通用PHM集成开发环境PIDE
實現 PHM 是一個復雜的系統工程,它不可能一蹴而就,而是一個逐步迭代、優化的過程。目前國內的 PHM 工程應用仍處于起步狀態,由于沒有商用的 PHM 系統集成開發環境作為支撐,使得大型復雜 PHM 系統的開發非常復雜,開發出的系統通用性、開放性、可靠性及易用性都無法保證。
PIDE 是北京旋極信息技術股份有限公司開發的一套通用的、開放的 PHM 集成開發環境,滿足一系列國際相關標準,如 IEEE13374、OSA-CBM、CRIS 等。它由一系列設計建模軟件、運行平臺硬件和軟件、試驗數據采集系統和驗證系統組成,可以輔助用戶進行 PHM 系統的開發和驗證工作。
PIDE 特點
①通用性
PIDE 通用于軍用和民用各類裝備的 PHM 系統開發,包括:陸、海、空、天各軍兵種的新研或現役裝備 PHM 開發,如:特種車輛、有人及無人飛機等軍用以及高鐵、民用船舶、民用飛機、水利、電力、生產制造工廠等民用裝備。
②開放性
采用 PIDE 在 PHM 系統進行開發,可在各組成單元上任意調整算法模塊的配置,可以對數據處理模塊進行分布式配置,可以根據需要任意調整數據存儲策略,根據需要調整或重新開發用戶界面。
③可移植性
軟件的源代碼具備在嵌入式 Linux、Windows 以及麒麟操作系統下的可移植性,所有算法模塊具備嵌入式 Linux 和 Windows 兩個版本,以便在不同操作系統下分布式配置。
④標準化
滿足 IEEE13374(設備狀態監控與故障診斷)以及 OSA-CBM(基于狀態維修的開放系統架構)的標準化架構要求、數據結構要求和模塊接口要求和 CRIS 數據庫結構要求。
⑤分布式配置
數據處理模塊可以遠程配置,上下層模塊可以自動鏈接,可以通過 web service 或其它中間件相互通信,可以通過網頁訪問遠程數據采集設備。
PIDE 組成和功能
PIDE 的組成和功能
TADS 是集 FMECA 分析、測試性設計效果分析、故障傳播建模、健康評估建模和診斷策略生成于一體的 PHM 建模軟件, TADS 生成的測試性模型可以導入PHM 開發環境作為 PHM 系統建模的輸入,也用于自動生成基于規則的電子系統診斷模型。
TIIS 測試性信息綜合軟件
TIIS 綜合軟件是供裝備設計、制造單位用于測試性信息的綜合工作,以及供總體單位用于生成 PHM 系統“可裝載診斷信息數據庫(LDI)”,該診斷信息數據庫包含了 PHM/CMS 用于故障診斷、交互測試、狀態數據監控、維護建議生成所需的各類信息。
PHM 計算機
a) 嵌入式 PHM 計算機
嵌入式 PHM 計算機是安裝在裝備上的實時采集、診斷、預測、健康狀態評估計算機,硬件由主處理器模塊、采集模塊、調理模塊、總線通信模塊和電源模塊組成,采用 Linux 操作系統。如下圖所示:
b) 桌面 PHM 計算機便攜式維護終端、web終端
桌面 PHM 計算機用于實驗室環境的臺式或機架式計算機,采用 Windows 或麒麟操作系統,主要用于實驗室數據挖掘、算法開發、數據處理模塊調試和配置。便攜式維護終端是加固式 PDA,采用 Windows 或麒麟操作系統,主要用于外場維護。web 終端是加固式移動終端或普通手機,通過 4G 專網或公網訪問數據服務器,采用安卓操作系統,主要用于外場維護。如下圖所示:
?PHM 運行環境軟件
PHM 運行環境可以安裝在嵌入式、桌面PHM計算機或云服務器上,主要功能是利用集成在運行環境上的CBM數據處理模塊采集數據,提取特征,根據特征和模型采用相應算法進行健康狀態評估、故障診斷、預測剩余壽命并生成維護建議,然后按照一定的存儲策略將結果存入指定的數據庫。
CBM 數據處理模塊可以采用 PHM 集成開發環境軟件進行構建,可以按照需求分布式配置到嵌入式PHM計算機、數據采集處理裝置或云服務器上,在遠程異構系統之間采用 web service 通信,形成分布式 PHM 系統。
試驗數據采集系統
試驗數據采集系統是一套 32 通道(可擴充)動態信號采集分析系統,采用組裝箱結構,用于在實驗室臺架上或外場對機械設備進行故障注入時,采集設備的故障狀態數據。
數據挖掘軟件
數據挖掘軟件采用商用的MATLAB軟件,使用MATLAB,可以實現各類數據的處理,分析與挖掘、MATLAB 提供各種工具箱可實現數據的分類和回歸。
PHM 軟件開發環境
用于以圖形化方式建立與 PHM 相關的保障數據模型,系統架構信息模型,系統組成單元的通信接口模型、FMEA 模型、告警信息模型、狀態監控模型、事件模型,傳感器數據模型,可以導入 TADS 生成的測試性模型,以圖形化方式開發傳感器信號處理流程,自動生成具有標準接口的 CBM 數據處理模塊,自動生成各種配置文件,以及 web service 模塊,生成 PHM 系統數據庫模型。構建分布式 PHM 系統,對分布式系統進行集中調試或分布式調試,通過網絡對 PHM 系統進行遠程安裝。
PHM 驗證系統
PHM 驗證系統由電子系統故障注入模塊,測試性驗證軟件、PHM 計算機、各種數據處理模塊和模型組成,主要用于生成驗證樣本、注入故障、自動故障診斷或健康狀態評估、生成維修建議、通過對評估、診斷和維修建議的評估得出 PHM 性能指標的評價。
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總結
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