復雜裝備健康狀態評價建模關鍵技術研究

晉旭博　閆玉波

摘要：針對復雜裝備健康狀態評價建模的課題研究，本文提出了復雜裝備對象建模、復雜裝備狀態檢修評價體系建模兩大關鍵技術，最終將這兩項關鍵技術按照復雜裝備健康狀態評估流程應用在復雜裝備健康狀態評價模型中，為后續開發復雜裝備的健康狀態評價系統提出了清晰的技術路徑。

關鍵詞：復雜裝備;健康狀態評價建模;關鍵技術

中圖分類號：TP277 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）03-0104-02

0 引言

隨著社會的發展，越來越多復雜裝備出現在人們的視野里，為社會的發展做出了巨大的貢獻。但是復雜裝備在工作過程中會逐漸出現性能退化的現象，如果任由其發展，復雜裝備很可能會出現故障，從而影響復雜裝備的工作效率[1]。由于復雜裝備本身的復雜性和工作環境的多樣行，復雜裝備健康狀態管理領域目前進展難度巨大。由于缺乏復雜裝備健康狀態評價建模關鍵技術的支持，現在社會上絕大多數復雜裝備實行的都是“計劃修”和“事后修”。“計劃修”在很大程度上會造成對復雜裝備過度維修，維修成本巨大。而“事后修”更是沒有預防作用，在很多關鍵時刻如果復雜裝備發生故障而不能及時維修，可能會給企業造成難以估量的損失。[2]

本文描述了對復雜裝備健康狀態評價建模關鍵技術的研究，支撐了復雜裝備的“狀態修”——根據復雜裝備的健康狀況做出最合適的維修決策，在保證復雜裝備日常工作效率的同時大幅度降低企業的維修成本。

1 復雜裝備健康狀態評估流程

首先結合復雜裝備專家的意見用層次分析法對復雜裝備的健康評估要素進行權重分析，形成一套復雜裝備的健康狀態評價標準，然后依據此標準對復雜裝備的健康評估要素狀態量進行分析得到復雜裝備健康評價的結果。[3]

2 復雜裝備健康狀態評價建模關鍵技術

2.1 復雜裝備對象建模

復雜裝備雖然種類繁多，但是都是由各種部件組成的，所有部件的健康狀況的總評分可視為復雜裝備的健康評估結果。對復雜裝備各個組成部件進行統一管理需要針對復雜裝備的各個組成部件對各個復雜裝備進行建模。具體建模思路如下：

步驟一：對復雜裝備進行功能劃分，將其劃分為不同的功能區;

步驟二：將復雜裝備不同的功能區進一步進行劃分，劃分至組成各個功能區的組成部件;

將復雜裝備各個組成部件上傳感器收集得到的監測數據作為組成部件的健康評估數據，用于后續對復雜裝備各個部件的健康評估依據。

2.2 復雜裝備狀態檢修評價體系建模

復雜裝備狀態檢修評價體系建模是結合復雜裝備專家的意見，選取復雜裝備各個組成部件的健康評估有效參數來進行建設的。每個評估參數的得分計算方式（每個評估參數得分滿分為100分）如式（1）：

G=（（V1-V0）/（V2-V0））*100? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

其中，G為某組件某健康評估參數的狀態得分，V0為該健康評估參數的狀態閾值下限，V1為該健康評估參數的目前狀態取值，V2為該健康評估參數的狀態閾值上限。如果V1超出健康評估參數閾值區間，那么該健康評估參數狀態得分為0。

然后評估組件各個有效評估參數的權重，具體方法如下所示的層次分析法：

步驟一：將某組件各個有效評估參數按照判斷矩陣aij的標度方法進行兩兩之間的標度衡量，構成判斷（成對比較）矩陣;

步驟二：計算該判斷矩陣每一行元素的乘積Li如式（2）所示;

Li=aij? （i，j=1，2，…n）? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

步驟三：計算Li的n次方根Vi如式（3）所示;

Vi=? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（3）

步驟四：對Wi做歸一化處理得到各個有效評估參數的權重如式（4）所示;

Wi=? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（4）

則Wi=（W1，W2…Wn）就是對應有效評估參數的權重值。

在此基礎上形成復雜裝備健康狀態評價的系列標準，為后續對復雜裝備整體進行健康評估奠定評價標準基礎。

2.3 復雜裝備健康狀態評價模型

復雜裝備的狀態評價模型從上到下由復雜裝備、復雜裝備組件、復雜裝備組件的健康評估要素、復雜裝備組件的健康評估標準組成。對復雜裝備健康狀態進行評價的過程如下：

步驟一：收集復雜裝備組成部件的有效參數值;

步驟二：計算復雜裝備組成部件的健康評估要素狀態值;

步驟三：計算評價復雜裝備各個組成部件的健康狀況;

步驟四：計算評價復雜裝備整體的健康狀況;

結合復雜裝備專家的意見，將復雜裝備和組成部件的健康狀況劃分為三個等級如表1所示。

根據復雜裝備健康狀態評價的標準對復雜裝備的組成部件進行健康評估，然后通過對復雜裝備各個組成部件健康狀態的綜合分析評估復雜裝備的總體健康狀態，進而提出合適的維修建議。

3 結語

本文以實現復雜裝備狀態檢修為目的，研究了復雜裝備健康狀態評價建模中的兩項關鍵技術——復雜裝備對象建模技術和復雜裝備狀態檢修評價體系建模技術，實現了對復雜裝備各個組成部件的統一管理并制定了復雜裝備組成部件和復雜裝備健康評價標準，為后續搭建復雜裝備狀態檢修系統奠定了技術基礎。

參考文獻

[1] 鄧超，王遠航，吳軍，夏爽，陶志奎.機電裝備性能退化建模與健康狀態評估方法[J].計算機集成制造系統，2018，24（09）：2279-2287.

[2] 潘偉峰，麻志成，朱傳古.水電主設備狀態評價建模關鍵技術研究[J].水電站機電技術，2016，39（08）：52-54+96.

[3] 張金春，張繼軍，曹彪.基于HMM的機載設備狀態健康評估方法研究[J].計算機測量與控制，2015，23（02）：491-493.

Research On Key Technologies Of Complex Equipment Health State Evaluation Modeling

JIN Xu-bo1，2，YAN Yu-bo1

（1.School of Computer and Information Technology， Beijing Jiaotong University， Beijing? 100044;

2.Beijing Beijiao Zhixing Information Technology Co.， Ltd.， Beijing? 100085）

Abstract：Aiming at the research on the modeling of complex equipment health status， this paper puts forward two key technologies of complex equipment object modeling and complex equipment state maintenance evaluation system modeling. Finally， these two key technologies are applied according to the complex equipment health status assessment process. In the evaluation model of complex equipment health status， a clear technical path is proposed for the subsequent development of the health status evaluation system of complex equipment.

Key words：complex equipment; health status assessment modeling; key technology