系统工程与电子技术 ›› 2022, Vol. 44 ›› Issue (3): 1052-1059.doi: 10.12305/j.issn.1001-506X.2022.03.39

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基于LSTM分类器的航空发动机预测性维护模型

蔺瑞管, 王华伟*, 车畅畅, 倪晓梅, 熊明兰   

  1. 南京航空航天大学民航学院, 江苏 南京 210016
  • 收稿日期:2021-02-17 出版日期:2022-03-01 发布日期:2022-03-10
  • 通讯作者: 王华伟
  • 作者简介:蔺瑞管(1993—), 男, 博士研究生, 主要研究方向为航空器可靠性|王华伟(1974—), 女, 教授, 博士, 主要研究方向为航空器可靠性工程、航空器安全性分析技术|车畅畅(1994—), 男, 博士研究生, 主要研究方向为航空器可靠性|倪晓梅(1992—), 女, 博士研究生, 主要研究方向为适航管理|熊明兰(1997—), 女, 博士研究生, 主要研究方向为适航管理
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(U1833110)

Predictive maintenance model of aeroengine based on LSTM classifier

Ruiguan LIN, Huawei WANG*, Changchang CHE, Xiaomei NI, Minglan XIONG   

  1. School of Civil Aviation, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, China
  • Received:2021-02-17 Online:2022-03-01 Published:2022-03-10
  • Contact: Huawei WANG

摘要:

利用传感器数据进行预测性维护是航空发动机故障预测与健康管理(prognostic and health management, PHM)的关键问题。针对发动机剩余寿命预测准确性低的问题, 提出基于长短期记忆网络(long short-term memory network, LSTM)分类器的预测性维护模型。LSTM分类器通过门控单元对长时间序列信息进行充分筛选, 并将有效信息用于时间序列预测。首先, 采用滑动时间窗口制备训练样本。其次, 将预处理后的样本输入LSTM, 预测设备在特定时间窗口内的失效概率。然后, 通过调整窗口大小, 得到最优性能的二分类模型, 以更好地适应预测维护需求。最后, 利用美国航空航天局C-MAPSS数据集验证了该模型的有效性, 相比于已有分类方法, 其在剩余使用寿命分类方面更加准确。

关键词: 故障预测与健康管理, 预测性维护, 长短期记忆网络, 时间窗, 二分类

Abstract:

Predictive maintenance using sensor data is a key issue in aeroengine prognostic and health management (PHM). Aiming at the problem of low accuracy of remaining useful life prediction of aeroengine, a predictive maintenance model based on long short-term memory network (LSTM) classifier is proposed. The LSTM classifier fully screens the long time sequence information through the gating unit, and uses the effective information for time sequence prediction. Firstly, a sliding time window is used to prepare training samples. Secondly, the pre-processed samples are input into the LSTM to predict the failure probability of the equipment in a specific time window. Then, by adjusting the window size, a two-class model with the best performance is obtained to better adapt to predictive maintenance requirements. Finally, the National Aeronautics and Space Administration C-MAPSS data set is used to verify the effectiveness of the model. Compared with the existing classification methods, the proposed model is more accurate in rumaining useful life classification.

Key words: prognostic and health management (PHM), predictive maintenance, long short-term memory network (LSTM), time window, binary classification

中图分类号: