知識分享 | 不超3分鐘看懂「PHM」！

　　PHM是Prognostic and Health Management 的縮寫，即故障預測與健康管理。PHM是指故障預測和健康管理，為了滿足自主保障、自主診斷的要求提出來的，是基於狀態的維修CBM (視情維修，condition based maintenance)的升級發展。其核心是利用先進感測器的集成，藉助各種演算法和智能模型來預測、監控和管理系統的健康狀態。它強調資產設備管理中的狀態感知，監控設備健康狀況、故障頻發區域與周期，通過數據監控與分析，預測故障的發生，從而大幅度提高運維效率。

　　PHM預測與健康管理技術是綜合利用現代信息技術、人工智慧技術的最新研究成果而提出的一種全新的管理健康狀態的解決方案。PHM預測未來一段時間內系統失效可能性以及採取適當維護措施的能力，一般具備故障檢測與隔離、故障診斷、故障預測、健康管理和部件壽命追蹤等能力。

PHM系統主要由六個部分構成

1、數據採集

　　利用各種感測器探測、採集被檢系統的相關參數信息，將收集的數據進行有效信息轉換以及信息傳輸等。

2、信息歸納處理

　　接受來自感測器以及其它數據處理模塊的信號和數據信息，將數據信息處理成後續部件可以處理的有效形式或格式。該部分輸出結果包括經過濾波、壓縮簡化後的感測器數據，頻譜數據以及其它特徵數據等。

3、狀態監測

　　接受來自感測器、數據處理以及其它狀態監測模塊的數據。其功能主要是將這些數據同預定的失效判據等進行比較來監測系統當前的狀態，並且可根據預定的各種參數指標極限值/閾值來提供故障報警能力。

4、健康評估

　　接受來自不同狀態監測模塊以及其它健康評估模塊的數據。主要評估被監測系統(也可以是分系統、部件等)的健康狀態(如是否有參數退化現象等)，可以產生故障診斷記錄並確定故障發生的可能性。故障診斷應基於各種健康狀態歷史數據、工作狀態以及維修歷史數據等。

5、故障預測決策

　　故障預測能力是PHM系統的顯著特徵之一。該部件由兩部分組成，可綜合利用前述各部分的數據信息，評估和預測被監測系統未來的健康狀態，並做出判斷，建議、決策採取相應的措施。該部件可以在被監測系統發生故障之前的適宜時機採取維修措施。該部分實現了PHM系統管理的能力，是另一顯著特徵之一。

6、保障決策

　　主要包括人-機介面和機-機介面。人-機介面包括狀態監測模塊的警告信息顯示以及健康評估、預測和決策支持模塊的數據信息的表示等；機-機介面使得上述各模塊之間以及PHM系統同其它系統之間的數據信息可以進行傳遞交換。需要指出的是，上述體系結構中的各部件之間並沒有顯明界限，存在著數據信息的交叉反饋。

PHM模型一般分三類

1、基於模型的故障診斷與預測

　　故障診斷與預測一般需要先在系統的模型上測試和驗證，以最少的耗費來獲取直觀有效的數據信息。應用基於故障診斷與預測技術的系統模型，通常由一定的領域的專家給出，經過大量的數據驗證，通常比較真實可靠。基於模型的故障診斷與預測技術能深入對象系統本質的性質和實現實時的故障預測，並且對象系統的故障特徵通常與模型參數相近或是緊密相聯繫。隨著對設備故障演化機理理解的逐步深入，模型可以被逐漸修正來提高其預測精度。

　　但是，實際工程應用要求對象系統的數學模型具有較高的精度與複雜的動態系統，建立精確的數學模型往往是個難於解決的矛盾。因此基於模型的故障診斷與預測技術的實際應用範圍和效果常常受到限制。人們通過大量研究論證，逐步提出了許多相關的解決辦法。如基於隨機濾波理論的故障預測技術是基於模型的故障預測技術的典型代表，包括卡爾曼濾波、擴展卡爾曼濾波、無味濾波和粒子濾波。

2、基於狀態信息的故障診斷與預測

　　現在基於狀態的維修(CBM)手段，直接採信被觀測對象功能及性能信息進行故障診斷，是置信度很高的故障診斷、維修方法，得到了成功的應用。CBM方式是通過對設備工作狀態和工作環境實時監測，藉助人工智慧等先進的計算訪求，診斷、預測和合理安排設備未來的維修調度時間。CBM方法根據設備的實際運行狀態確定設備的最小維護時間，降低設備全壽命周期費用，增加設備的穩定性。CBM的思想即只有在設備需要維護時，才進行必要的維護，大大減少了不必要的檢修、診斷耗費。

3、基於知識的故障診斷與預測

　　在實際工程應用中，常常無法獲得對象系統的精確數學模型，這就大大限制了基於模型的故障診斷與預測方法的實施。而基於知識的故障診斷與預測訪求不需要對象系統精確的數學模型，同時能夠有效地表達對象相關的領域專家的經驗知識，因此是很有前景的方法。基於知識的故障診斷與預測技術的最大優勢就是能夠充分利用對象系統有關的領域專家經驗知識。

　　但是，由於基於知識的故障診斷與預測技術本身更適合於定性推理而不太適合於定量計算，因而其實際應用還比較困難，單獨使用專家系統或模糊邏輯進行故障診斷與預測的實例還不多見。

PHM技術廣泛應用於各個領域

　　在電子系統中，PHM的主要意義在於，提前預知將要發生故障的時間和位置，預測整個系統的RUL（Remaining Useful Life，剩餘使用壽命），提高系統的運行可靠性，減少系統的維修費用和提高維修準確性，實現電子系統的CBM。同時，PHM系統記錄分析電子系統的健康數據，像管理人體健康一樣，對整個系統進行健康管理。

　　在風電檢修方面，PHM技術可以降低機組事故發生率、降低維修費用、減少維修時間、提高機組運行效率和可靠性，同時會為設計人員提供指導。

　　PHM技術還被成功應用于軍事、民用航空等領域，大大提升了各應用領域的運作效率。因此，PHM技術有重要的實用價值和廣闊的發展前景。

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