复杂装备健康状态评价建模关键技术研究

晋旭博　闫玉波

摘要：针对复杂装备健康状态评价建模的课题研究，本文提出了复杂装备对象建模、复杂装备状态检修评价体系建模两大关键技术，最终将这两项关键技术按照复杂装备健康状态评估流程应用在复杂装备健康状态评价模型中，为后续开发复杂装备的健康状态评价系统提出了清晰的技术路径。

关键词：复杂装备;健康状态评价建模;关键技术

中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）03-0104-02

0 引言

随着社会的发展，越来越多复杂装备出现在人们的视野里，为社会的发展做出了巨大的贡献。但是复杂装备在工作过程中会逐渐出现性能退化的现象，如果任由其发展，复杂装备很可能会出现故障，从而影响复杂装备的工作效率[1]。由于复杂装备本身的复杂性和工作环境的多样行，复杂装备健康状态管理领域目前进展难度巨大。由于缺乏复杂装备健康状态评价建模关键技术的支持，现在社会上绝大多数复杂装备实行的都是“计划修”和“事后修”。“计划修”在很大程度上会造成对复杂装备过度维修，维修成本巨大。而“事后修”更是没有预防作用，在很多关键时刻如果复杂装备发生故障而不能及时维修，可能会给企业造成难以估量的损失。[2]

本文描述了对复杂装备健康状态评价建模关键技术的研究，支撑了复杂装备的“状态修”——根据复杂装备的健康状况做出最合适的维修决策，在保证复杂装备日常工作效率的同时大幅度降低企业的维修成本。

1 复杂装备健康状态评估流程

首先结合复杂装备专家的意见用层次分析法对复杂装备的健康评估要素进行权重分析，形成一套复杂装备的健康状态评价标准，然后依据此标准对复杂装备的健康评估要素状态量进行分析得到复杂装备健康评价的结果。[3]

2 复杂装备健康状态评价建模关键技术

2.1 复杂装备对象建模

复杂装备虽然种类繁多，但是都是由各种部件组成的，所有部件的健康状况的总评分可视为复杂装备的健康评估结果。对复杂装备各个组成部件进行统一管理需要针对复杂装备的各个组成部件对各个复杂装备进行建模。具体建模思路如下：

步骤一：对复杂装备进行功能划分，将其划分为不同的功能区;

步骤二：将复杂装备不同的功能区进一步进行划分，划分至组成各个功能区的组成部件;

将复杂装备各个组成部件上传感器收集得到的监测数据作为组成部件的健康评估数据，用于后续对复杂装备各个部件的健康评估依据。

2.2 复杂装备状态检修评价体系建模

复杂装备状态检修评价体系建模是结合复杂装备专家的意见，选取复杂装备各个组成部件的健康评估有效参数来进行建设的。每个评估参数的得分计算方式（每个评估参数得分满分为100分）如式（1）：

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

其中，G为某组件某健康評估参数的状态得分，V0为该健康评估参数的状态阈值下限，V1为该健康评估参数的目前状态取值，V2为该健康评估参数的状态阈值上限。如果V1超出健康评估参数阈值区间，那么该健康评估参数状态得分为0。

然后评估组件各个有效评估参数的权重，具体方法如下所示的层次分析法：

步骤一：将某组件各个有效评估参数按照判断矩阵aij的标度方法进行两两之间的标度衡量，构成判断（成对比较）矩阵;

步骤二：计算该判断矩阵每一行元素的乘积Li如式（2）所示;

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

步骤三：计算Li的n次方根Vi如式（3）所示;

Vi=                                           （3）

步骤四：对Wi做归一化处理得到各个有效评估参数的权重如式（4）所示;

Wi=                                           （4）

则Wi=（W1，W2…Wn）就是对应有效评估参数的权重值。

在此基础上形成复杂装备健康状态评价的系列标准，为后续对复杂装备整体进行健康评估奠定评价标准基础。

2.3 复杂装备健康状态评价模型

复杂装备的状态评价模型从上到下由复杂装备、复杂装备组件、复杂装备组件的健康评估要素、复杂装备组件的健康评估标准组成。对复杂装备健康状态进行评价的过程如下：

步骤一：收集复杂装备组成部件的有效参数值;

步骤二：计算复杂装备组成部件的健康评估要素状态值;

步骤三：计算评价复杂装备各个组成部件的健康状况;

步骤四：计算评价复杂装备整体的健康状况;

结合复杂装备专家的意见，将复杂装备和组成部件的健康状况划分为三个等级如表1所示。

根据复杂装备健康状态评价的标准对复杂装备的组成部件进行健康评估，然后通过对复杂装备各个组成部件健康状态的综合分析评估复杂装备的总体健康状态，进而提出合适的维修建议。

3 结语

本文以实现复杂装备状态检修为目的，研究了复杂装备健康状态评价建模中的两项关键技术——复杂装备对象建模技术和复杂装备状态检修评价体系建模技术，实现了对复杂装备各个组成部件的统一管理并制定了复杂装备组成部件和复杂装备健康评价标准，为后续搭建复杂装备状态检修系统奠定了技术基础。

参考文献

[1] 鄧超，王远航，吴军，夏爽，陶志奎.机电装备性能退化建模与健康状态评估方法[J].计算机集成制造系统，2018，24（09）：2279-2287.

[2] 潘伟峰，麻志成，朱传古.水电主设备状态评价建模关键技术研究[J].水电站机电技术，2016，39（08）：52-54+96.

[3] 张金春，张继军，曹彪.基于HMM的机载设备状态健康评估方法研究[J].计算机测量与控制，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