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內容簡介:
本书系统阐述了装备故障预测与健康管理(PHM)的全寿命周期理论与实践。作者提出了PHM系统工程的10个关键模型,涵盖需求论证、总体设计、系统研制和综合验证等各个阶段,为PHM系统的成功研制和有效应用提供了全面的方法论支撑。全书共分为七章:第一章概述PHM的发展历程、关键技术及应用现状;第二章阐述PHM需求论证方法,包括运行概念模型、能力需求模型和费用评估模型;第三章介绍PHM总体设计方法,重点讨论组织架构模型和功能-逻辑-物理架构模型;第四章详细阐述PHM系统研制的关键技术,包括故障模式机理与影响分析、系统可测试性设计、状态监控与故障诊断预测算法等;第五章提出PHM综合验证方法,构建了贯穿全寿命周期的多维度验证体系;第六章以典型装备为例,展示PHM系统的工程实践;第七章展望PHM未来发展趋势。本书不仅提供了PHM系统研制的理论指导,还结合大量工程实例,深入浅出地阐释了PHM的核心思想和关键技术,是一本理论与实践相结合的PHM专业著作。
關於作者:
胡杨,男,中共党员,杭州市北京航空航天大学国际创新研究院副研究员,2010、2012、2015年分获国防科技大学学士、硕士和意大利米兰理工大学博士学位(国家公派),主要从事装备预测与健康管理、人工智能、装备智能运维等方面的研究工作。作为项目负责人或联合负责人,牵头完成国家自然科学基金、中国科协青年人才托举工程、军委科技委国防科技创新特区课题、军委装发部装备预研基金等各类课题。获中国航空学会科学技术奖二等奖1项(排名第1),军队科技进步二等奖2项(排名第5,8),主编国家军用标准1部,以第一作者或通讯作者在Reliability Engineering and System Safety等国际知名学术期刊和会议上发表论文20余篇,获国家发明专利7项,2019年入选中国科协青年人才托举计划。
目錄 :
第1章 PHM技术的发展概况1 1.1 PHM的定义2 1.2 PHM的本质4 1.3 PHM的发展演化5 1.4 PHM学术研究与典型应用现状8 1.4.1 PHM学术研究现状分析8 1.4.2 PHM工程实践现状11 1.5 PHM相关标准体系现状14 1.5.1 PHM相关标准组织15 1.5.2 PHM经典标准简介18 1.6 PHM技术的困难与挑战21 1.6.1 需求不清21 1.6.2 性能不稳22 1.6.3 支持不够23 1.7 小结25 第2章 基于模型的PHM系统工程26 2.1 PHM全寿命周期关键活动27 2.2 PHM全寿命周期模型概览28 2.2.1 运行概念模型31 2.2.2 能力需求模型33 2.2.3 费用评估与优化模型35 2.2.4 组织架构模型37 2.2.5 功能-逻辑-物理架构模型39 2.2.6 故障模式、机理、影响与危害性分析模型40 2.2.7 系统测试性模型42 2.2.8 状态监测、故障诊断与预测模型43 2.2.9 基于诊断/预测信息的使用保障优化模型45 2.2.10 效能验证模型47 2.3 小结50 第3章 PHM需求分析51 3.1 装备系统运行概念与保障场景分析52 3.1.1 装备PHM利益攸关方识别53 3.1.2 装备系统使用场景分析56 3.2 装备系统PHM需求映射分解59 3.2.1 PHM需求模型59 3.2.2 PHM能力指标体系65 3.3 基于仿真的PHM能力需求论证方法77 3.3.1 PHM仿真模型构建79 3.3.2 PHM仿真逻辑85 3.3.3 案例分析88 3.4 PHM需求确认90 3.4.1 PHM需求确认的基本原则91 3.4.2 PHM需求确认的流程92 3.5 小结94 第4章 PHM总体设计96 4.1 PHM系统总体框架设计97 4.1.1 PHM与装备系统总体设计的协同97 4.1.2 PHM研发组织模式100 4.1.3 PHM框架设计流程103 4.2 PHM系统功能架构设计105 4.2.1 PHM使用场景细化分析105 4.2.2 飞机PHM功能架构案例107 4.3 PHM系统逻辑架构设计111 4.3.1 典型PHM逻辑架构方案111 4.3.2 飞机PHM逻辑架构案例113 4.4 PHM系统物理架构设计115 4.4.1 典型PHM物理架构方案116 4.4.2 飞机PHM物理架构案例120 4.5 小结123 第5章 PHM工程研制124 5.1 PHM对象的确认125 5.1.1 系统/部件增强型故障模式和影响分析126 5.1.2 寿命件分析129 5.1.3 特殊事件分析130 5.1.4 传感器选型133 5.1.5 系统测试性模型构建与优化135 5.2 PHM系统框架构建138 5.2.1 PHM硬件构成139 5.2.2 PHM软件架构设计147 5.3 PHM数据处理与算法设计151 5.3.1 数据预处理152 5.3.2 状态监测/异常检测、故障诊断、寿命预测算法155 5.3.3 运维决策支持算法170 5.4 小结174 第6章 PHM综合验证175 6.1 PHM验证框架设计176 6.1.1 PHM验证的阶段维度177 6.1.2 PHM验证的层级维度178 6.1.3 PHM验证的实施原则178 6.2 总体设计阶段验证179 6.2.1 PHM系统架构验证180 6.2.2 专家评审验证182 6.3 工程研制阶段验证186 6.3.1 FMECA验证187 6.3.2 系统测试性模型验证189 6.3.3 功能性能验证193 6.4 综合集成和试验阶段验证198 6.4.1 接口兼容性验证198 6.4.2 跨分系统功能集成验证199 6.4.3 PHM综合试验台203 6.5 部署使用阶段验证207 6.5.1 PHM使用全历程数据集构建207 6.5.2 部署使用阶段的主要验证工作211 6.5.3 PHM性能的持续熟化215 6.6 小结217 第7章 总结与展望218 7.1 本书的核心内容与主要贡献219 7.2 PHM技术的发展趋势224 7.2.1 未来PHM技术总体展望226 7.2.2 未来PHM的可能商业模式与研发策略231 7.2.3 大模型、数字孪生、虚拟现实技术对PHM的影响237 7.2.4 PHM与其他领域的交叉研究240 参考文献246