專利名稱：一種遠(yuǎn)程協(xié)同診斷的現(xiàn)場信息預(yù)處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適用于復(fù)雜裝備遠(yuǎn)程協(xié)同診斷前端的現(xiàn)場信息智能處理技術(shù)，具體涉及一種遠(yuǎn)程協(xié)同診斷的現(xiàn)場信息預(yù)處理方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，伴隨微納技術(shù)、極端和精密制造等的發(fā)展，裝備結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，規(guī)模越來越龐大，多學(xué)科集成、多場藕合、機(jī)電一體化及多廠商協(xié)同制造的程度越來越高；相應(yīng)地，裝備故障診斷也更為復(fù)雜。對于這些復(fù)雜裝備，故障和特征之間往往是復(fù)雜的非線性、非結(jié)構(gòu)化關(guān)系。通常，故障傳播途徑眾多且會(huì)發(fā)生并發(fā)傳播、鏈?zhǔn)椒磻?yīng)及相互影響。由此，單一功能的監(jiān)測與診斷方法以及單純依靠現(xiàn)場使用者準(zhǔn)確診斷出裝備的各種故障并進(jìn)行維護(hù)，已變得越來越困難，必須充分利用各種檢測儀器、手段和多種診斷方法，開展協(xié)同化診斷，以通過多源互補(bǔ)、信息融合和博弈決策等減小故障診斷的不確定性。遠(yuǎn)程協(xié)同故障診斷(RemoteCooperative Fault Diagnosis, RCFD)是基于信息化和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，為與某復(fù)雜診斷任務(wù)關(guān)聯(lián)的多個(gè)診斷專家提供一個(gè)開放協(xié)同診斷環(huán)境并跟蹤診斷過程，最后對診斷結(jié)果進(jìn)行綜合，實(shí)現(xiàn)快速有效診斷和維護(hù)的模式。但是，由于異地， RCFD中心對裝備現(xiàn)場健康狀況信息認(rèn)知不完全；困擾遠(yuǎn)程診斷的安全性、傳輸速度(實(shí)時(shí)性)、遠(yuǎn)程診斷執(zhí)行復(fù)雜、傳輸效率問題亟需且正在解決。目前對現(xiàn)場龐大監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析處理一般都在RCFD中心完成，而隨著嵌入式系統(tǒng)和單機(jī)計(jì)算能力的增強(qiáng)，以及一些智能信息處理技術(shù)的成熟，現(xiàn)場監(jiān)測信息是可以且應(yīng)該進(jìn)行一定程度的預(yù)處理，這既是現(xiàn)實(shí)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男枰b備智能化和特殊環(huán)境裝備的需要，也是e-維護(hù)和揮發(fā)性故障的現(xiàn)場監(jiān)測的需要。所以，現(xiàn)場信息預(yù)處理已經(jīng)弓I起了一定關(guān)注。(1)很多裝備都不同程度的采用了自診斷系統(tǒng)及嵌入式信息處理系統(tǒng)。BENTLY公司的在線設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)DM2000通過網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換 (NetDDE)向遠(yuǎn)程終端發(fā)送設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。NI公司也在其LabView中新增了因特網(wǎng)模塊，可以通過WWW、Email、FTP方式發(fā)送測試數(shù)據(jù)。美國QSI公司的基于1553總線系統(tǒng)的遠(yuǎn)程診斷服務(wù)器(RDS)可執(zhí)行實(shí)時(shí)性要求高、信息豐富的關(guān)鍵系統(tǒng)遠(yuǎn)程健康監(jiān)控。西安交通大學(xué)在對大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷多年研究基礎(chǔ)上，較早地開展了基于網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測與故障診斷的研究，研制了大型回轉(zhuǎn)機(jī)械在線監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)。華中科技大學(xué)與香港城市大學(xué)合作，提出了一種基于Web使能虛擬儀器與迷你服務(wù)器的遠(yuǎn)程傳感、診斷與協(xié)同維護(hù)架構(gòu)，在“華中數(shù)控遠(yuǎn)程技術(shù)支持與服務(wù)系統(tǒng)”項(xiàng)目中研究了嵌入式診斷智能體和數(shù)字化遠(yuǎn)程服務(wù)平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)方案和有關(guān)技術(shù)。