具体描述
《单机寿命监控技术指南》共9章，介绍了单机寿命监控管理的方法与实施技术。书中以当前应用最为广泛、技术相对成熟的基于栽荷（应变）的单机寿命监控管理方法为主体，在阐明国外广泛采用的基于关键部位的应力、应变疲劳单机寿命监控技术的同时，结合我国国情提出了针对飞机结构整体的基于当量损伤的单机寿命监控技术，给出了单机监控疲劳分散系数和基于单机寿命管理的单机结构延寿技术方面的研究成果，同时针对现有条件下起落架与相关结构和座舱盖单机监控的工程方法，以及保证结构完好率为目标的飞机结构寿命管理技术，介绍了初步研究成果，并概述了作为发展方向的结构健康监测技术的现状。
《单机寿命监控技术指南》适合飞机设计和使用部门的工程技术人员及管理人员阅读，也可作为高等院校相关专业的师生参考书。
机械健康监测与预测性维护的深度实践 一本面向工程技术人员和工业管理者，聚焦于提升设备可靠性、优化维护策略的权威指南。 --- 内容概述：超越表面的运行数据，探究设备衰退的内在机理 本书深入探讨了现代工业环境中，机械设备（如大型旋转机械、关键传动系统、复杂加工中心等）从投入使用到最终失效的全生命周期管理挑战。它摒弃了传统的、基于时间或运行小时数的预防性维护模式，转而推崇一种基于实时状态评估和故障预测的先进方法论。 全书结构清晰，分为七个核心部分，层层递进，从理论基础到实际部署，为读者提供了一套完整的实施蓝图。 第一部分：工业物联网（IIoT）基础与数据采集的革命 本部分是构建现代监测系统的基石。它详细阐述了在严苛工业环境下，如何部署可靠、高带宽的数据采集网络。 1. 传感器技术前沿： 非接触式测量技术的应用： 重点介绍激光测振仪、热成像仪在监测高速轴承和精密对中中的精度提升。 高频信号的智能拾取： 探讨压电式加速度计、应变计的选型、安装规范，以及如何避免“伪信号”干扰。 嵌入式边缘计算单元（Edge Computing）： 分析小型化、低功耗处理器如何在现场完成初步数据清洗、特征提取和异常值过滤，减轻云端或中心服务器的负担。 2. 通讯协议与网络架构： 深入对比分析 OPC UA, MQTT, Time-Sensitive Networking (TSN) 在工业控制系统（ICS）中的适用场景、延迟特性和安全性考量。 讲解如何构建分层级的、具有冗余备份的数据传输架构，确保关键健康指标（KPIs）的实时性与可靠性。 第二部分：信号处理与特征工程的艺术 原始振动、温度、电流数据往往噪声多、维度高。本部分专注于如何从“数据海洋”中提炼出能够指示设备健康状态的有效“特征”。 1. 时域、频域与时频分析的精妙结合： FFT（快速傅里叶变换）的局限与超越： 探讨在非平稳信号（如启动、停机、负载突变）中，使用短时傅里叶变换（STFT）和小波变换（Wavelet Transform）的优势。 包络解调技术： 详细解析滚动轴承和齿轮箱故障识别的关键技术——包络谱分析，包括滤波器的设计与参数选择。 高分辨率谱分析（HRSA）： 介绍更高精度的频谱分析方法，以区分频率相近的故障模式。 2. 经典与现代特征提取： 除了传统的RMS（均方根值）、峰值因子、峭度（Kurtosis）外，本书重点介绍了基于信息论的特征（如熵值、互信息）在早期微弱故障识别中的应用。 第三部分：设备退化模型与故障诊断学 理解设备“为什么”会坏，是实现精确预测的前提。本部分构建了从早期磨损到灾难性失效的物理模型。 1. 退化路径建模： 介绍基于威布尔分布（Weibull Distribution）的寿命概率分析，以及如何根据历史数据校准“特征-寿命”关系曲线。 物理模型耦合： 探讨如何将疲劳损伤累积模型（如Miner法则）与实时采集的应力或振动能量进行耦合，提高寿命预测的物理合理性。 2. 故障模式识别的层级结构： 基于专家系统的决策树： 构建用于常见故障（如轴承内圈、外圈、游隙过大）的诊断流程图。 多传感器信息融合（MSIF）： 讲解如何使用贝叶斯网络或证据理论（Dempster-Shafer Theory）综合判断温度异常、振动升高和润滑剂污染这三种相互印证的信号。 第四部分：预测性维护（PdM）的核心：剩余使用寿命（RUL）估算 这是全书最实用的技术核心，涉及从“知道设备有问题”到“知道它还能用多久”的跨越。 1. 基于数据驱动的RUL预测： 时间序列预测模型： 详细解析长短期记忆网络（LSTM）和门控循环单元（GRU）在处理非线性、长期依赖的设备退化序列时的结构优化与训练技巧。 