復(fù)雜裝備健康狀態(tài)評(píng)價(jià)建模關(guān)鍵技術(shù)研究

晉旭博　閆玉波

摘要：針對(duì)復(fù)雜裝備健康狀態(tài)評(píng)價(jià)建模的課題研究，本文提出了復(fù)雜裝備對(duì)象建模、復(fù)雜裝備狀態(tài)檢修評(píng)價(jià)體系建模兩大關(guān)鍵技術(shù)，最終將這兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)按照復(fù)雜裝備健康狀態(tài)評(píng)估流程應(yīng)用在復(fù)雜裝備健康狀態(tài)評(píng)價(jià)模型中，為后續(xù)開發(fā)復(fù)雜裝備的健康狀態(tài)評(píng)價(jià)系統(tǒng)提出了清晰的技術(shù)路徑。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜裝備;健康狀態(tài)評(píng)價(jià)建模;關(guān)鍵技術(shù)

中圖分類號(hào)：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2019）03-0104-02

0 引言

隨著社會(huì)的發(fā)展，越來越多復(fù)雜裝備出現(xiàn)在人們的視野里，為社會(huì)的發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)。但是復(fù)雜裝備在工作過程中會(huì)逐漸出現(xiàn)性能退化的現(xiàn)象，如果任由其發(fā)展，復(fù)雜裝備很可能會(huì)出現(xiàn)故障，從而影響復(fù)雜裝備的工作效率[1]。由于復(fù)雜裝備本身的復(fù)雜性和工作環(huán)境的多樣行，復(fù)雜裝備健康狀態(tài)管理領(lǐng)域目前進(jìn)展難度巨大。由于缺乏復(fù)雜裝備健康狀態(tài)評(píng)價(jià)建模關(guān)鍵技術(shù)的支持，現(xiàn)在社會(huì)上絕大多數(shù)復(fù)雜裝備實(shí)行的都是“計(jì)劃修”和“事后修”。“計(jì)劃修”在很大程度上會(huì)造成對(duì)復(fù)雜裝備過度維修，維修成本巨大。而“事后修”更是沒有預(yù)防作用，在很多關(guān)鍵時(shí)刻如果復(fù)雜裝備發(fā)生故障而不能及時(shí)維修，可能會(huì)給企業(yè)造成難以估量的損失。[2]

本文描述了對(duì)復(fù)雜裝備健康狀態(tài)評(píng)價(jià)建模關(guān)鍵技術(shù)的研究，支撐了復(fù)雜裝備的“狀態(tài)修”——根據(jù)復(fù)雜裝備的健康狀況做出最合適的維修決策，在保證復(fù)雜裝備日常工作效率的同時(shí)大幅度降低企業(yè)的維修成本。

1 復(fù)雜裝備健康狀態(tài)評(píng)估流程

首先結(jié)合復(fù)雜裝備專家的意見用層次分析法對(duì)復(fù)雜裝備的健康評(píng)估要素進(jìn)行權(quán)重分析，形成一套復(fù)雜裝備的健康狀態(tài)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，然后依據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)對(duì)復(fù)雜裝備的健康評(píng)估要素狀態(tài)量進(jìn)行分析得到復(fù)雜裝備健康評(píng)價(jià)的結(jié)果。[3]

2 復(fù)雜裝備健康狀態(tài)評(píng)價(jià)建模關(guān)鍵技術(shù)

2.1 復(fù)雜裝備對(duì)象建模

復(fù)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(píng)分可視為復(fù)雜裝備的健康評(píng)估結(jié)果。對(duì)復(fù)雜裝備各個(gè)組成部件進(jìn)行統(tǒng)一管理需要針對(duì)復(fù)雜裝備的各個(gè)組成部件對(duì)各個(gè)復(fù)雜裝備進(jìn)行建模。具體建模思路如下：

步驟一：對(duì)復(fù)雜裝備進(jìn)行功能劃分，將其劃分為不同的功能區(qū);

步驟二：將復(fù)雜裝備不同的功能區(qū)進(jìn)一步進(jìn)行劃分，劃分至組成各個(gè)功能區(qū)的組成部件;

將復(fù)雜裝備各個(gè)組成部件上傳感器收集得到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)作為組成部件的健康評(píng)估數(shù)據(jù)，用于后續(xù)對(duì)復(fù)雜裝備各個(gè)部件的健康評(píng)估依據(jù)。

