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摘 要：故障预测与健康管理（Prognostics and Health Management，PHM）是一種新型的维修与管理方式，它通过感知并充分使用状态监测与监控信息，对设备的工作状态、可靠性、寿命和故障进行预测，融合维修、使用和环境信息，结合规范的设备管理方法和业务流程，对维修活动进行科学规划和合理优化，对影响设备健康度和剩余寿命的技术、管理和人为因素进行全过程控制。
关键词：PHM;健康度;故障预测
引言
PHM重要基础是设备管理、基于状态的维修（CBM）、故障预测与健康度评估。本方案将重点研究设备健康度评估。健康度评估是所有PHM系统的重要组成部份，如果一个系统不具备健康度评估的功能，它就不能算是真正意义上的PHM系统，通过对设备健康度评估技术的研究，促进设备精确化维修的实现，为维修决策提供科学的手段和方法，还可以为落实设备故障预测与健康管理机制提供重要的决策依据。
1 设备健康度评估的基本概念
设备健康度评估主要是根据设备的各特征参数，结合当前数据与历史数据进行分析，综合考虑设备的使用、环境、维修等因素的影响，利用各种评估算法对装备的健康度进行评估，明确装备健康度的一种技术。
设备健康度评估技术存在以下几点：
（1）不是主要分析装备会发生什么故障，而是从总体上把握装备性能的好坏程度
（2）不仅要定性了解设备当前所处的健康度等级，而且要从定量的角度描述设备的健康程度大小。
2 健康度评估的量化
在工程实践中，通常用定性的方法将设备的健康度划分为若干等级，评估的结果多是定性的健康等级描述，如即健康、比较健录、亚健康、轻微病态（轻微故障状态）、病态（故障状态）、严重病态（严重故障状态）。一般的健康度评估实际就是将评估指标经过适当的处理，把评估对像的健康度划入相应等级的一个过程。这样得出的评估结果就是一个定性的描述，当需要比较多个设备健康度好坏的时候，特别当有多个设备处于同一种健康级别时，定性的评估结果就显得无能为力了。因此，有必要将设备的健康度量化。一般将设备健康度的量化值称为健康度。
3 健康度评估的一般流程
设备健康度评估流程一般包括准备阶段、评估实施阶段、评估分析与反馈阶段。
3.1 健康度评估准备阶段
3.1.1确定评估对象
要对设备进行健康度评估，那么设备的健康度必须存在一个可鉴别的发展过程，那么设备的健康度必须存在一个可鉴别的发展过程，也就是说其状态是逐渐劣化的。如果不具有潜在故障，如某些电子元器件、集成电路等发生功能故障之前没有任何征兆，其状态的变化无法鉴别出来，也就无法进行健康度评估。
3.1.2划分健康度等级
目前，关于健康度评估的研究主要集中在评估方法方面，而健康度等级如何合理划分往往被忽视，为了评估结果表达的需要，几乎每位研究人员都对各自对象的健康度等级提出了自己的分级观点。由此出现了各种各样的健康度分级方法。不规范的健康度分级不利于健康度评估在工程实践的应用。划分设备的健康度等级是进行评估的前提。规范的健康度等级划分，既有利于设备健康度评估技术的推广和应用，也有利于实现设备的健康管理。
3.1.3 确定健康度指标
要对设备进行健康度评估，首先要确定可以直接表征其健康度的参数指标，或可间接推理判断装备健康度所需要的参数信息，这是进行健康度评估的数据基础。确定装备健康度指标主要是从健康度的影响因素的角度来考虑，影响设备健康度的因素分为技术状态因素和非技术状态因素两大类。
技术状态是设备健康度的直接反映，如果设备出现故障，则相应的技术性能就会偏离正常值。为反映设备的实时健康度，必须将这些能反映设备状态的技术性能作为评估设备状态的指标，确定设备健康度评估的健康指标成为重中之重。
3.1.4实施状态监测
确定了设备的健康度指标后，需要通过相应的状态监测技术来获取指标数据。
3.1.5 数据预处理
由于不同的状态监测手段获取的数据类型不同，健康度指标既有定量的数据，也有定性的描述语言;不同的状态测量值有不同的数量级和不同的测量单位;此外还有异常数据的干扰等。因此，为了使数据能够满足建模的要求，需要对原始数据进行各种预处理。数据处理方式和技术要根据不同的目的进行选择，通常的数据处理技术包括：异常数据的剔除、数据的规范化处理、定性指标的量化等。
3.2健康度评估实施阶段
在获得表征设备健康度的信息后，如何根据这些信息来评估设备的健康度就成为关键的问题，设备的健康度是随着设备工作时间的增加逐渐劣化的，如果不出现突发性故障，设备的健康度应该是各态历经的，即按照“健康”->“中间状态”->“不健康”的变化规律发展。
（1）确定设备当前的健康度等级
