PHM关键技术评估分析报告.docx
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1、汇报编号:XXXXXXPHM技术评定汇报汇报人:XXXX单 位:北交大计算机学院时 间:11月13日目 录1、技术介绍311 PHM技术312 PHM技术在动车组的应用现状313 PHM技术在动车组的发展趋势52、技术评价621技术创新度评价622技术经济指标先进程度623技术难度和复杂度724技术重现性和成熟度725对推动科技进步和提高市场竞争力作用726经济效益和社会效益83、评估总结84、评估参考材料91、技术介绍11 PHM技术PHM技术(Prognostics and Health Management),汉字全称为故障估计和健康管理技术,是指利用优异传感器技术,获取系统运行状态信息
2、和故障信息,借住神经网络、模糊推理等算法,依据系统历史数据和环境原因,对系统进行状态监测、故障估计,同时对系统健康状态进行评定,结合地面维修资源情况,给出维修决议,以实现关键部件实情维修1。PHM技术包含两部分内容:一是故障估计,即预先诊疗部件或系统完成其功效状态,也就是可靠性;二是健康管理,依据诊疗/估计信息,可用资源和使用需求对维修活动做出合适决议能力。2图1-1 PHM技术和应用范围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),波音企业率先引入AHM系统3-4,PHM在不停发展过程中,逐步成为新一代设备关键组成部分,美国国防部认定,PHM技术能够显著降低使
3、用和保障费用,同时提升设备安全和可用性综合技术。中国在10月自主研发了PHM并在C919使用,打破了国际垄断,现在中国对于此方面研究还处于初级阶段。现在,PHM技术已经从航空航天领域不停扩展到包含电子产品、轨道交通等在内其它多个领域,均表现出了不错成绩,不过总体还处于初级阶段。12 PHM技术在动车组应用现实状况现在投入运行 CRH1、CRH2、CRH3 和 CRH5型系列动车组,全部安装了传感器采集关键部件状态信息,并安装了远程数据传输系统,经过 3G 网络将动车组运行状态信息和故障信息传输到地面,经过地面数据解析系统使地面利用维护人员可立即了解动车组运行状态和故障情况。可实现部分关键部件故
4、障早期发觉并立即处理。PHM 技术应用于动车组,可实现现有修程修制优化,并为实现视情维修奠定基础。现在动车组修程修制关键包含利用修和高级修,其关键依据是动车组利用里程及故障信息,易出现过分维修和维修不足现象。设备出现故障时维修,易造成晚点和机破,影响动车组运行秩序。为此,在动车组上应用故障估计和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图1-2,图 1-3 所表示1,总体框架图包含数据采集系统、信号处理模块、状态评定模块、故障诊疗模块、分析决议模块和人机交互。技术框架包含数据采集、状态监控、健康评定、故障预警、决议支持等部分。图1-2 PHM总体框架图图1-3 动车组PHM
5、技术框架PHM技术在动车组应用存在以下不足之处,需要建立动车组基础数据、利用数据、维护数据、检修数据数据库,从数据库中读取相关状态信息进行推理诊疗,从而实现车组及关键部件故障预警、健康状态评定及寿命估计,并为利用、维修人员提供决议支持。PHM在动车组应用不足之处详见下表1:表1-1 PHM在动车组应用不足之处存在不足具体介绍故障诊疗范围小传感器安装数量少,种类不够齐全,造成故障诊疗范围小。故障地位不正确受诊疗部件处理能力限制,关键依据单一判据进行故障诊疗,只能给出可能故障原因,不能实现故障正确定位。受设计、安装空间等原因影响,安装传感器数量、种类有限,获取信息不够全方面,造成各关键部件故障定位
6、正确率较低。误报警率高动车组利用环境恶劣,传感器可靠性较差,造成现在动车组运行过程中传感器误报警率较高。故障估计以阈值估计为主现在故障估计关键是依据经过远程数据传输系统传输到地面数据(关键是轴箱、齿轮箱温度数据等)预先设定阈值给出预警信息,未建立对应估计模型,不能实现趋势预警、突变预警等功效。未实现故障综合诊疗动车组 PHM 系统车载设备关键实现单一判据故障诊疗,地面设备接收车载设备传输状态数据和故障诊疗信息也只是单一判据诊疗故障信息,未进行综合诊疗,造成正确率较低。未实现健康状态管理现在动车组 PHM 技术关键实现了故障检测、故障诊疗,部分关键部件(如轴箱轴承、齿轮箱轴承、电机轴承)经过温度
7、改变可实现故障估计,但未实现关键部件健康状态管理。13 PHM技术在动车组发展趋势伴随世界经济发展,动车组制造业正在从“制造企业”向“制造服务型企业”转变,逐步形成了市场和服务价值高于制造理念。为此新兴动车组故障估计和健康管理技术(PHM)可望改变传统动车组维修模式,并为动车组故障估计、健康管理等应用提供基础。实现PHM技术深入发展,需要针对表1-1中问题进行针对性处理,具体处理方案以下表1-2所表示1:表1-2 PHM技术发展实施方案编号方案具体说明1确定需要检测关键部件根据影响列车运行安全,在动车组现有各部件监测状态基础上,对影响列车运行安全和秩序关键部件进行监测。2确定安装传感器种类和位
8、置依据关键部件故障估计和健康管理要求、动车组现在安装传感器情况,确定安装传感器种类和位置。传感器选择时,要着重考虑安装传感器部位工作环境。同时要依据故障估计需要,选择传感器安装位置。3确定关键部件故障估计和状态管理特征量依据关键部件故障统计分析,确定关键部件故障估计和状态管理特征量。通常情况下选择影响关键部件安全和功效关键参数,提升故障估计正确性。4确定监测数据传输方法采取新增以太网传输新增传感器数据,并和原有列车网络控制系统接口,实现动车组在途预警和故障诊疗。5确定车地之间数据传输方法提议关键部件关键数据经过远程数据传输系统实现实时传输,数据量较大数据及其相关环境参数可经过地面数据自动下载系
9、统和人工数据下载方法传输到地面数据处理中心。6建立地面数据处理中心利用传输到地面数据处理中心数据,进行大数据处理,开展数据融合和数据挖掘等工作。建立关键部件故障估计和健康管理模型,采取优异推理算法,实现关键部件故障估计和健康管理。伴随传感器技术、数据融合技术、数据挖掘技术、人工智能技术、大数据应用技术发展,动车组故障估计和健康管理技术应用范围将不停扩大,进而实现动车组故障估计和健康管理、修程修制优化和由计划维修向状态维修转变,提升动车组利用效率和运行品质。2、技术评价21技术创新度评价PHM技术起源于上世纪,现在国外在航空航天领域相对比较成熟,并不停扩展到其它领域,比如交通运输、电子产品等。中
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