[發明專利]PHM系統模型開發和驗證平臺設計方法

有效

• 申請號: 201611140760.8
• 申請日: 2016-12-12
• 公開（公告）號: CN108614443B
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發明（設計）人: 王娟;孫倩;呂鎮邦
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司西安航空計算技術研究所
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 杜永保

1.一種PHM系統模型開發和驗證平臺設計方法，其特征在于，包括PHM模型開發方法、數據管理方法以及PHM模型的仿真驗證方法，其中

PHM模型開發方法，PHM模型開發通過對設備/系統的FMECA、故障樹分析、事件樹分析、“四性”分析數據、系統需求和數據定義的梳理和分析，使用機載模型開發工具建立模型，并將其導出為統一的數據文件格式.XML文件；或者依賴相關的實際或仿真試驗、以及歷史使用數據信息，結合機器學習或訓練而構建的模型，使用Matlab模型開發工具輸出的模型和算法，并將其封裝為EXE文件，以供數據管理和仿真驗證使用，PHM模型開發方法分為基于設計數據的模型開發，以及基于數據挖掘的模型開發，

基于設計數據的模型開發過程為：

(1)數據準備或知識提取

數據準備階段是通過對設備/系統的FMECA、故障樹分析、事件樹分析、“四性”分析數據、系統需求和數據定義的梳理和分析，提取出每種故障模式的診斷邏輯和故障屬性信息，形成規范的故障方程報告；

(2)交互式開發

交互式開發階段則是根據故障方程設計規范，利用交互式輔助工具，把故障方程報告轉化為面向機載解算程序的故障方程數據，并對其語法錯誤、語義沖突進行檢查；

(3)集成與管理

集成和管理階段則是對系統各級的方程進行集成和必要的修正、維護，并可導出為統一的數據文件格式.XML文件；

基于數據挖掘的模型開發過程為：

在PHM開發與驗證系統中，結合Matlab、WEKA第三方商業軟件，為基于數據挖掘的模型提供了引導式的開發與集成操作環境，同時，提供PHM模型開發通用工具箱，包括特征提取，樸素貝葉斯通用模型開發工具，對于第三方模型開發工具輸出的模型和算法，需將其封裝為EXE文件，PHM開發與驗證系統通過導入方式讀取EXE文件，并將其以數據庫的形式存儲供仿真驗證模塊使用；

數據管理方法，數據管理平臺以關系型數據庫管理系統為主、文件管理系統為輔，系統的存儲、管理PHM模型開發與驗證系統中的相關數據，主要針對設備、系統的產品數據，包括配置信息、履歷信息、四性數據；技術數據，包括仿真數據、歷史數據、狀態監控數據、診斷結果、預測結果、趨勢分析結果；知識數據，包括算法信息、診斷模型、預測模型、趨勢分析模型，并對以上數據進行統一管理，支持用戶按照條件對數據進行瀏覽、查詢、編輯、導入、導出功能，PHM模型的診斷推理知識格式均為XML文件，其對應的推理算法為EXE文件，數據管理平臺對導入的XML模型和EXE算法，以數據庫的形式存儲在數據庫，供仿真驗證時使用；

PHM模型開發驗證平臺根據約定的接口定義文檔，讀取產品生命周期內產生的歷史數據文件中的數據信息，以數據庫的形式存儲在數據管理平臺中的數據庫中供仿真驗證平臺使用；具體產品生命周期內產生的歷史數據的接口定義文檔，根據具體設備接口數據的不同，留待詳細設計時描述；

數據管理平臺和仿真驗證平臺通過通信網絡連接后，仿真驗證平臺可以通過數據庫接口下載數據管理平臺提供的模型、算法PHM數據，對其進行驗證分析；仿真驗證平臺也可以將驗證結果回傳到數據管理平臺上，并對數據進行組織整理后存儲到管理平臺中的數據庫，供以后分析使用；

對于機載PHM模型、算法，其駐留在機載設備上，運行結果通過以太網UDP的形式，以XML消息格式，主動發送給PHM驗證平臺；按照故障診斷、健康評估、趨勢分析類型，平臺分別提供對應的XML消息接口定義文檔，對于地面PHM模型、算法，因對其加載、運行統一在PHM驗證平臺中進行，因此，其運行結果可通過讀取本地文件的方式獲取；PHM模型的仿真驗證，PHM仿真驗證平臺為PHM開發與驗證系統需要驗證的模型、算法提供虛擬運行環境，同時利用數字仿真的形式模擬模型、算法運行時所需要的外部環境，驗證PHM系統中相關模型、算法的性能，判斷模型、算法的相關性能是否滿足設計要求中所涉及的技術指標，并對驗證結果進行收集、統計分析和顯示，按照模型、算法的運行環境可以劃分為機載PHM模型仿真驗證和地面模型PHM仿真驗證。

2.如權利要求1所述的PHM系統模型開發和驗證平臺設計方法，其特征在于，機載PHM模型仿真驗證過程為：診斷推理知識和算法運行于目標機，數據仿真端為推理程序的運行提供外部數據仿真環境，PHM驗證平臺通過以太網對診斷結果進行回收、分析和顯示，PHM數據管理平臺作為PHM中央數據庫為其它功能模塊提供數據支持服務。

3.如權利要求1或2所述的PHM系統模型開發和驗證平臺設計方法，其特征在于，地面PHM模型仿真驗證過程為：PHM仿真驗證平臺負責為診斷推理程序的運行提供運行環境和診斷結果的分析、顯示；數據仿真端為推理程序的運行提供外部數據仿真環境，PHM數據管理平臺作為PHM中央數據庫為其它功能模塊提供數據支持服務。