目前，绝大部份研究主要回答的就是这个问题，即利用评估方法对设备的健康度进行判定，确定设备的健康度等级。由于设备有限的监测数据和运行资料所提供的信息总是不完全的，再加上指标的不确定性，可以使用模糊集理论进行评估。
（2）计算设备的健康度
健康度是从定量的角度来描述设备健康度的程度，它比定性的健康度等级更加直观地反映了设备的健康度。计算设备健康度的作用主要表现在：
对于单个设备而言，虽然设备的健康度在整个寿命周期内是逐渐劣化的，但是在一定的时间段内，定性评估得到的设备健康度会驻留在某一个等级不发生改变，难以反映设备健康度的真实变化情况。如果能够对健康度进行量化，即便相邻两次评估得到的健康度等级相同，也可以通过健康度来比较它们的健康程度。
3.3 健康度评估分析和反馈阶段
3.3.1分析健康度评估的结果
设备经过健康度评估之后，得到的直接结果为当前的设备健康度，如果评估的结果与实际情况差别较大，查找出现错误的原因，对评估结果予以纠正。如有必要，重新评估设备的健康度，直到获得满意的结果为止。
3.3.2反映健康度的变化规律
对于实施健康度评估的设备来讲，并不是只在某一个时刻才进行评估，而是在其整个生命周期内定期或不定期地时进行多次评估，这样就得到按照评估时间排列的多个健康度评估结果。为了从评估的结果中找寻规律，将每次评估结果以健康度档案的方式予以保存。对定性的健康等级而言，历次评估得到的健康等级粗略地反映了设备健康度的变化规律;对定量的健康度而言，历次评估得到的健康度可以形成一条健康度曲线，更加真实地反映了设备健康度的变化规律。
3.3.3提供使用或维修决策建议
健康度评估的最终目的是为了给设备的维修策略和使用任务计划提供决策依据，从而实施最佳的维修方式和合理安排设备的使用。维修管理人员可以根据健康度评估结果来安排维修计划。对于评估结果为“健康”的设备，维睡时可不作为重点;对于评估结果处于下降趋势或评估值低的设备必须列为维修重点。设备使用人员可根据健康度评估结果，按照健康度等级描述中对应的设备使用建议，结合任务的类型、预期的负载、使用时间等要求，合理安排设备的使用计划，确保设备能够成功地完成任务。
总之，评估准备工作是基础，具体的评估是关键，得到的评估结果是目标。
参考文献：
[1]满强，夏良华. 复杂装备健康管理模式综述【期刊论文】. 火炮发射与控制学报， 2009（02）
[2]吴波，贾希胜，夏良华. 基于灰色聚类和模糊综合评判的装备.装备群健康状态评估， 2009（05）
（1.江苏安防科技有限公司，江苏 南京 211800;2.南京国电南自轨道交通工程有限公司，江苏 南京 211800）
关键词：PHM;健康度;故障预测
引言
PHM重要基础是设备管理、基于状态的维修（CBM）、故障预测与健康度评估。本方案将重点研究设备健康度评估。健康度评估是所有PHM系统的重要组成部份，如果一个系统不具备健康度评估的功能，它就不能算是真正意义上的PHM系统，通过对设备健康度评估技术的研究，促进设备精确化维修的实现，为维修决策提供科学的手段和方法，还可以为落实设备故障预测与健康管理机制提供重要的决策依据。
1 设备健康度评估的基本概念
设备健康度评估主要是根据设备的各特征参数，结合当前数据与历史数据进行分析，综合考虑设备的使用、环境、维修等因素的影响，利用各种评估算法对装备的健康度进行评估，明确装备健康度的一种技术。
设备健康度评估技术存在以下几点：
（1）不是主要分析装备会发生什么故障，而是从总体上把握装备性能的好坏程度
（2）不仅要定性了解设备当前所处的健康度等级，而且要从定量的角度描述设备的健康程度大小。
2 健康度评估的量化
在工程实践中，通常用定性的方法将设备的健康度划分为若干等级，评估的结果多是定性的健康等级描述，如即健康、比较健录、亚健康、轻微病态（轻微故障状态）、病态（故障状态）、严重病态（严重故障状态）。一般的健康度评估实际就是将评估指标经过适当的处理，把评估对像的健康度划入相应等级的一个过程。这样得出的评估结果就是一个定性的描述，当需要比较多个设备健康度好坏的时候，特别当有多个设备处于同一种健康级别时，定性的评估结果就显得无能为力了。因此，有必要将设备的健康度量化。一般将设备健康度的量化值称为健康度。
3 健康度评估的一般流程
设备健康度评估流程一般包括准备阶段、评估实施阶段、评估分析与反馈阶段。
3.1 健康度评估准备阶段
3.1.1确定评估对象
要对设备进行健康度评估，那么设备的健康度必须存在一个可鉴别的发展过程，那么设备的健康度必须存在一个可鉴别的发展过程，也就是说其状态是逐渐劣化的。如果不具有潜在故障，如某些电子元器件、集成电路等发生功能故障之前没有任何征兆，其状态的变化无法鉴别出来，也就无法进行健康度评估。
