数控设备故障预测和健康管理的维修保障系统

习燕玲

（白银矿冶职业技术学院，白银 730900）

数控设备故障预测和健康管理的维修保障系统

习燕玲

（白银矿冶职业技术学院，白银 730900）

数控设备故障预测和健康管理的维修保障系统能够提升数控设备的使用寿命。该系统不仅对数控设备中可能出现的故障具有较好的诊断能力，还能够生成具有针对性的维修建议，具有重要作用。因此，研究数控设备故障预测和健康管理的维修保障系统至关重要。

数控设备 故障预测 健康管理 维修保障

引言

数控设备故障预测和健康管理的维修保障系统是国外装备维修保障的先进技术，具有较好的维修保障效果，对设备的使用情况、设备磨损、未来寿命都具有较好的预测功能，并能够检测系统的健康状态。因此，研究数控设备故障预测和健康管理的维修保障系统的技术、功能、组成、结构以及工作流程等内容具有重要价值。

1 数控设备故障预测和健康管理的维修保障技术

数控设备故障检测和健康管理维修系统简称为PHM系统，是美国军方提出的一种有效的技术，具备设备健康管理以及故障检测的功能与作用。目前，在国外尤其是美国具有广泛应用，主要应用于军事装备，具有较好的效果[1]。它不仅可以作为健康管理与使用的监控系统，还可以用来预测与评估管理系统自身的健康状态。它的重要作用主要表现为以下几个方面。第一，预测系统以及零件的功能状态，如部件的使用寿命、部件的正常工作时间长度、资源的可用性等问题。通过预测这些问题，了解系统的健康状态，为系统的维修管理提供科学的依据。第二，提升对维修活动的决策能力。通过借助各种智能算法预测系统的状态，能够准确了解系统的运行情况，为系统的维修提供参考依据，提升对维修活动的决策能力。当前，数控设备故障检测和健康管理维修系统在我国也具有科学研究。我国对PHM系统的方法、技术以及应用方面都具有较早研究，但在数控设备故障检测和健康管理技术方面的研究还比较片面，无法满足企业生产的需求，无法实现工业的推广。因此，分析PHM系统结构的特点，研究数控设备故障预测和健康管理的维修保障技术具有重要意义，故障预测与健康管理技术具有较大的发展前景，在军事装备、企业生产方面都具有重要作用。

2 数控设备故障预测和健康管理的维修保障系统（PH M）的体系结构

PHM系统主要功能是对设备运行状态进行全面分析，包括分析机械的性能与寿命、性能的退化状况、机械的磨损状况以及部件的受力情况等内容。通过分析预测设备的健康状态，为维修部门提供维修依据，促进维修活动的顺利实施。PHM体系结构主要由七部分构成，下面针对这七部分内容进行简要概述。

第一，采集传输数据。通过各传感器收集数据信息，为PHM系统提供最基本数据信息，保证数据信息的有效性，为下面的数据处理奠定基础，并通过信息传输将数据传输到下一功能模块。

第二，数据处理。数据处理是PHM系统结构的重要内容，通过处理来自传感器以及其他模块的数据信息，将数据处理结果进行分析整合，形成健康管理以及故障预测所需要的内容，为健康管理以及故障预测提供参考依据，从而使PHM系统具有预测故障的功能。

第三，状态监测。状态监测是指对数据收集、传输、处理而获得的数据信息与原数据信息进行分析对比，是判断当前设备的健康状态的一种结构内容。它的主要功能是通过分析原数据所提供的阈限值，以预测故障，在可能出现故障的情况下提供警报。

第四，健康评估。健康评估是指根据各模块收集的信息，对系统的健康状态进行评估的结构内容。健康评估在PHM系统结构中具有重要作用，不仅能够分析故障发生的机率，记录故障诊断数据，还能够记录维修历史数据、工作状态以及以前检测的健康状态，具有重要的作用。

第五，故障预测。对上述数据信息进行分析整合，评估系统的健康状态、使用寿命以及机械磨损程度等内容，依据评估的结果对系统是否存在故障进行预测。故障预测是数控设备故障预测和健康管理的维修保障系统的显著特征[2]。

