一种通用化的装备故障预测与健康管理建模系统技术方案

本发明专利技术提供一种通用化的装备故障预测与健康管理建模系统，包括：PHM工程管理模块，用于完成PHM工程的创建，PHM数据管理模块，负责完成装备各类型传感器数据的导入和管理，可视化PHM建模模块，基于图论理论的可视化建模技术，利用不同类型图元表达PHM模型要素，实现数据处理、故障诊断、预测、健康评估等模型的开放性建模，可视化PHM模型训练模块，用于针对机器学习类算法完成模型的多次训练、验证评估与优化。因此，本发明专利技术是一种集设计、开发、验证评估和迭代优化等多功能于一体的可视化通用PHM业务模型建模系统，用来满足PHM研制要求，重点解决PHM业务模型的通用化开发支持问题，以及业务模型的快速开发迭代问题。务模型的快速开发迭代问题。务模型的快速开发迭代问题。

【技术实现步骤摘要】
一种通用化的装备故障预测与健康管理建模系统


[0001]本专利技术涉及装备维修保障中的故障预测与健康管理(PHM)技术，是一种PHM业务模型的通用、快速开发与迭代优化系统。

技术介绍

[0002]在装备维修保障领域，故障预测与健康管理(PHM)技术重点是利用先进的传感器集成，并借助各种算法和智能模型来预测、诊断、监控和管理装备的状态。近年来，故障诊断与健康管理的迅速发展导致了维修和保障模式从状态监控向状态管理的转变，是测试和维修诊断的一种革新方案，是一种全面故障检测、隔离和预测及健康管理技术。PHM技术的引入不是为了直接消除系统故障，而是为了了解和预报故障何时可能发生；或在出现始料未及的故障时触发一系列的维修活动，从而实现自主式保障，降低装备使用和保障费用的目标。
[0003]PHM设计、开发与验证是一项系统工程，需要解决PHM图形化建模、推理机、集成数据库、PHM模型网络化协同设计及验证评估等关键技术，因此需要—个集设计、开发、验证和评估等多功能于一体的设计开发平台来满足PHM研制要求。目前国外PHM系统技术已经有很多的工程应用实例，而我国在这方面相对比较薄弱，迫切需要开展这方面的研究工作。PHM系统设计、开发及脸证平台，能够用于PHM设计、辅助开发、仿真、评估及发布，经过反复迭代，实现PHM软件的成熟化。通过对PHM系统可视化层级化建模、诊断、预测算法模型库设计及PHM系统验证和评价技术的突破，促进PHM平台软件设计和开发技术的全面掌握,对于提高我国PHM技术水平具有重要意义。
[0004]PHM系统可视化设计与交互技术是采用可视化方式来完成整个PHM系统的建模，在可视化软件平台上，针如不同的对象用户可以利用系统提供的各类图元通过鼠标操作可以很方便地完成一个PHM设计模型图，基于指标折衷系数法构建PHM层次化模型指标分配，对PHM层次化模型设计水平进行分析与评价，设计和生成PHM测试方案，并将测试按照一定的顺序组织起来，形成成品级、系统级PHM层次化和可视化的模型开发与运行模块。从而可以组建一个新的PHM系统，大大简化了PHM系统的开发过程，提高了开发效率，节省了开发时间。
[0005]可视化通用PHM设计软件是用于辅助PHM系统开发的平台，在平台中将PHM系统开发的具体实际、设计开发要素、可视化技术有机结合，分别实现了建模过程可视化、模型运行过程可视化以及数据的可视化。
[0006]大型装备PHM系统按职功能层次分为成员级、区域级站系统级三级管理。成员级PHM系统实现对自身的故障检测与状态监控，但不做预测和故障隔离，并将故障、状态报告通过相应的数据总线提交到对应的区域级进行诊断。区域级PHM系统基于成员系统的故障报告、状态信息等PHM数据基础上，运用专家系统中基于模型的推理和基于规则的推理算法，实现区域级I的PHM数据信息的融合诊断，形成区域级的PHM故障状态报告，传递到系统级PHM系统进行融合诊断与决策。现有技术目前还存在以下问题：
[0007]国内PHM算法模型开发通用化程度低，同一个算法模型在其他环境中适配性差的问题；PHM软件设计开发的软件工具种类多，接口不统一，难以集成的问题；国内PHM模型开发方面，缺乏成熟的软件开发支持工具，案例匮乏、流程不规范、标准不统一，导致整体开发效率低的问题。

