10月31日,神舟十六号载人飞船在经历五个月的太空飞行后顺利返回,安全着陆在内蒙古的东风着陆场,三位航天员安全顺利出舱。这意味着神舟十六号载人飞行任务取得圆满成功,标志着我国载人航天事业再创辉煌。在这背后,离不开专家技术团队的不懈努力和航天设备的全程运作。在航天工程中,保障设备的稳定运行至关重要。故障预测与健康管理(PHM)作为一项关键技术,为航天器的可靠性和安全性提供了强有力的支持。

PHM的概念

故障预测与健康管理(PHM)是一项综合性技术,通过实时监测设备状态、预测故障和健康评估,提高设备的可靠性和生产效率。PHM利用设备运行数据、运行状态和健康状况等信息,结合人工智能算法进行数据分析和模型建立,能够提前预测设备故障和异常,减少停机时间,提高设备的可靠性。

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图.故障预测与健康管理PHM(PreMaint)

PHM的发展历程

为了在设备发生故障之前实现设备的故障预测和健康管理,PHM应运而生,它最早可以追溯到上个世纪七十年代,当时主要应用于航空航天领域。早期的PHM系统包含了对飞机系统的状态监测、故障预测、健康评估以及设备维保等方面。随着“故障预测”这个概念的产生,PHM系统才逐渐成型。PHM发展的动力源于对设备可靠性和安全性的追求,以及对预测性维护的需求。PHM实现了从定期检修或事后维修的模式转变为基于设备状态的智能维护,是实现预防性维护转向预测性维护的关键技术。

PHM在航空航天领域的应用

PHM系统最初源于航空航天领域的需求,并在该领域得到相对成熟的应用。

1. 航天发射塔:

航天发射塔用于支持航天飞行器发射和升空。在某航天发射塔的应用中,PHM系统通过综合振动、温度、油液、电流电压、应力应变等多种数据源的状态监测,对发射塔实施预测性维护。这种技术能够实时监测发射塔的各项指标,检测潜在的故障迹象,并提供准确的预警信息。维护团队可以根据这些信息及时采取预测性维护措施,预防设备故障和非计划停机的发生。通过数字化健康管理,PHM系统可提供大型精密结构健康监测解决方案。

2. 航空发动机:

航空发动机是航空飞机动力装置和核心部件,也被称为飞机的“心脏”。PHM技术在采用先进传感器采集信息,并借助数据挖掘技术和人工智能算法来对发动机的健康状态进行预测、监控和管理,该项技术是先进战机发动机的重要标志之一。此外,PHM运用了智能算法和新型推理技术,能够对发动机进行实时状态监测和剩余寿命预估,从而大幅度提高部件的维修效率,降低相关维修费用成本的支出,也确保了航空发动机的飞行安全。

3. 卫星:

卫星是用于通信、导航、遥感等任务的重要设备,PHM技术在卫星中的应用主要涉及故障预测、性能趋势跟踪、和剩余使用寿命预估等方面。在故障预测方面,PHM技术通过传感器收集数据,在时域和频域等提取故障特征,并进行数据分析处理,提前发现设备的变化趋势,从而做到故障预测。结合算法和智能模型,PHM可以实时监测卫星的各项参数的变化趋势,并对卫星未来的状态进行预估,维护人员可提前采取预测性维护措施,从而避免卫星发生故障,或降低故障的影响程度。

图.卫星在太空飞行(Pexel)

神舟十六号载人飞船凯旋归来,代表着我国航天技术水平进一步的提升。故障预测与健康管理(PHM)技术的应用为航天领域带来了巨大的潜力与机遇。通过实时监测、故障预测和性能跟踪等手段,提高设备的可靠性、安全性和性能,PHM技术助力航天领域进一步发展,推动了航天科技的进步与创新。随着技术的不断演进和应用的深入,相信故障预测与健康管理将在航天领域发挥越来越重要的作用,为人类探索宇宙、实现航天梦想做出更大贡献。