大型复杂设备健康管理技术

设备·论坛蘩文章编号：1671—0711(2013)07—0029—03大型复杂设备健康管理技术赵中敏，王茂凡(1．淮海工学院工程训练中心，江苏连云港222005；2．亚翔系统集成科技(苏州)股份有限公司，江苏苏州215126)摘要：以某大型复杂设备为监测对象，构建了健康管理系统，并对设备健康状态进行预测，最终做出设备维修决策，实现设备健康状态的全程管理。指出了在企业中建立综合健康管理系统需要研究的关键技术。关键词：复杂设备；健康管理；系统设计；工作流程；关键技术中图分类号：E07文献标识码：B设备健康管理(EHM，equipmenthealthmanagement)是通过整合设备管理规章制度和业务流程，紧密结合状态监测、维修、使用和环境等信息，对涉及设备健康的因素进行全面过程控制，对维修活动进行计划和优化。EHM与状态维修CBM(conditionbasedmaintenance)的主要区别在于，有效的设备健康管理扩展到超出设备监控和修理的范围，而深入到设备的规范化、科学化和智能化管理之中，即从传统的以修为主转变到以管为主。二者之间的关系是：CBM是EHM的重要基础和支撑条件；EHM拓展了CBM的外延，有机地将维修活动和管理活动结合在一起。一、健康管理技术健康管理是一种对设备及其部件健康状态的影响因素进行全面管理的过程。设备管理模式是对企业充分利用各种管理职能、技术手段，优化组合人员、技术、信息等因素，实现设备系统高效率运行过程的抽象描述。为实现设备健康管理确定的目标，提出了设备健康管理的核心思想，即以简单、高效、实用、科学为原则，整合设备管理规章制度和业务流程；以设备健康评估为载体，建立设备状态监测及评价的指标体系；以状态维修、定期维修等活动为手段，开展设备全程全员健康管理(图1)。二、大型复杂设备健康管理系统的设计1．大型复杂设备健康管理系统的组成及功能以数控设备为监测对象，构建健康管理系统，实现设备各子系统的状态评估、寿命预测、故障预警和故障诊断(图2)。(1)监测对象：健康管理系统监测对象包括数控设备的主轴系统、导轨副、丝杠副、润滑系统、数控系统、伺服健康检]健康评I设备健康状态ll卜、jl设备健康状态li卜、l设备健康状态ll影响因素分析l9口[=：=二二=l数据采集融合l9口[二二：状及衰退趋⋯}r¨}状态监测t⋯⋯{健康预测分析设备健康因素处理设备健康信息评估预测设备健康鲨鏖图1设备健康管理主轴导轨丝杠润滑数控伺服电气控系统副状副状系统系统系统制系统监控对象状态态监态监状态状态状态状态监监测测测监测监测监测测I信号采信系统(信号分析与特征选择)I性能退化模型．—／＼．寿命预测模型故障预报系统+I数控设备系统各个部件及整机性能评估及寿命预测}+维修专家数据库数据服务器图2数控设备健康管理系统功能框图系统、电气控制系统等各子系统。(2)信号采集系统：设备各子系统的状态变化及故障信息采用振动传感器、电流传感器、压力传感器、流量传感2013年7月I中国设备工程29慧壤散l器和温度传感器获取，多传感器信号经采集系统输入工控机进行信号分析、特征提取与优化选择。(31性能退化模型：多个性能退化模型建立不同部件性能状态与敏感特征的非线性映射关系，实现部件性能退化趋势预测。f4)寿命预测模型：综合考虑时间、加工参数等因素，协同性能退化模型对部件当前条件下的剩余寿命进行预测。(5)故障预报系统：故障预报系统根据设定的非线性阈值与部件性能退化状态提前判定故障发生的概率。f6)各子系统及整机性能评估及寿命预测：各子系统的状态评估、故障预警与诊断、寿命预测均通过寿命预测模型、故障预警模型和维修专家数据库协同作用完成，最终实现数控设备整机的状态评估与智能诊断。f7)维修专家数据库：预测及诊断结果同时送入维修专家数据库进行知识更新、规则补充和解决方案添加。(8)数据服务器：各个部件的大量信息存储在数据服务器上，以确保数据的安全性。f9)管理服务器：通过管理软件调用数据服务器上的数据，可以对数控设备各个子系统的运动状态、性能参数进行全面监控。f10)管理用户层：车间的设备管理及工艺人员作为网络的节点，可以远程获取数控设备的各种加工信息和状态信息，从而对设备进行准确合理的调度及维护。为提高数控设备的使用效率，及时解决设备在生产中出现的各种问题，采用基于工业以太网的三级管理体系，包括工控机(底层)、数据服务器、管理服务器及用户。2．大型数控设备健康管理系统的实现针对监测对象的特点，选择不同的传感器对各个部件的运行状态进行监测，具体结构如图3所示。图3复杂数控设备健康管理系统结构30中国设备工程l2013~7#]设备·论坛(1)数控系统：运行参数通过软件直接读取，系统故障代码显示各种报警信息。(21电气控制系统：采用PLC直读技术获取PLC点位信息