机械设备系统剩余寿命评定的新方法

0　引　言

　　机械设备系统的寿命是指系统能正常地保证其功能的时间,或者说是系统的响应第一次超过某允限值之前的时间T。而剩余寿命就是系统在运行一段时间T1之后,还能继续正确地保持其功能进行运行的时间T2,有关系式T=T1+T2。剩余寿命评定工作就是在了解系统响应的时间历程及当前运行状况的基础上,采用相应的数学模型,估算从现在起到响应超过某允限值之前的时间T2。系统寿命或允限值一般是根据设计者的设计寿命确定的,也有些是根据有关标准进行确定的,需要由设备管理部门在进行寿命预估前提供。系统响应的时间历程是由设备运行状况监测系统提供的,反映了设备系统从开始运行到当前的响应的变化历程,根据该时间历程,采取相应的数学模型和算法可进行响应的趋势分析。基于历史的剩余寿命估算方法是指根据系统响应的历史记录进行趋势分析,估算从现在起到响应超过某允限值之前所需的时间T2的方法。

1　趋势分析的原理与方法

趋势分析是对尚未发生或目前还不明确的事物进行预先的估计和推测,是在现时对事物将要发生的结果或发展趋势进行探讨和研究,也就是这样一个过程,从过去和现在已知的情况出发,利用一定的方法或技术去探索或模拟不可知的、未出现的复杂过程,推断出未来的结果。设X1, X2, ..., XN是系统响应的时间历程, Xn和Xn-1之间的时间差为常量C。趋势分析的基本工作就是根据X1, X2, ..., XN等N个记录预测下一个响应XN+1的大小,预测值X′N+1一般可表示为如下的数学模型:

　　　　　　X′N+1=f (X1, X2, ..., XN)

预测误差ε可表示为:　ε=XN+1- X′N+1　　式XN+1中表示真实值。

常用的传统预测方法主要有特征参数法和时间序列预测法。特征参数法就是曲线拟合法。首先建立一个曲线参数方程,然后根据系统响应的特征参数的初值以及有关历史数值,用平滑外推等技术进行曲线拟合,得到一条优化曲线。根据给定的系统响应的允限值还可以进行剩余寿命估算。然而对机械设备系统,尤其是大型复杂机械设备系统,由于系统的复杂性以及影响系统响应的因素的多样性和模糊性,很难建立起合适的曲线参数方程,不便于应用到机械设备系统的趋势分析和剩余寿命评定中来。时间序列预测法的基本思想就是利用自回归滑动平均模型,根据时间历程求出模型中各参数的数值解,然后根据模型进行预测。其依据是惯性规律,即事物过去随时间变化的趋势也是该事物今后随时间变化的趋势。该方法在工程问题中有一定的应用,但受到非线性时序的估计困难和模型的稳定性问题的限制。

2　基于人工神经网络的趋势分析方法