智预――装备故障预测与健康管理：全寿命周期解读与实践

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。

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