故障Petri网及其在机械设备剩余寿命预测中的应用

机械设备是一个功能层次分级的有机系统，其内部各组成部分的故障事件构成 一个离散事件动态系统，故障事件之间具有复杂的继发与并发等逻辑关系。在机械 设备剩余寿命预测领域，要求充分考虑故障的萌生、发展和传播的时间历程问题。 以往的机械设备剩余寿命预测方法是预测设备关键部件在特定故障损坏模式下的剩 余寿命，以关键部件的剩余寿命作为整机的剩余寿命，在故障发展机理不是很清楚 的情况下，代之以统计学的黑盒模型，估算设备群体的平均寿命。传统的剩余寿命 预测方法在一定程度上能够满足要求，但是它们或者对设备的组成特点考虑不足， 或者缺乏普遍的指导意义，因而应用具有一定的局限性。本文试图建立能够描述机 械设备各种故障事件之间基本逻辑关系的数学模型，对机械设备复合故障的动态演 变历程进行时域建模和仿真，从复合故障的动态演变历程角度解决单机具体工况下 的剩余寿命预测问题。为此，深入分析了机械设备的故障特性，把以描述离散事件 动态系统见长的Petri网分析技术引入到机械设备剩余寿命预测领域，并根据故障 的演变和传播特点，将Petri网加以改造，提出适用于对机械设备复合故障动态演 变历程进行仿真的“故障Petri网”，解决了“并发故障”、“劣化竞争”和“一因多 果”等问题，并给出故障Petri网的时间特性分析算法，用于单机具体工况下的剩 余寿命预测。实例证明，本文提出的方法能够较好地模拟机械设备复合故障的动态 演变历程，能够实现单机具体工况下的剩余寿命预测目的。