剩余使用壽命（下文稱 RUL）指在機(jī)器維修或更換前的運(yùn)行時長。借助 RUL，工程師可以安排維護(hù)時間、優(yōu)化運(yùn)行效率并避免計劃外停機(jī)。因此，預(yù)測 RUL 是預(yù)測性維護(hù)計劃中的首要任務(wù)。

RUL 預(yù)測模型不僅可預(yù)測 RUL，還可提供預(yù)測的置信界限。該模型的輸入項是狀態(tài)指標(biāo)，即從傳感器數(shù)據(jù)或日志數(shù)據(jù)提取的特征。其行為隨著系統(tǒng)退化或運(yùn)行模式的變化而改變，這種改變是可預(yù)測的。

RUL 的計算方法取決于可用數(shù)據(jù)的類型：

壽命數(shù)據(jù)，用于指示相似機(jī)器運(yùn)行至發(fā)生故障所用的時長

相似機(jī)器的運(yùn)行至故障的歷史數(shù)據(jù)

檢測故障所用狀態(tài)指標(biāo)的已知閾值

Predictive Maintenance Toolbox提供的模型可基于每類數(shù)據(jù)類型對 RUL 進(jìn)行評估。

使用壽命數(shù)據(jù)

比例風(fēng)險模型和組件故障時間的概率分布用于根據(jù)壽命數(shù)據(jù)評估 RUL。舉一個簡單的例子，我們可以根據(jù)過往充電次數(shù)及協(xié)變量評估電池的放電時間，其中協(xié)變量指電池運(yùn)行環(huán)境（如溫度）和電池負(fù)載等變量。

生存函數(shù)圖（圖 1）顯示了電池在不同運(yùn)行時長出現(xiàn)故障的概率。如圖所示，如果電池運(yùn)行了 75 個周期，則其達(dá)到使用壽命的概率為 90%。

圖 1. 生存函數(shù)圖。在運(yùn)行 75 個周期后，電池能夠繼續(xù)運(yùn)行的概率為 0.1 或 10%。

運(yùn)行至故障的數(shù)據(jù)

如果您有一個包含設(shè)備運(yùn)行至故障的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫，并且該數(shù)據(jù)來自相似組件或行為方式相似的不同組件，則您可以使用相似方法評估 RUL。這些方法會獲取退化曲線并將其與來自機(jī)器的新數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，以確定新數(shù)據(jù)最接近哪種曲線。

在圖 2 中，藍(lán)色表示發(fā)動機(jī)運(yùn)行至故障的歷史數(shù)據(jù)集的退化曲線，黃色表示發(fā)動機(jī)的當(dāng)前數(shù)據(jù)。根據(jù)發(fā)動機(jī)最匹配的曲線，預(yù)計 RUL 約為65 個周期。

圖 2. 基于運(yùn)行至故障的數(shù)據(jù)的退化曲線（藍(lán)色）。最接近的藍(lán)色曲線的星標(biāo)（或端點(diǎn)）分布指出 RUL 為 65 個周期。

閾值數(shù)據(jù)

通常，運(yùn)行至故障數(shù)據(jù)或壽命數(shù)據(jù)沒有被記錄，但具有關(guān)于閾值參考信息。例如，水泵中液體的溫度不能超過 160oF (71oC)，壓力必須低于 2200 psi (155 bar)。通過這些信息，您可以將時序模型與提取自傳感器數(shù)據(jù)（如隨時間上下波動的溫度和壓力等）的狀態(tài)指標(biāo)進(jìn)行擬合。

這些退化模型通過預(yù)測狀態(tài)指標(biāo)超出閾值的時間評估 RUL。它們還可以與融合指標(biāo)結(jié)合使用，后者使用主成分分析等技術(shù)融入來自多個狀態(tài)指標(biāo)的信息。

圖 3 顯示跟蹤風(fēng)力渦輪機(jī)中所用高速軸承故障的指數(shù)退化模型。藍(lán)色顯示狀態(tài)指標(biāo)。該退化模型預(yù)測軸承將在約 9.5 天后超出閾值。紅色陰影部分代表此預(yù)測的置信界限。

圖 3. 高速軸承的退化模型?；谳S承的當(dāng)前狀態(tài)數(shù)據(jù)（藍(lán)色）和與此數(shù)據(jù)擬合的指數(shù)退化模型（紅色），該軸承預(yù)計的 RUL 為 9.5 天。

對 RUL 進(jìn)行可靠評估后，您可以將這些評估值集成到儀表盤中，或整合到維護(hù)團(tuán)隊監(jiān)控的警報系統(tǒng)中。隨后，各團(tuán)隊可以快速響應(yīng)設(shè)備運(yùn)行狀況的改變，避免影響設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。