[發明專利]一種數模聯動的隨機退化設備壽命預測方法

有效

• 申請號: 202110616231.5
• 申請日: 2021-06-02
• 公開（公告）號: CN113468720B
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發明（設計）人: 司小勝;李天梅;杜黨波;張建勛;裴洪;張慶超
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍火箭軍工程大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/04
• 代理公司: 西安睿通知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 61218
• 代理人: 惠文軒

本發明屬于關鍵設備壽命預測技術領域，具體公開了一種數模聯動的隨機退化設備壽命預測方法，根據復雜工程系統中的關鍵設備的多源傳感監測數據，在數據層進行多源傳感器加權融合構建復合健康指標用于表征設備退化特征，采用Wiener線性隨機過程模型建模該復合健康指標時變演化趨勢，通過求解復合健康指標首達失效閾值的時間實現壽命預測，基于壽命預測值與實際壽命的偏差構建目標函數，對多源傳感器融合系數和隨機退化建模中的失效閾值進行反向優化調整，形成兩者之間的反饋閉環，實現復合健康指標提取與隨機退化建模的交互聯動、交叉融合，保證了大型復雜工程系統中關鍵設備的服役壽命的準確預測。

技術領域

本發明屬于人工智能技術領域，涉及一種關鍵設備壽命預測方法，具體涉及一種數模聯動的隨機退化設備壽命預測方法。

背景技術

壽命預測與健康管理技術是現代復雜工程系統、重大產品、重大設施提高運行可靠性、安全性、可維護性的關鍵技術，可為重大裝備的長周期安全可靠運行提供重要保障。近年來，隨著工業4.0、物聯網等技術的快速興起與普及，各式傳感器猶如一張龐大的神經網絡密布在復雜設備內部，這些多源傳感監測數據在提供了豐富的設備健康狀態及壽命信息的同時，由于多源信號差異大、采樣策略形式多、信息之間相互耦合，導致各個傳感器獲取的數據呈現不同的統計特性，只能部分的反映設備健康狀態。

現有單變量假設條件給設備性能退化過程建模及壽命預測提供了很大的便利和靈活性，但單一傳感器獲取的該性能退化變量監測數據往往難以全面、充分反映設備潛在健康狀態并表征其隨機演化過程。而已有的多源傳感數據融合方法主要依賴于原始數據的質量以及數據分析處理的方式，當前研究中復合健康指標構建和退化建模及壽命預測基本上是孤立進行的，構建復合健康指標的過程中主要關注了指標本身的特性(如單調性、趨勢性、凹凸性等)，但如此構建的指標能否適應并匹配所采用的退化模型失效閾值以及能否導向壽命預測準確性的提高，難以保證。因此，若能根據設備狀態監測信息，建立其性能退化過程的時變演化模型，實現多源傳感監測數據退化特征提取與特征時變演化過程隨機退化建模的交互聯動、交叉融合，進而實現隨機退化設備壽命的智能精準預測，就能夠根據預測信息對設備實施及時精準的預測性維護、提前規劃維修資源配置，對于切實保障復雜設備的運行安全性、可靠性與經濟性具有重要意義。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種數模聯動的隨機退化設備壽命預測方法，所述數模聯動中的“數”是指構建復合健康指標提取數據退化特征，“模”是指所提取退化特征時變演化過程隨機建模，通過兩者之間的聯動，構建表征壽命預測準確性的優化目標函數，從而實現數據特征提取與所提取特征時變演化過程隨機建模之間的“聯動”。

為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現。

一種數模聯動的隨機退化設備壽命預測方法，包括以下步驟：

步驟1，對于復雜工程系統，設該系統中有N個退化失效的同類隨機退化設備，每個設備安裝有M個傳感器，獲取第i個隨機退化設備的第j個傳感器的歷史監測數據集和每個隨機退化設備的實際壽命1≤i≤N，1≤j≤M，K_i為第i個隨機退化設備的監測時間點個數；表示第i個隨機退化設備的第j個傳感器在初始時刻采集到的原始監測值；表示第N個隨機退化設備的實際使用壽命；

步驟2，對第i個隨機退化設備的第j個傳感器的歷史監測數據集中的每個監測數據依次進行歸一化處理和平滑濾波處理，得到每個隨機退化設備的每個傳感器預處理后的監測數據；

步驟3，根據每個隨機退化設備的每個傳感器預處理后的監測數據，計算對應的皮爾遜相關系數，基于皮爾遜相關系數，選擇一致性好且皮爾遜相關系數的均值較大的傳感器數據作為復合健康指標的構建數據；

步驟4，將選取的復合健康指標的構建數據進行直接加權組合，構建多源傳感監測復合健康指標，并將其作為多源傳感監測數據提取的退化特征；