合诊断
动车组 PHM 系统车载设备主要实现单一判据的故障诊断,地面设备接收车载设备传输的状态数据和故障诊断信息也只是单一判据诊断的故障信息,未进行综合诊断,导致准确率较低。
未实现健康状态管理
目前动车组 PHM 技术主要实现了故障检测、故障诊断,部分关键部件(如轴箱轴承、齿轮箱轴承、电机轴承)通过温度变化可实现故障预测,但未实现关键部件健康