第六，自动决策推理。自动决策推理是数控设备故障预测和健康管理的维修保障系统的另一显著特征。实现自动决策管理能够提高PHM系统的管理能力，其主要功能是通过分析故障预测以及健康评估方面的数据，自动推理生成维修的建议措施，为维修活动的实施提供决策。

第七，接口。接口主要包括两大方面内容，分别是机机接口以及人机接口，其功能分别如下，机机接口能够将PHM系统中的数据信息与其他系统中的数据信息进行传递交流，促进资源共享。人机接口能够显示故障预测，警示信息，健康评估状态以及维修建议等多种信息，通过信息的显示体现出PHM系统的功能，具有重要的作用。

3 PH M的功能与组成

PHM的功能主要有以下几种，具有重要的应用价值与较好的发展前景。第一，监测功能。PHM系统能够监测数据设备的润滑系统、主轴系统、数控系统等各子系统。第二，信号采集功能。通过温度传感器、压力传感器等多种传感器收集信息信号，为PHM数据处理提供准确的数据。第三，故障预测功能。通过对收集数据进行合理分析，能够有效判断系统出现故障的可能性，做出准确预测。第四，健康评估。PHM的主要功能是对系统的状态进行评估，分析系统的运行情况，并在系统存在隐患时生成具有针对性的建议措施。由此可见，PHM具有重要的功能。PHM主要由十大部分组成，分别为信号采集系统、监测对象、退化模型、预测模型、故障预测预报系统、专家数据库、子系统健康评估、管理用户层、管理服务器、数据服务器等十部分内容，缺一不可，密不可分[3]。

4 PH M的工作流程

PHM的工作流程主要分为两大部分：一是信息采集故障预测流程，二是维修管理流程。此两大流程能够总结为四个阶段。一是对设备运行状态的监控以及信息采集阶段。此阶段是实施PHM系统管理的基础，通过信息收集以及状态监控，获得系统运行的准确信息，充分了解系统准确情况，为后面的数据处理、故障预测等环节提供准确信息，保证PHM系统顺利工作。二是对运行设备以及系统进行故障分析，在收集信息后，会通过专门的数据处理模块对数据信息进行准确处理，获得一份准确的数据分析结果，显示出所得数据与原预留数据的不同，以此为依据实施故障诊断。一旦数据信息超出预留数据的参考阈限值，则表明出现故障的可能性较大，可以依此做出并输出故障诊断。如果诊断结果为存在故障，则发出警报，输出故障信息，并进入第四阶段——维修管理阶段；如果未检测出故障，则进入第三阶段——故障预测阶段。三是故障预测阶段。PHM系统在数据分析中也可能存在失误，故障预测阶段就是进行重复检测的阶段。在前面的判定中，虽然故障诊断结果表现为未发生故障，但依旧存在发生故障的可能性，因而不能完全定论不会发生故障。通过第三阶段故障预测能够准确分析出发生故障可能性的大小，做出进一步是否需要维修的判断。经过测验后，能够给予较为准确结果；若需要维修，进入阶段四；若不需要维修，返回阶段一。四是维修管理。维修管理较为简单，就是对判定为存在故障需要维修的内容进行维修，生成有效的维修建议。

5 总结

综上所述，研究数控设备故障预测和健康管理的维修保障系统的相关内容十分重要，通过研究PHM系统的技术、结构、组成功能以及工作流程等内容，能够加深对PHM系统的了解，为研究PHM系统提供依据，推进PHM系统的发展以及应用。

[1]赵中敏，张圣文.大型数控设备故障预测与健康管理自主式保障系统[J].机床电器，2012，39（3）：52-55.

[2]曾声奎，Michael G.Pecht，吴际.故障预测与健康管理(PHM)技术的现状与发展[J].航空学报，2005，（5）：626-632.

[3]吕刚德，杨占才.故障预测与健康管理系统建模技术研究[J].测控技术，2013，（1）：59-63.

Maintenance Support System for Fault Prediction and Health Management of CNC Equipment

XI Yanling
(Baiyin Career Technical College, Baiyin730900)

CNC equipment fault prediction and health management of the maintenance support system can improve the service life of CNC equipment. This system not only has a good ability to diagnose the faults in the numerical control equipment, but also can generate the suggestions for maintenance. Therefore, it is very important to study the fault prediction and health management of CNC equipment.

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