技术实现思路

[0008]为了解决上述技术问题，本专利技术提出一种通用化的装备故障预测与健康管理建模系统，包括：
[0009]PHM工程管理模块，用于完成PHM工程的创建，支持多层级“系统级
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区域级
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部件级”的装备结构设计，对其相关参数进行配置和管理，并能形成装备的传感器参数矩阵，与PHM数据关联；
[0010]PHM数据管理模块，负责完成装备各类型传感器数据的导入和管理，并支持用户自定义的数据格式，装备状态数据为可视化PHM建模、可视化PHM模型训练提供输入数据，是装备的故障预测与监看管理的必要数据；
[0011]可视化PHM建模模块，基于图论理论的可视化建模技术，利用不同类型图元表达PHM模型要素，实现数据处理、故障诊断、预测、健康评估等模型的开放性建模，并提供对不同对象、多种类型的PHM功能模型的建模支持，大大提高了模型开发的效率和通用化支持，通用化算法库为可视化PHM建模提供基础的算法图元，PHM模型验证指标为其提供基础的指标验证算法图元，在PHM建模模块中使用可视化PHM模型训练模块训练的结果为其进行使用与运行；
[0012]可视化PHM模型训练模块，用于针对机器学习类算法完成模型的多次训练与优化，在各种算法模型中提供基本的调参参数，支持对PHM数据管理模块中的数据进行训练数据和测试数据分类，训练数据负责为训练模型提供输出数据，训练数据带有明确的故障特征，帮助算法完成和优化，并在测试算子中对训练结果进行评估，评估的指标是由PHM模型验证指标提供。可视化PHM模型训练模块训练好的算法结果，在可视化PHM建模模块中引用、加载和运行，完成算法的发布工作。
[0013]PHM模型验证指标管理模块，用于在模型开发完成后，在PHM模型验证指标中提供对PHM的评估与验证算子，与PHM模型连接可快速获得评估结果，帮助用户完成对PHM模型训练与优化的快速调试；
[0014]其中验证指标包括成功检测率(PODS)、误报率(POFA)、准确度(Accuracy)、接受者操作特性曲线、检测门限(DetectionThreshold)、总体置信度(OverallConfidence)、稳定性(Stability)、工况敏感度(Dutysensitivity)、噪声敏感度(NoiseSensitivity)等。预测能力的具体度量包括准确度(Accuracy)、精度(Precision)、预测至失效时间(TimeToFailure,TTF)的及时性、预测置信度(Confidence)、相似度(Similarity)、灵敏度(Sensitivity)。
[0015]通用化算法库，为可视化PHM建模模块、可视化PHM模型训练模块提供建模所需的通用化图元算法，提供算法增删、查询、修改、升版、扩展功能。
[0016]根据本专利技术的另一方面，提出一种通用化的装备故障预测与健康管理建模系统，包括以下步骤：
[0017]步骤1：PHM工程管理模块创建PHM工程，在工程中创建具体的装备、装备的多层级“系统级
‑
区域级
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部件级”结构，并在结构中描述健康关键信息，在建立PHM模型后，将装备与PHM模型之间绑定，针对具体的装备开展PHM工作；
[0018]步骤2：PHM数据管理模块，导入单个装备的传感器数据，其支持多传感器、单个传感器的时序数据导入，一个文件为一个数据集，导入后对传感器的采集特性和数据特征进行定义；
[0019]步骤3：可视化PHM建模模块，创建一个PHM模型，拖入通用化算法库中的算子，组合成一个完整的DAG数据流，由此完成算法的编辑；编辑完成后，对PHM模型进行发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种通用化的装备故障预测与健康管理建模系统，其特征在于，包括：PHM工程管理模块，用于完成PHM工程的创建，支持多层级“系统级
‑
区域级
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部件级”的装备结构设计，对其相关参数进行配置和管理，并能形成装备的传感器参数矩阵，与PHM数据关联；PHM数据管理模块，负责完成装备各类型传感器数据的导入和管理，并支持用户自定义的数据格式，装备状态数据为可视化PHM建模、可视化PHM模型训练提供输入数据，是装备的故障预测与监看管理的必要数据；可视化PHM建模模块，基于图论理论的可视化建模技术，利用不同类型图元表达PHM模型要素，实现数据处理、故障诊断、预测、健康评估等模型的开放性建模，并提供对不同对象、多种类型的PHM功能模型的建模支持，通用化算法库为可视化PHM建模提供基础的算法图元，PHM模型验证指标为其提供基础的指标验证算法图元，在PHM建模模块中使用可视化PHM模型训练模块训练的结果为其进行使用与运行；可视化PHM模型训练模块，用于针对机器学习类算法完成模型的多次训练与优化，在各种算法模型中提供基本的调参参数，支持对PHM数据管理模块中的数据进行训练数据和测试数据分类，训练数据负责为训练模型提供输出数据，训练数据带有明确的故障特征，帮助算法完成和优化，并在测试算子中对训练结果进行评估，评估的指标是由PHM模型验证指标提供，可视化PHM模型训练模块训练好的算法结果，在可视化PHM建模模块中引用、加载和运行，完成算法的发布工作。2.根据权利要求1所述的一种通用化的装备故障预测与健康管理建模系统，其特征在于，还包括：PHM模型验证指标模块，用于在模型开发完成后，在PHM模型验证指标中提供对PHM的评估与验证...

【专利技术属性】
技术研发人员：张霁，景特，陈勇刚，
申请(专利权)人：金航数码科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：