《智能制造基礎(chǔ)與應(yīng)用》2.7 數(shù)字化遠(yuǎn)程維護(hù)

智能制造基礎(chǔ)與應(yīng)用高等職業(yè)教育“十三五”規(guī)劃教材

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智能制造基礎(chǔ)與應(yīng)用

第二章智能制造數(shù)字化基礎(chǔ)第二節(jié)數(shù)字化設(shè)計與仿真第三節(jié)數(shù)字化工藝第四節(jié)數(shù)字化加工與裝配第五節(jié)數(shù)字化控制第六節(jié)數(shù)字化生產(chǎn)管理第七節(jié)數(shù)字化遠(yuǎn)程維護(hù)第一節(jié)概述數(shù)字化遠(yuǎn)程維護(hù)7第七節(jié)

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智能制造基礎(chǔ)與應(yīng)用一、數(shù)字化遠(yuǎn)程維護(hù)的背景網(wǎng)絡(luò)化制造環(huán)境下企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量控制是企業(yè)運(yùn)行管理的主要功能模塊。企業(yè)如何去適應(yīng)快速變化的市場需求，不斷以快速度、高質(zhì)量、低成本和優(yōu)質(zhì)服務(wù)向市場提供滿足用戶需求的產(chǎn)品，以求得生存和發(fā)展已成為企業(yè)共同追求的目標(biāo)和永恒的主題。質(zhì)量控制不僅是對產(chǎn)品實物本身的控制，而且更強(qiáng)調(diào)對產(chǎn)品質(zhì)量形成過程進(jìn)行控制，即通過控制過程質(zhì)量的方法來控制最終產(chǎn)品實物的質(zhì)量。隨著高科技的不斷注入，現(xiàn)代裝備的高集成化、高智能化以及分析處理問題的高效化日益增強(qiáng)，隨之而來的系統(tǒng)的故障診斷、維修保障和可靠性越來越受到人們的高度重視。

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智能制造基礎(chǔ)與應(yīng)用二、預(yù)測與健康管理（PrognosticsandHealthManagement,PHM）的基本概念PHM(PrognostiesandHealthManagement)預(yù)測與健康管理技術(shù)是綜合利用現(xiàn)代信息技術(shù)、人工智能技術(shù)的最新研究成果而提出的一種全新的管理健康狀態(tài)的解決方案。

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智能制造基礎(chǔ)與應(yīng)用1.發(fā)展歷史(1)從外部測試到機(jī)內(nèi)測試（BIT）（60-70年代）早期的飛機(jī)系統(tǒng)比較簡單，航電系統(tǒng)為分立式結(jié)構(gòu)，依靠人工在地面上檢測和隔離飛機(jī)中的問題（外部測試）。這些飛機(jī)由彼此獨立的模擬系統(tǒng)構(gòu)成；隨著飛機(jī)系統(tǒng)變得復(fù)雜，機(jī)內(nèi)測試（BIT/BITE）被引入飛機(jī)中，先是為了警告飛行員在重要部件中出了關(guān)鍵故障，后來又成為支持機(jī)械師查找故障的助手。

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智能制造基礎(chǔ)與應(yīng)用(2)從BIT到智能BIT（80年代）為了解決常規(guī)BIT存在的問題，美國原羅姆航空發(fā)展中心（RADC）在80年代初率先提出運(yùn)用人工智能技術(shù)來改善BIT的效能，以降低虛警、識別間歇故障，這就是所謂的智能BIT。智能BIT是指，采用人工智能及相關(guān)技術(shù)，將環(huán)境應(yīng)力數(shù)據(jù)、BIT輸出信息、BIT系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)、被測單元輸入/輸出、設(shè)備維修記錄等多方面信息綜合在一起，并經(jīng)過一定的推理、分析、篩選過程，得出關(guān)于被測單元狀態(tài)的更準(zhǔn)確的結(jié)論，從而增強(qiáng)BIT的故障診斷能力。20多年來，智能BIT技術(shù)有了迅速發(fā)展，先后出現(xiàn)了綜合BIT、信息增強(qiáng)BIT、改進(jìn)決策BIT、維修歷史BIT、自適應(yīng)BIT和暫存監(jiān)控BIT等多種智能BIT技術(shù)。智能BIT技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到F-16與F-15的改型和新研制的F-22、JSF等第三、第四代航空裝備中。