概率预测方法： 介绍卡尔曼滤波（Kalman Filter）及其扩展版本（EKF, UKF）在状态空间模型中对未来状态（如裂纹扩展速度）进行最优估计的应用。 2. 不确定性量化： 强调预测结果并非一个单一的数字，而是概率区间。讲解如何使用蒙特卡洛模拟来量化模型不确定性、传感器噪声和操作变量波动对最终RUL估计的影响，为维护决策提供风险边界。 第五部分：从诊断到维护决策的闭环优化 预测的价值在于指导行动。本部分关注如何将技术输出转化为经济效益。 1. 维护策略的经济性分析： 成本模型构建： 详细分解停机损失成本、紧急维修溢价、库存持有成本与计划性维修成本。 优化阈值设定： 介绍如何根据设备的临界性（Criticality）和维护资源约束，动态调整触发预警和停机维护的健康指数阈值。 2. 维护工单的自动化集成： 讨论如何设计API接口，将RUL预测结果无缝对接至企业资产管理系统（EAM/CMMS），实现从预警生成到备件采购、维修人员调配的全流程自动化触发。 第六部分：系统实施、验证与挑战 理论付诸实践，需要面对真实的工程难题。 1. 系统验证与基线建立： 讲解如何利用“黄金标准”数据进行模型回溯验证，并强调在系统部署初期建立“正常运行基线”数据采集规范的重要性。 2. 应对数据稀疏性与故障多样性： 针对许多关键设备“不常坏”的特点，探讨迁移学习（Transfer Learning）在利用相似设备数据训练初始模型中的应用，以及如何通过数据增强技术（Data Augmentation）平衡正负样本。 第七部分：前沿趋势与未来展望 聚焦于下一代监测技术的发展方向，为读者指明持续学习的路径。 数字孪生（Digital Twin）的深度融合： 如何将物理模型的仿真与实时监测数据相结合，实现对设备内部状态的“透视”能力。 自主学习系统： 探讨强化学习在自主调整控制参数、优化维护排程中的潜在角色。 --- 目标读者群： 设备维护工程师、可靠性专家、工厂自动化工程师、工业数据科学家、资产管理决策者。 本书旨在成为一本实操性极强的工具书，它不仅教授读者如何“看懂”复杂的监测图表，更关键的是，教会读者如何基于这些洞察，制定出能够显著降低非计划停机时间、延长设备有效寿命的、具有明确投资回报率（ROI）的维护决策。 掌握本书内容，意味着从被动维修转向主动掌控设备的未来健康。
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目录信息
术语符号第1章 绪论 1.1 单机寿命监控的意义与技术途径 1.1.1 飞机(结构)的使用寿命 1.1.2 飞机(结构)寿命可靠性管理 1.1.3 单机寿命监控的意义 1.1.4 单机寿命监控的技术途径 1.2 飞机结构基准使用寿命评定概述 1.2.1 相关概念 1.2.2 飞机结构基准使用寿命评定的主要技术途径 1.3 国外单机寿命监控技术发展与寿命管理隋况综述 1.3.1 监控技术的发展 1.3.2 美国海军飞机与空军飞机的寿命管理方法 1.3.3 加拿大飞机的寿命管理方法 1.3.4 英国空军飞机的寿命管理与监控 1.3.5 荷兰飞机的寿命管理与监控 1.3.6 德国军用飞机的寿命管理与监控 1.3.7 其他国家飞机的寿命管理与监控 参考文献第2章 飞参数据处理技术 2.1 引言 2.2 飞参记录系统的构成、分类及发展历程 2.2.1 飞参记录系统的构成和分类 2.2.2 飞参记录系统发展历程 2.3 飞参数据处理方法 2.3.1 某型飞机飞参记录系统介绍 2.3.2 监控参数的选取 2.3.3 监控参数伪数据的去除 2.3.4 监控参数采样率的处理 2.3.5 飞行时间的计算 2.3.6 载荷数据有效峰谷点的获取 2.3.7 当量过载与外挂重量 2.4 单机飞参数据处理结果 参考文献第3章 单机结构疲劳分散系数研究 3.1 引言 3.2 概念与定义 3.2.1 疲劳分散系数的概念 3.2.2 相关规范关于疲劳分散系数的规定 3.2.3 机群定寿的疲劳分散系数 3.2.4 单机监控的疲劳分散系数 3.3 各国关于军用飞机结构疲劳分散系数的规定与分析 3.3.1 分散系数的计算公式 3.3.2 对数寿命标准差的选取 3.3.3 各国规范关于耐久性(疲劳)试验分散系数的规定 3.4 载荷历程差异性对应的疲劳分散系数研究 3.4.1 某型飞机载荷历程差异性对应的疲劳分散系数研究 3.4.2 国外有关载荷历程差异性对应疲劳分散系数的研究结论 3.4.3 载荷差异性对应的疲劳分散系数取值的初步结论 3.4.4 载荷差异性对应疲劳分散系数取值的验证 3.5 单机结构疲劳分散系数的选取 