3.1.2划分健康度等级
目前，关于健康度评估的研究主要集中在评估方法方面，而健康度等级如何合理划分往往被忽视，为了评估结果表达的需要，几乎每位研究人员都对各自对象的健康度等级提出了自己的分级观点。由此出现了各种各样的健康度分级方法。不规范的健康度分级不利于健康度评估在工程实践的应用。划分设备的健康度等级是进行评估的前提。规范的健康度等级划分，既有利于设备健康度评估技术的推广和应用，也有利于实现设备的健康管理。
3.1.3 确定健康度指标
要对设备进行健康度评估，首先要确定可以直接表征其健康度的参数指标，或可间接推理判断装备健康度所需要的参数信息，这是进行健康度评估的数据基础。确定装备健康度指标主要是从健康度的影响因素的角度来考虑，影响设备健康度的因素分为技术状态因素和非技术状态因素两大类。
技术状态是设备健康度的直接反映，如果设备出现故障，则相应的技术性能就会偏离正常值。为反映设备的实时健康度，必须将这些能反映设备状态的技术性能作为评估设备状态的指标，确定设备健康度评估的健康指标成为重中之重。
3.1.4实施状态监测
确定了设备的健康度指标后，需要通过相应的状态监测技术来获取指标数据。
3.1.5 数据预处理
由于不同的状态监测手段获取的数据类型不同，健康度指标既有定量的数据，也有定性的描述语言;不同的状态测量值有不同的数量级和不同的测量单位;此外还有异常数据的干扰等。因此，为了使数据能够满足建模的要求，需要对原始数据进行各种预处理。数据处理方式和技术要根据不同的目的进行选择，通常的数据处理技术包括：异常数据的剔除、数据的规范化处理、定性指标的量化等。
3.2健康度评估实施阶段
在获得表征设备健康度的信息后，如何根据这些信息来评估设备的健康度就成为关键的问题，设备的健康度是随着设备工作时间的增加逐渐劣化的，如果不出现突发性故障，设备的健康度应该是各态历经的，即按照“健康”->“中间状态”->“不健康”的变化规律发展。
（1）确定设备当前的健康度等级
目前，绝大部份研究主要回答的就是这个问题，即利用评估方法对设备的健康度进行判定，确定设备的健康度等级。由于设备有限的监测数据和运行资料所提供的信息总是不完全的，再加上指标的不确定性，可以使用模糊集理论进行评估。
（2）计算设备的健康度
健康度是从定量的角度来描述设备健康度的程度，它比定性的健康度等级更加直观地反映了设备的健康度。计算设备健康度的作用主要表现在：
对于单个设备而言，虽然设备的健康度在整个寿命周期内是逐渐劣化的，但是在一定的时间段内，定性评估得到的设备健康度会驻留在某一个等级不发生改变，难以反映设备健康度的真实变化情况。如果能够对健康度进行量化，即便相邻两次评估得到的健康度等级相同，也可以通过健康度来比较它们的健康程度。
3.3 健康度评估分析和反馈阶段
3.3.1分析健康度评估的结果
设备经过健康度评估之后，得到的直接结果为当前的设备健康度，如果评估的结果与实际情况差别较大，查找出现错误的原因，对评估结果予以纠正。如有必要，重新评估设备的健康度，直到获得满意的结果为止。
3.3.2反映健康度的变化规律
对于实施健康度评估的设备来讲，并不是只在某一个时刻才进行评估，而是在其整个生命周期内定期或不定期地时进行多次评估，这样就得到按照评估时间排列的多个健康度评估结果。为了从评估的结果中找寻规律，将每次评估结果以健康度档案的方式予以保存。对定性的健康等级而言，历次评估得到的健康等级粗略地反映了设备健康度的变化规律;对定量的健康度而言，历次评估得到的健康度可以形成一条健康度曲线，更加真实地反映了设备健康度的变化规律。
3.3.3提供使用或维修决策建议
健康度评估的最终目的是为了给设备的维修策略和使用任务计划提供决策依据，从而实施最佳的维修方式和合理安排设备的使用。维修管理人员可以根据健康度评估结果来安排维修计划。对于评估结果为“健康”的设备，维睡时可不作为重点;对于评估结果处于下降趋势或评估值低的设备必须列为维修重点。设备使用人员可根据健康度评估结果，按照健康度等级描述中对应的设备使用建议，结合任务的类型、预期的负载、使用时间等要求，合理安排设备的使用计划，确保设备能够成功地完成任务。
总之，评估准备工作是基础，具体的评估是关键，得到的评估结果是目标。
参考文献：
[1]满强，夏良华. 复杂装备健康管理模式综述【期刊论文】. 火炮发射与控制学报， 2009（02）
[2]吴波，贾希胜，夏良华. 基于灰色聚类和模糊综合评判的装备.装备群健康状态评估， 2009（05）
（1.江苏安防科技有限公司，江苏 南京 211800;2.南京国电南自轨道交通工程有限公司，江苏 南京 211800）