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智能制造基礎(chǔ)與應(yīng)用(3)綜合診斷的提出和發(fā)展（80年代后期至90年代）20世紀(jì)70-80年代，復(fù)雜裝備在使用中暴露出測試性差、故障診斷時間長、BIT虛警率高、使用與保障費(fèi)用高、維修人力不足等各種問題，引起美英等國軍方和工業(yè)部門的重視。美軍及工業(yè)界分別針對自動測試設(shè)備(ATE)、技術(shù)資料、BIT及測試性等各診斷要素相繼獨立地采取了很多措施，力圖解決這些使用與保障問題，結(jié)果不理想。問題的根源在于各診斷要素彼此獨立工作，缺少綜合；而且除測試性和BIT外，都是在主裝備設(shè)計基本完成后才開始設(shè)計的。從解決現(xiàn)役裝備保障問題的角度出發(fā)，美國國防部頒布軍用標(biāo)準(zhǔn)和國防部指令，強(qiáng)調(diào)采用“綜合后勤保障”的途徑來有效解決武器裝備的保障問題。“診斷”問題成為貫徹綜合后勤保障的瓶頸。美國原安全工業(yè)協(xié)會于1983年首先提出了“綜合診斷”的設(shè)想，對構(gòu)成武器裝備診斷能力的各要素進(jìn)行綜合，并獲得了美國軍方的認(rèn)可和大力提倡。

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智能制造基礎(chǔ)與應(yīng)用2.PHM系統(tǒng)的組成（1）數(shù)據(jù)采集利用各種傳感器探測、采集被檢系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)信息，將收集數(shù)據(jù)進(jìn)行有效信息轉(zhuǎn)換以及信息傳輸?shù)?。?）信息歸納處理接受來自傳感器以及其它數(shù)據(jù)處理模塊的信號和數(shù)據(jù)信息，將數(shù)據(jù)信息處理成后續(xù)部件可以處理的有效形式或格式。該部分輸出結(jié)果包括經(jīng)過濾波、壓縮簡化后的傳感器數(shù)據(jù)，頻譜數(shù)據(jù)以及其它特征數(shù)據(jù)等。（3）狀態(tài)監(jiān)測接受來自傳感器、數(shù)據(jù)處理以及其它狀態(tài)監(jiān)測模塊的數(shù)據(jù)。其功能主要是將這些數(shù)據(jù)同預(yù)定的失效判據(jù)等進(jìn)行比較來監(jiān)測系統(tǒng)當(dāng)前的狀態(tài)，并且可根據(jù)預(yù)定的各種參數(shù)指標(biāo)極限值/閾值來提供故障報警能力。

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智能制造基礎(chǔ)與應(yīng)用（4）健康評估接受來自不同狀態(tài)監(jiān)測模塊以及其它健康評估模塊的數(shù)據(jù)。主要評估被監(jiān)測系統(tǒng)(也可以是分系統(tǒng)、部件等)的健康狀態(tài)(如是否有參數(shù)退化現(xiàn)象等)，可以產(chǎn)生故障診斷記錄并確定故障發(fā)生的可能性。故障診斷應(yīng)基于各種健康狀態(tài)歷史數(shù)據(jù)、工作狀態(tài)以及維修歷史數(shù)據(jù)等。（5）故障預(yù)測決策故障預(yù)測能力是PHM系統(tǒng)的顯著特征之一。該部件由兩部分組成，可綜合利用前述各部分的數(shù)據(jù)信息，評估和預(yù)測被監(jiān)測系統(tǒng)未來的健康狀態(tài)，并做出判斷，建議、決策采取相應(yīng)的措施。該部件可以在被監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)生故障之前的適宜時機(jī)采取維修措施。該部分實現(xiàn)了PHM系統(tǒng)管理的能力，是另一顯著特征之一。（6）保障決策主要包括人-機(jī)接口和機(jī)-機(jī)接口。人-機(jī)接口包括狀態(tài)監(jiān)測模塊的警告信息顯示以及健康評估、預(yù)測和決策支持模塊的數(shù)據(jù)信息的表示等；機(jī)-機(jī)接口使得上述各模塊之間以及PHM系統(tǒng)同其它系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)信息可以進(jìn)行傳遞交換。需要指出的是，上述體系結(jié)構(gòu)中的各部件之間并沒有顯明界限，存在著數(shù)據(jù)信息的交叉反饋。

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智能制造基礎(chǔ)與應(yīng)用三、案例分析本案例是某機(jī)械加工企業(yè)的預(yù)測與健康管理系統(tǒng)，本系統(tǒng)的質(zhì)量控制技術(shù)不依賴零件的質(zhì)量特性分布，而是通過控制加工過程參數(shù)（工序影響因素）的方法來間接控制加工工序的質(zhì)量特性。這種間接控制方法的優(yōu)點是不必逐件檢測零件，縮短了檢驗時間。系統(tǒng)根據(jù)監(jiān)控對象將基于PHM的機(jī)械加工過程質(zhì)量控制技術(shù)的