[发明专利]基于CPS的PHM设计方法

说明书

公开一种基于CPS的PHM系统，包括感控单元、网络单元和决策单元。还公开一种基于CPS的PHM方法，包括感控单元布局优化、网络单元路由优化、执行单元策略优化三个步骤。本发明利用CPS技术对物理组件和信息技术高兼容性和深度融合的特点，构建基于CPS架构的PHM系统，能够大大简化PHM结构，提高其通用性。本发明将CPS技术与PHM技术相结合，能够实现PHM技术与边缘计算、大数据处理等前沿方法更好的结合，以提高PHM的快速性、实时性、准确性。

技术领域

本发明涉及面向PHM的设计方法，具体涉及一种基于CPS的PHM设计方法。

背景技术

PHM系统标准是PHM平台设计与实现的重要依据，典型标准有国际标准化组织的机器状态监测与诊断(Condition MonitoringDiagnostics，CMD)标准、机械信息管理开放标准联盟的开放式视情维修体系结构(Open System Architecture for Condition-BasedMaintenance，OSA-CBM)标准和国际电子电气工程师协会的Std-1856系列标准，下面对其进行简要概述。

1.CMD系列标准

ISO 13374-1给出CMD标准的信息流结构，如图1所示，其中将PHM系统划分为7个处理模块，分别为传感器/转换器/人工输入、数据采集(DA)、数据操作(DM)、状态检测(SD)、健康评估(HA)、预兆评估(PA)和提出建议(AG)。标准中对各模块的功能进行了阐述，并给出了模块间的通信方法和表达形式。

2.OSA-CBM标准

OSA-CBM标准为视情维修系统的实现制定了一个标准的结构和框架，提供了一个集成多种互异构件的方法，并且通过规范构件之间的输入和输出使集成的过程变得简单，由此受到国内外组织机构工程开发过程中的广泛应用。OSA-CBM体系结构如图2所示，主要包含七个模块，其中数据采集、传输和处理是PHM功能实现的前提，状态监测是对复杂系统的初步评估，健康评估、故障预测和自动推理决策是PHM功能实现的重要环节，人机接口用于提供PHM功能实现的可视化界面。

3.Std-1856标准

Std-1856标准在ISO 13374功能模块的基础上，增加了健康管理模块(HM)，对各功能模块进行了详细描述，并且将PHM核心操作流程分为感知、获取、分析、建议和执行五个步骤，其中感知和获取步骤为PHM系统提供底层基础的数据采集功能，分析、建议和执行步骤是PHM系统功能实现的重要环节，包括故障检测、隔离、识别，评估系统的健康状态并估算剩余使用寿命等过程，Std-1856电子系统PHM体系结构如图3所示。

随着嵌入式技术、信息技术等技术的快速发展，PHM工程化困难问题越来越突出。随着待监测数据类型的增加和数据量的增大，上述体系结构中的数据获取方式和传输方式出现了传感器布局、布线困难，信号容易受到电磁干扰的问题，特别是当系统工作在复杂电磁环境时，问题更加突出。大量学者针对不同的系统提出了特定的PHM体系结构，但是基本思想仍然是OSA-CBM体系结构，仍然无法满足现代战争特点和维修保障模式对系统提出的实时性，有效性，准确性的要求，而且缺乏通用性，因此构建通用性、简约性的PHM体系结构已经成了当务之急。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提出一种基于CPS的PHM系统，包括感控单元、网络单元和决策单元；其中

感控单元负责对底层的单元模块进行感知，获取相关数据，进行一定的处理后通过通信模块向上传输，同时接收上层传回的控制指令对感控单元进行一定的控制调整；

网络单元根据任务的实际需求，利用网络通信技术将下层的各个分系统、组件联系起来，并与决策单元进行通信；