分享關(guān)于評(píng)估設(shè)備剩余使用壽命的三種方法

剩余使用壽命（下文稱 RUL）指在機(jī)器維修或更換前的運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)。借助 RUL，工程師可以安排維護(hù)時(shí)間、優(yōu)化運(yùn)行效率并避免計(jì)劃外停機(jī)。因此，預(yù)測(cè) RUL 是預(yù)測(cè)性維護(hù)計(jì)劃中的首要任務(wù)。

RUL 預(yù)測(cè)模型不僅可預(yù)測(cè) RUL，還可提供預(yù)測(cè)的置信界限。該模型的輸入項(xiàng)是狀態(tài)指標(biāo)，即從傳感器數(shù)據(jù)或日志數(shù)據(jù)提取的特征。其行為隨著系統(tǒng)退化或運(yùn)行模式的變化而改變，這種改變是可預(yù)測(cè)的。

RUL 的計(jì)算方法取決于可用數(shù)據(jù)的類型：

壽命數(shù)據(jù)，用于指示相似機(jī)器運(yùn)行至發(fā)生故障所用的時(shí)長(zhǎng)

相似機(jī)器的運(yùn)行至故障的歷史數(shù)據(jù)

檢測(cè)故障所用狀態(tài)指標(biāo)的已知閾值

Predictive Maintenance Toolbox提供的模型可基于每類數(shù)據(jù)類型對(duì) RUL 進(jìn)行評(píng)估。

使用壽命數(shù)據(jù)

比例風(fēng)險(xiǎn)模型和組件故障時(shí)間的概率分布用于根據(jù)壽命數(shù)據(jù)評(píng)估 RUL。舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子，我們可以根據(jù)過(guò)往充電次數(shù)及協(xié)變量評(píng)估電池的放電時(shí)間，其中協(xié)變量指電池運(yùn)行環(huán)境（如溫度）和電池負(fù)載等變量。

生存函數(shù)圖（圖 1）顯示了電池在不同運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)出現(xiàn)故障的概率。如圖所示，如果電池運(yùn)行了 75 個(gè)周期，則其達(dá)到使用壽命的概率為 90%。

圖 1. 生存函數(shù)圖。在運(yùn)行 75 個(gè)周期后，電池能夠繼續(xù)運(yùn)行的概率為 0.1 或 10%。

運(yùn)行至故障的數(shù)據(jù)

如果您有一個(gè)包含設(shè)備運(yùn)行至故障的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)，并且該數(shù)據(jù)來(lái)自相似組件或行為方式相似的不同組件，則您可以使用相似方法評(píng)估 RUL。這些方法會(huì)獲取退化曲線并將其與來(lái)自機(jī)器的新數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，以確定新數(shù)據(jù)最接近哪種曲線。

在圖 2 中，藍(lán)色表示發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行至故障的歷史數(shù)據(jù)集的退化曲線，黃色表示發(fā)動(dòng)機(jī)的當(dāng)前數(shù)據(jù)。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)最匹配的曲線，預(yù)計(jì) RUL 約為65 個(gè)周期。

圖 2. 基于運(yùn)行至故障的數(shù)據(jù)的退化曲線（藍(lán)色）。最接近的藍(lán)色曲線的星標(biāo)（或端點(diǎn)）分布指出 RUL 為 65 個(gè)周期。

閾值數(shù)據(jù)

通常，運(yùn)行至故障數(shù)據(jù)或壽命數(shù)據(jù)沒(méi)有被記錄，但具有關(guān)于閾值參考信息。例如，水泵中液體的溫度不能超過(guò) 160oF (71oC)，壓力必須低于 2200 psi (155 bar)。通過(guò)這些信息，您可以將時(shí)序模型與提取自傳感器數(shù)據(jù)（如隨時(shí)間上下波動(dòng)的溫度和壓力等）的狀態(tài)指標(biāo)進(jìn)行擬合。

這些退化模型通過(guò)預(yù)測(cè)狀態(tài)指標(biāo)超出閾值的時(shí)間評(píng)估 RUL。它們還可以與融合指標(biāo)結(jié)合使用，后者使用主成分分析等技術(shù)融入來(lái)自多個(gè)狀態(tài)指標(biāo)的信息。

圖 3 顯示跟蹤風(fēng)力渦輪機(jī)中所用高速軸承故障的指數(shù)退化模型。藍(lán)色顯示狀態(tài)指標(biāo)。該退化模型預(yù)測(cè)軸承將在約 9.5 天后超出閾值。紅色陰影部分代表此預(yù)測(cè)的置信界限。

圖 3. 高速軸承的退化模型?；谳S承的當(dāng)前狀態(tài)數(shù)據(jù)（藍(lán)色）和與此數(shù)據(jù)擬合的指數(shù)退化模型（紅色），該軸承預(yù)計(jì)的 RUL 為 9.5 天。

對(duì) RUL 進(jìn)行可靠評(píng)估后，您可以將這些評(píng)估值集成到儀表盤中，或整合到維護(hù)團(tuán)隊(duì)監(jiān)控的警報(bào)系統(tǒng)中。隨后，各團(tuán)隊(duì)可以快速響應(yīng)設(shè)備運(yùn)行狀況的改變，避免影響設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。