一种基于耦合函数的机队维护数字孪生诊断和预测方法、设备和存储介质

本发明属于结构寿命预测、设备运行维护领域，尤其涉及一种基于耦合函数的机队维护数字孪生诊断和预测方法、设备和存储介质。

背景技术：

1、在航空和机械结构中，循环载荷引起的关键部件疲劳裂纹的萌生和扩展，导致结构失效并影响结构完整性。为了应对这一挑战，人们陆续采用了从安全寿命、破损安全到损坏容限等多种方法。基于这些方法，传统的机队管理采用统一的管理方式来保障结构完整性，即每架飞机使用相同的检查和维护计划，而很少考虑每架飞机之间的差异。

2、自1970年代以来，单机追踪(iat)技术被广泛使用。这项技术通过考虑载荷和服役历史的差异以跟踪每架飞机的损坏状态。这允许为每架飞机制定单独的检查和维护计划，但该方法仍然是确定性的。2010年起，在单机追踪的基础上，飞机结构数字孪生通过创建系统的多物理、多尺度和概率性虚拟仿真模型来提升结构损伤诊断和预测水平。该模型集成了来自模型和数据的多个异构和不确定的信息源，以支持机队维护的主动决策。

3、粒子滤波(pf)已广泛用于航空和机械结构数字孪生的损伤诊断和预测，因为它能够模拟包含认识和随机不确定性的非高斯非线性过程。粒子滤波使用一组随机样本来近似的表示状态和参数的概率分布，并通过状态空间模型对动态系统中状态和参数的变化进行建模。通过样本均值代替积分运算，可以获得系统状态的最小方差估计。在粒子滤波中，通过简单裂纹的分析或经验公式，或复杂裂纹的降阶模型实时预测裂纹扩展，并基于对裂纹的直接检查或使用结构健康监测技术(如光纤布拉格光栅或兰姆波)得到观测模型。预测模型和观测模型的融合可以实现对结构裂纹损伤烟花过程的诊断和预测。

4、然而，目前基于粒子滤波的数字孪生方法主要侧重于机队内个体级别的诊断和预测，而很少关注机队的整体联系。机队中由于任务和环境的相似性，各个结构之间的损伤状态也是存在相关性的，这提供了可供利用的宝贵信息。而这在传统的面向个体的粒子滤波中是未考虑的。虽然可以使用粒子滤波对多个结构进行直接建模，但这是一个高维问题，需要大量粒子，因此难以应用于实际。为了有效地考虑机队内结构之间的相关性并提升整体机队诊断和预测精度，需要开发一种高效的替代方法。

技术实现思路

1、本发明提出了一种基于耦合函数的方法来处理基于机队维护数字孪生的诊断和预测问题。耦合函数通过耦合多个变量各自一维边缘分布的依赖结构，从而对其联合多元分布进行建模。本发明创新性地利用耦合函数来对机队内多个结构之间损伤状态的依赖性进行建模，以获得用于机队协同更新的近似联合概率分布，并将其部署为一个基于耦合函数的更新步集成到粒子过滤中，从而允许基于对单个结构的观察来更新机队中的所有结构，从而提高机队内结构损伤的整体预测精度并降低过程中的不确定性。本发明可以集成到机队维护数字孪生中，可以在不增加成本的情况下提高整体机队运营的安全性，或者在保持安全要求的同时有效降低运维成本。

技术特征：

1.一种基于耦合函数的机队维护数字孪生诊断和预测方法，其特征在于，包括以下步骤，

2.根据权利要求1所述的一种基于耦合函数的机队维护数字孪生诊断和预测方法，其特征在于，步骤1包括，

3.根据权利要求1所述的一种基于耦合函数的机队维护数字孪生诊断和预测方法，其特征在于，步骤2包括，在机队内每个结构上获取使用载荷以及结构外载荷，从而作为结构数字孪生模型的输入。

4.根据权利要求1所述的一种基于耦合函数的机队维护数字孪生诊断和预测方法，其特征在于，步骤3的具体实现方法为，

5.根据权利要求4所述的一种基于耦合函数的机队维护数字孪生诊断和预测方法，其特征在于，步骤4包括，

6.根据权利要求5所述的一种基于耦合函数的机队维护数字孪生诊断和预测方法，其特征在于，步骤5的具体实现方法如下，

7.根据权利要求6所述的一种基于耦合函数的机队维护数字孪生诊断和预测方法，其特征在于，步骤5还包括以下步骤，

8.根据权利要求1所述的一种基于耦合函数的机队维护数字孪生诊断和预测方法，其特征在于，

9.根据权利要求1所述的一种基于耦合函数的机队维护数字孪生诊断和预测方法，其特征在于，步骤7包括，

10.一种电子设备，其特征在于包括：处理器；存储器；以及程序，其中所述程序被存储在所述存储器中，并且被配置成由处理器执行，所述程序包括用于执行权利要求1-9任意一项所述的方法。

11.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行如权利要求1-9任意一项所述的方法。

技术总结
本发明提供一种基于耦合函数的机队维护数字孪生诊断和预测方法、设备以及存储介质。首先利用耦合函数对机队内多个结构之间损伤状态的依赖性进行建模，以获得用于机队协同更新的近似联合概率分布，并将其部署为一个基于耦合函数的更新步集成到粒子滤波框架中，从而允许基于对单个结构的观察来更新机队中的所有结构，从而提高机队内结构损伤的整体预测精度并降低过程中的不确定性。本发明涉及一种电子设备和存储介质，用于执行基于耦合函数的方法来处理基于机队维护数字孪生的诊断和预测方法。本发明可以集成到机队维护数字孪生中，可以在不增加成本的情况下提高整体机队运营的安全性，或者在保持安全要求的同时有效降低运维成本。

技术研发人员：董雷霆,周轩,代定强
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14