2.2 復(fù)雜裝備狀態(tài)檢修評(píng)價(jià)體系建模

復(fù)雜裝備狀態(tài)檢修評(píng)價(jià)體系建模是結(jié)合復(fù)雜裝備專家的意見，選取復(fù)雜裝備各個(gè)組成部件的健康評(píng)估有效參數(shù)來進(jìn)行建設(shè)的。每個(gè)評(píng)估參數(shù)的得分計(jì)算方式（每個(gè)評(píng)估參數(shù)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(píng)估參數(shù)的狀態(tài)得分，V0為該健康評(píng)估參數(shù)的狀態(tài)閾值下限，V1為該健康評(píng)估參數(shù)的目前狀態(tài)取值，V2為該健康評(píng)估參數(shù)的狀態(tài)閾值上限。如果V1超出健康評(píng)估參數(shù)閾值區(qū)間，那么該健康評(píng)估參數(shù)狀態(tài)得分為0。

然后評(píng)估組件各個(gè)有效評(píng)估參數(shù)的權(quán)重，具體方法如下所示的層次分析法：

步驟一：將某組件各個(gè)有效評(píng)估參數(shù)按照判斷矩陣aij的標(biāo)度方法進(jìn)行兩兩之間的標(biāo)度衡量，構(gòu)成判斷（成對(duì)比較）矩陣;

步驟二：計(jì)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(jì)算Li的n次方根Vi如式（3）所示;

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

步驟四：對(duì)Wi做歸一化處理得到各個(gè)有效評(píng)估參數(shù)的權(quán)重如式（4）所示;

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

則Wi=（W1，W2…Wn）就是對(duì)應(yīng)有效評(píng)估參數(shù)的權(quán)重值。

在此基礎(chǔ)上形成復(fù)雜裝備健康狀態(tài)評(píng)價(jià)的系列標(biāo)準(zhǔn)，為后續(xù)對(duì)復(fù)雜裝備整體進(jìn)行健康評(píng)估奠定評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)。

2.3 復(fù)雜裝備健康狀態(tài)評(píng)價(jià)模型

復(fù)雜裝備的狀態(tài)評(píng)價(jià)模型從上到下由復(fù)雜裝備、復(fù)雜裝備組件、復(fù)雜裝備組件的健康評(píng)估要素、復(fù)雜裝備組件的健康評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)組成。對(duì)復(fù)雜裝備健康狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)的過程如下：

步驟一：收集復(fù)雜裝備組成部件的有效參數(shù)值;

步驟二：計(jì)算復(fù)雜裝備組成部件的健康評(píng)估要素狀態(tài)值;

步驟三：計(jì)算評(píng)價(jià)復(fù)雜裝備各個(gè)組成部件的健康狀況;

步驟四：計(jì)算評(píng)價(jià)復(fù)雜裝備整體的健康狀況;

結(jié)合復(fù)雜裝備專家的意見，將復(fù)雜裝備和組成部件的健康狀況劃分為三個(gè)等級(jí)如表1所示。

根據(jù)復(fù)雜裝備健康狀態(tài)評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)復(fù)雜裝備的組成部件進(jìn)行健康評(píng)估，然后通過對(duì)復(fù)雜裝備各個(gè)組成部件健康狀態(tài)的綜合分析評(píng)估復(fù)雜裝備的總體健康狀態(tài)，進(jìn)而提出合適的維修建議。

3 結(jié)語(yǔ)

本文以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜裝備狀態(tài)檢修為目的，研究了復(fù)雜裝備健康狀態(tài)評(píng)價(jià)建模中的兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)——復(fù)雜裝備對(duì)象建模技術(shù)和復(fù)雜裝備狀態(tài)檢修評(píng)價(jià)體系建模技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)復(fù)雜裝備各個(gè)組成部件的統(tǒng)一管理并制定了復(fù)雜裝備組成部件和復(fù)雜裝備健康評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，為后續(xù)搭建復(fù)雜裝備狀態(tài)檢修系統(tǒng)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1] 鄧超，王遠(yuǎn)航，吳軍，夏爽，陶志奎.機(jī)電裝備性能退化建模與健康狀態(tài)評(píng)估方法[J].計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，2018，24（09）：2279-2287.

[2] 潘偉峰，麻志成，朱傳古.水電主設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)建模關(guān)鍵技術(shù)研究[J].水電站機(jī)電技術(shù)，2016，39（08）：52-54+96.

[3] 張金春，張繼軍，曹彪.基于HMM的機(jī)載設(shè)備狀態(tài)健康評(píng)估方法研究[J].計(jì)算機(jī)測(cè)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