PHM（Prognostic and Health Management ）故障預(yù)測(cè)與健康管理

PHM前幾年還是學(xué)術(shù)上的名詞，現(xiàn)在越發(fā)成為企業(yè)至關(guān)重要的產(chǎn)品力之一。這背后主要的推動(dòng)力來(lái)自于業(yè)主。在軌道交通行業(yè)，最大的業(yè)主便是中國(guó)鐵路總公司。當(dāng)前鐵總面臨一個(gè)很現(xiàn)實(shí)的問(wèn)題，高鐵面臨大修期，按照以前的做法是，到期便換，這造成了鐵總很大的經(jīng)濟(jì)投入，但鐵總卻又無(wú)可奈何，因?yàn)橐坏┎粨Q，萬(wàn)一車輛設(shè)備發(fā)生故障，將可能帶來(lái)不可想象的行車事故。同時(shí)，這對(duì)于設(shè)備廠家來(lái)講，是一件很好的事，因?yàn)閾Q就意味著賣出更多的產(chǎn)品，取得更多的收入。如今，鐵總要求PHM技術(shù)在廠家全面推廣，從而達(dá)到保障安全同時(shí)減少投入的目的。而我覺(jué)得這是軌道交通行業(yè)由粗放向精細(xì)化發(fā)展的一個(gè)很重要的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，說(shuō)白了，變天了，以后企業(yè)不發(fā)展自己的PHM能力將不再允許你參與招投標(biāo)，你的產(chǎn)品將無(wú)人采用，落伍的企業(yè)很快就會(huì)走向滅亡，市場(chǎng)份額會(huì)由其他能力更強(qiáng)的企業(yè)所取代。而在更廣闊的、更有想象力的國(guó)際市場(chǎng)，目前很多業(yè)主采用的是包修的辦法，即采購(gòu)你的機(jī)車車輛同時(shí)每年花一定數(shù)額的錢讓你對(duì)機(jī)車車輛進(jìn)行維修保養(yǎng)，擁有PHM能力將會(huì)讓企業(yè)在國(guó)際市場(chǎng)面對(duì)這種訂單，通過(guò)狀態(tài)修這種精細(xì)化管理獲得更多的收入。

從我最近的一些親身體會(huì)來(lái)講，設(shè)備廠商很重視這個(gè)事，但同時(shí)也很迷茫，因?yàn)檫@是一個(gè)全新的領(lǐng)域，特別是里面對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、利用模型算法進(jìn)行分析，這是傳統(tǒng)的設(shè)備廠商所不了解的。迷茫有如下幾點(diǎn)，第一，PHM準(zhǔn)不準(zhǔn)？第二，PHM怎么結(jié)合自身特點(diǎn)搞起來(lái)。第三，缺乏PHM人才。第四，你想來(lái)合作，你靠譜嗎？

PHM是一門學(xué)科，而且是一門新興學(xué)科，去年在軌交領(lǐng)域漸露頭角。PHM模型有三種路徑，一種是專家系統(tǒng)，一種是基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，一種是基于模型驅(qū)動(dòng)。個(gè)人認(rèn)為比較合理的是基于數(shù)據(jù)和模型的雙驅(qū)動(dòng)。因?yàn)閷＜抑R(shí)更善于做定性處理，很難做定量處理，但是在實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境中，復(fù)雜系統(tǒng)往往采集的數(shù)據(jù)是巨大的，簡(jiǎn)單的專家系統(tǒng)作用有限。單純的基于模型驅(qū)動(dòng)，受限于廠家不可能對(duì)于被測(cè)系統(tǒng)有著完全透徹的理解，存在部分黑盒的情況，這個(gè)時(shí)候，就需要數(shù)據(jù)來(lái)驅(qū)動(dòng)。單純的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，面對(duì)數(shù)量眾多的數(shù)據(jù)，你很難做到有的放矢，大部分的工作將是盲目的，低效率的。而面對(duì)模型、數(shù)據(jù)雙驅(qū)動(dòng)，能夠彌補(bǔ)彼此的缺點(diǎn)。什么是基于模型和數(shù)據(jù)的雙驅(qū)動(dòng)呢？

首先我們需要建立一個(gè)非常逼真的模型，然后通過(guò)在系統(tǒng)的模型上進(jìn)行測(cè)試和實(shí)驗(yàn)，用最少的花費(fèi)來(lái)獲得相對(duì)直觀有效的數(shù)據(jù)，而這個(gè)模型通常由業(yè)務(wù)領(lǐng)域?qū)＜液徒９こ處焷?lái)建立，這樣有利于我們后面對(duì)真實(shí)系統(tǒng)有針對(duì)性布置傳感器，采集有效數(shù)據(jù)，然后我們通過(guò)在真實(shí)系統(tǒng)上采集真實(shí)數(shù)據(jù)，反過(guò)來(lái)對(duì)模型進(jìn)行標(biāo)定，在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中，往往有的部分你無(wú)法建立準(zhǔn)確的模型，這個(gè)時(shí)候只能是用真實(shí)的數(shù)據(jù)通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)算法（工業(yè)里機(jī)器學(xué)習(xí)算法應(yīng)用更廣）來(lái)進(jìn)行判斷。通過(guò)對(duì)于相關(guān)物理量的采集，數(shù)據(jù)預(yù)處理，分為訓(xùn)練集、驗(yàn)證集、測(cè)試集，然后訓(xùn)練集數(shù)據(jù)導(dǎo)入算法里對(duì)算法進(jìn)行訓(xùn)練，通過(guò)驗(yàn)證集進(jìn)行調(diào)參，測(cè)試集進(jìn)行驗(yàn)證，最后比較不同算法的準(zhǔn)確性，確定有效的算法模型。

整個(gè)過(guò)程對(duì)于技術(shù)團(tuán)隊(duì)的要求顯然更高了，因?yàn)槊鎸?duì)復(fù)雜系統(tǒng)PHM，需要機(jī)械、信號(hào)處理、數(shù)據(jù)挖掘、建模、算法、可靠性等多方面的工程師一起來(lái)協(xié)同工作，這樣才能保證我們最終PHM項(xiàng)目的成功，光請(qǐng)這些高智商的理工男工資就很可觀，更不要說(shuō)相關(guān)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)的多年積累，所以一般的小公司PHM玩不轉(zhuǎn)。而傳統(tǒng)的軌交設(shè)備廠商，在招收數(shù)據(jù)挖掘、算法方面的工程師的時(shí)候，講真，是有很大困難的，因?yàn)楦咝＠锵嚓P(guān)專業(yè)設(shè)立時(shí)間很短，工程師沒(méi)有批量進(jìn)入市場(chǎng)，這導(dǎo)致即使在大城市要想找相關(guān)的工程師也需要花費(fèi)巨大，很多三四線城市更是人才奇缺。不過(guò)，這些也都算是一項(xiàng)新學(xué)科、新技術(shù)發(fā)展初期的特征吧。