计划外停机、故障、维护和部件更换是任何工厂或设施运行、效率和经济的关键因素。大约20%到40%的整体运营成本是由于维护行动，这可能是一笔相当可观的钱。改进维护策略、防止故障和避免不必要的部件更换的一个关键因素是能够预测机械及其关键部件的剩余使用寿命(RUL)。
RUL预测具有挑战性和难度，就像任何科学/工程的未来预测分支(如天气预报)都可能容易出错和具有挑战性一样。剩余寿命的估计通常被认为是一个理论课题，涉及广泛的数学公式和数值模拟。本文讨论了预测泵及其关键部件剩余寿命的实用指南。BETVICTOR体育官网
计划外停机和定期维护
计划关闭的成本很高，应该在安全可靠的情况下尽可能推迟。大修之间的时间间隔应该很长。计划外停机成本高且麻烦，应该避免。
RUL预测是避免计划外停机和延迟计划维护或部件/泵更换的重要步骤。这种预测可以对生产的整体运行、可靠性、安全性和经济性产生积极影响。这种能力可以降低操作成本，提高可用性，优化部件更换操作或大修之间的操作时间间隔。根据这些预测及时采取维护措施有助于避免灾难性故障或不必要的维修/部件更换。
预后和剩余寿命
预测是一门专注于预测RUL的工程学科。预测是对设备和机器未来状况的认识。预后通常通过传感器信号监测进行，与诊断和病情监测密切相关。预后的最终结果是剩余/手术寿命的知识。
充分了解泵及其关键部件的失效模式，对于估算它们的剩余寿命至关重要。除非了解退化/磨损机制，否则就无法实现可靠的状态监测和剩余寿命估计。
许多工厂的不足之处在于泵(和其他机械)的状态监测数据没有转化为增强的故障诊断、良好的检测/识别、预后和剩余寿命/运行数据。BETVICTOR体育官网在每个工厂或设施中都存储了大量的状态监测数据(振动、性能监测、油液分析等)，但没有分析来发现变化的速度、诊断或预后。
多个/独立监测
RUL估计通常取决于监测传感器的准确性和监测数据的融合。剩余寿命的预测与使用多个独立传感器(监测方法)的状态监测和数据收集密切相关，如振动监测、润滑油分析、磨损碎片监测、声发射(AE)监测等。
单一的状态监测方法可能会产生误导。然而，如果多种独立的监测方法显示出相似的结果并得出相似的预测，那么这样的寿命预测就更可靠。换句话说，预后与多个传感器的使用、监测和数据融合有关。数据研究的自动化方面与数字信号处理和机器学习技术有关。
退化、磨损和损伤阶段
如果泵及其关键部件、装配或安装出现严重问题，例如密封选择或安装错误，通常会在启动或运行的前几周出现。如果泵在保修期内(例如12个月或18个月)成功运行，那么退化、磨损和损坏机制将是可能故障的最可能原因。在许多退化、磨损和损伤机制中，在初始非线性阶段之后，磨损发展有两个阶段:
- 线性相位，速率几乎恒定。
- 一个短的，非线性的终端阶段，其中磨损/损坏率呈指数增长。这是即将失败的明确迹象。
过渡和变化速率
通常会有从“正常操作”到“有缺陷操作”以及最终失败的微妙转变(过渡)。在这方面，变化的速率或速度很重要。被监视或测量的参数可以分为:
- 缓慢变化的参数
- 快速变化参数
一个关键因素是参数(如振动、通过密封泄漏的流体、油参数、扬程下降或流量下降)从基线到报警设定值(或其他定义的限制)的变化速度。评估参数从正常值到定义限值的变化速度是很重要的。这个变化率通常比正常/基线或极限更重要。
通常在退化或发展损伤(或非线性终端退化/损伤)的情况下，变化相对较快。在正常和缓慢磨损/退化(或线性低速磨损/退化)的情况下，变化的速度通常相对较慢。
数据驱动的寿命预测方法
已经提出了各种数据驱动方法来预测退化泵或退化泵部件的RUL(故障前剩余时间)。当不知道退化过程的明确模型时，数据驱动的方法是有意义的。它们是基于对一个或多个类似泵(或类似部件)的退化/磨损过程的观察，并且通常对未来的退化路径进行回归，直到满足预定义的故障标准。BETVICTOR体育官网这是基于对退化泵/部件剩余寿命的预测，并根据过去类似泵/部件故障所经历的一组参考退化轨迹来提供预测的可信度。
应用这组方法的两个关键要素是:
- 期望的相似性解释有多强?
- 对参考退化轨迹的信任程度是多少?
在数据驱动的方法中，有两个主要的子类别:
- 基于退化(基于磨损)的方法。这些方法模拟了退化/磨损的演变过程。这些统计模型从观察到的退化/磨损状态的时间序列中学习退化演化(磨损，损伤等)。然后将预测的退化/磨损状态与失效准则进行比较。
- 直接寿命预测方法。这些方法直接预测了RUL。这些典型的人工智能(AI)技术直接映射可观测参数与剩余寿命之间的关系，而不需要预测退化/磨损状态演变到失效阈值。
基于退化的预测结果比直接的剩余寿命预测结果更有信息量和透明度，因为它不仅提供了当前RUL的预测，而且提供了整个退化轨迹的预测。
然而，基于退化的预测需要确定退化指标和确定失效阈值，这在实践中可能很困难，特别是在退化轨迹很少或不规则的情况下，可能会引入进一步的不确定性和误差来源。
挑战和不确定性
在估算泵的剩余寿命时，应考虑由一系列因素引起的退化、磨损和损坏过BETVICTOR体育官网程的可变性所带来的内在不确定性，例如，不可预见的未来负荷、运行设置、外部条件等。
不确定性的主要来源是泵未来退化/磨损动态的随机性。这种随机性源于参数的变化，如扬程、流量、负荷、温度或突然故障的出现。
另一个挑战是缺乏有关泵的RUL以及相关磨损、退化和故障的典型信息。BETVICTOR体育官网实际的故障历史很难获得。在实验室中精确地复制这些事件本质上是不够的，往往昂贵、困难和耗时。
为了绕过这些问题，可以提出模拟方法。这种模拟的框架应该基于现实生活中的实验。然而，与此相关的还有许多挑战、困难和不准确。
有许多磨损、退化和损伤机制-如疲劳、腐蚀、侵蚀、蠕变和裂纹发展-作用于每个部件或组件，其中一些相互作用。许多退化和磨损过程是非线性的，取决于许多因素、参数和条件。每个泵都有许多部件和项目。它们也可以相互作用。由于泵的复杂性和运行环境的复杂性，很难建立一套可靠的剩余寿命估算流程。所有这些都可能使问题进一步复杂化。
可以对相同的泵进行比较。BETVICTOR体育官网然而，挑战依然存在。两个相同的泵在相同的服务中可BETVICTOR体育官网能不会经历相同的退化和磨损路径。
考虑到运行历史，这两台所谓的相同泵到目前为止并没有经历相同的退化和磨损路径，未来也不会继续遵循相同的路径。BETVICTOR体育官网
一般来说，当前、过去和未来的退化/磨损都存在不确定性。考虑到这些困难、模糊和错误，不确定性管理成为剩余寿命预测的一项基本任务。