3.5.1 单机监控飞机疲劳分散系数选取技术研究的目的及意义 3.5.2 单机结构疲劳分散系数选取的技术途径 3.5.3 对单机结构疲劳分散系数选取的建议 3.6 单机寿命分散系数在单机寿命监控中的应用 参考文献第4章 基子当量损伤的单机寿命监控技术 4.1 引言 4.2 技术途径 4.3 当量损伤的概念及计算方法 4.3.1 当量损伤的定义及一般公式 4.3.2 当量损伤的计算方法 4.3.3 损伤指数的选取技术 4.4 单机当量损伤计算 4.4.1 以一次飞行为基本单元的当量损伤计算 4.4.2 以单机过载谱为基本单元的当量损伤计算 4.5 监控控制参数 4.6 基于当量损伤的单机寿命监控技术的适用范围 4.6.1 适用条件 4.6.2 应变疲劳问题的影响 4.7 基于当量损伤的单机寿命监控技术试验验证 4.8 示例 参考文献第5章 基于关键部位损伤的单机寿命监控技术 5.1 引言 5.2 技术途径 5.3 关键部位单机应力谱 5.3.1 由飞参数据确定关键部位单机应力谱 5.3.2 由应变数据确定单机关键部位应力谱 5.4 单机指定使用区间的疲劳损伤率 5.4.1 用于疲劳损伤率计算的疲劳分析方法 5.4.2 以基准谱下关键部位寿命结论为依据计算疲劳损伤率 5.5 单机已飞历程导致关键部位的疲劳寿命消耗 5.6 单机结构关键部位的剩余寿命 参考文献第6章 起落架与相关结构及座舱盖的单机寿命监控 6.1 起落架与相关结构单机寿命监控 6.1.1 引言 6.1.2 起落架与相关结构单机寿命监控方法 6.1.3 基于重量参数的起落架与相关结构单机寿命监控工程方法 6.1.4 起落架单机寿命监控示例 6.2 座舱盖单机寿命监控 6.2.1 引言 6.2.2 座舱盖单机寿命监控方法 6.2.3 座舱盖单机寿命监控示例 参考文献第7章 基子单机寿命监控与管理的单机结构延寿技术 7.1 概述 7.1.1 飞机结构疲劳延寿的意义 7.1.2 单机寿命监控与管理对结构疲劳延寿的主要作用 7.1.3 基于单机寿命监控与管理对结构疲劳延寿的前提条件 7.1.4 基于单机寿命监控与管理的飞机结构疲劳延寿和含义与主要内容 7.2 达到机群基准使用寿命的单机结构疲劳延寿技术途径 7.2.1 以机群基准使用寿命为基础的单机结构疲劳延寿技术途径 7.2.2 引入单机分散系数延寿的技术途径 7.3 达到单机寿命结论后的进一步延寿 7.3.1 前言 7.3.2 进一步延寿的前提条件 7.3.3 基于损伤容限技术的安全裂纹扩展周期进一步延寿 7.3.4 基于经济修理的进一步延寿 7.3.5 机疲劳延寿结论 参考文献第8章 单机寿命管理关键技术 8.1 引言 8.2 单机寿命管理体系的建立 8.3 单机寿命管理的目标、控制参数和标准 8.3.1 管理目标 8.3.2 控制参数及意义说明 8.3.3 控制标准 8.4 维修计划调整技术 8.4.1 实际使用情况偏重时的调整 8.4.2 实际使用情况偏轻时的调整 8.4.3 实际与基准使用情况大致相当时的调整 8.5 单机寿命管理的实施程序 8.5.1 日常监控工作 8.5.2 定期监控工作 8.6 某型飞机单机寿命监控管理实例 8.7 单机延长大修间隔与总寿命对应的专检 8.7.1 专检的目的与要求 8.7.2 专检大纲的制定 8.8 单机寿命管理中结构与机载设备的匹配使用 8.8.1 机载设备寿命的分类和寿命指标确定原则 8.8.2 重新确定现役飞机机载设备寿命指标的一般方法 8.8.3 机载设备寿命的管理方法 8.8.4 基于机体延寿和单机寿命监控需求的机载设备延寿方法 8.9 以保证机队结构完好率为目标的飞机结构寿命管理技术研究 8.9.1 意义与重要性 8.9.2 主要内容与技术途径 8.9.3 机队装备结构完好率定义与评估准则 8.9.4 机队装备结构完好率评估模型 8.9.5 管理的原则与方法 8.9.6 示例 参考文献第9章 飞机结构健康监测技术 9.1 结构健康监测的意义与分类 9.1.1 结构健康监测的意义 9.1.2 结构健康监测的概念与任劣 9.1.3 结构健康监测的主要技术分类 9.2 结构健康监测的国内外研究概况 9.2.1 结构健康监测研究现状 9.2.2 结构健康监测发展趋势 9.3 结构健康监测技术及应用 9.3.1 应力—应变法 9.3.2 直接监测法 9.3.3 间接监测法 9.3.4 结构健康监测实例参考文献
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