美國GE公司運(yùn)用時(shí)變存儲(chǔ)與變化監(jiān)測存儲(chǔ)保證傳感器信號存儲(chǔ)的精確性和有效性，并由現(xiàn)場監(jiān)測器完成對異?，F(xiàn)象的檢測并產(chǎn)生故障監(jiān)測數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)程診斷中心通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析實(shí)施遠(yuǎn)程故障診斷。(2)美國威斯康星大學(xué)IMS中心的Jay Lee指出由于監(jiān)測數(shù)據(jù)量龐大、實(shí)時(shí)性強(qiáng)， 難以利用網(wǎng)絡(luò)直接即時(shí)傳輸，需要對原始數(shù)據(jù)在現(xiàn)場進(jìn)行預(yù)處理后再遠(yuǎn)程傳輸；此外，裝備現(xiàn)場還需積極配合、遠(yuǎn)程協(xié)同地開展故障診斷和健康維護(hù)。IMS中心開發(fā)的Watchdog Agent是一個(gè)嵌入式的基于多源信號的性能評估和預(yù)測方法工具箱。但是它沒有信息提取功能， 且自診斷功能過強(qiáng)，其關(guān)注的是全面性，在目前應(yīng)用場合應(yīng)會(huì)受到一些限制。更合適的方式應(yīng)是將多個(gè)信息處理技術(shù)以模塊或agent形式放在RCFD中心，然后有針對性的下傳給現(xiàn)場各種合適信息處理技術(shù)。通過現(xiàn)狀分析，我們認(rèn)為在裝備工作現(xiàn)場和RCFD中心間的異地信息傳輸仍然存在一些不可回避的問題。在現(xiàn)場(1)要實(shí)現(xiàn)裝備健康狀況信息在現(xiàn)場總線網(wǎng)、局域網(wǎng)等異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)之間的異地傳輸和共享，需要通過網(wǎng)關(guān)軟件來進(jìn)行信息集成，但信息集成還沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，僅通用的現(xiàn)場總線就有近10種，造成網(wǎng)關(guān)軟件設(shè)計(jì)比較困難。(2)裝備的實(shí)時(shí)采樣信息量通常十分巨大，不加任何處理直接通過網(wǎng)絡(luò)傳輸較困難或傳輸效率較低。(3) 一些裝備的現(xiàn)場自診斷系統(tǒng)只能提供粗略的故障報(bào)警提示信息，缺乏綜合故障機(jī)理研究，而且它們大都沒有裝備健康狀況預(yù)測功能，或僅是簡單預(yù)測。在RCFD中心(1) 一方面，RCFD中心要面對多個(gè)遠(yuǎn)程監(jiān)測點(diǎn)的大量實(shí)時(shí)傳感數(shù)據(jù)， 而且這些數(shù)據(jù)形式不統(tǒng)一；另一方面，RCFD中心不但要執(zhí)行監(jiān)測、診斷、維修、售后服務(wù)、報(bào)表分析等多個(gè)任務(wù)，而且要面對多個(gè)診斷資源和多個(gè)用戶。這些使得RCFD中心有時(shí)無暇顧及針對某裝備健康狀況信息的及時(shí)專門處理，進(jìn)而延誤診斷進(jìn)程。(2)由于當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)默F(xiàn)實(shí)狀況，網(wǎng)絡(luò)阻塞、信息丟失情況在某些時(shí)刻很嚴(yán)重，導(dǎo)致RCFD中心接收到的信息的實(shí)時(shí)性較差。以2003年發(fā)射的火星探測機(jī)器人“機(jī)遇號”為例，其著陸點(diǎn)距地球大約200000 千米的直線距離，即使以光速向地面?zhèn)魉托畔?，也?1分鐘左右的時(shí)延存在?？梢?，遠(yuǎn)程診斷很難完全替代現(xiàn)場診斷，而應(yīng)是二者的集成。即最好在裝備工作的現(xiàn)場就對裝備健康狀況信息進(jìn)行一定程度上的處理，然后再有目的、有效率的進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸，由異地診斷資源根據(jù)這些信息進(jìn)行診斷。這就需要對裝備進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測，并在裝備可能或已經(jīng)出現(xiàn)故障的時(shí)間段內(nèi)，運(yùn)用小波分析、頻譜分析等信息處理技術(shù)，以及信息挖掘等手段，對裝備健康狀況信息進(jìn)行預(yù)先處理，然后上傳給RCFD中心，要求遠(yuǎn)程協(xié)同故障診斷。隨著嵌入式微型互聯(lián)技術(shù)、嵌入式多任務(wù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)等S0C(SyStemS on Chip)或 NoC(Networks on Chip)技術(shù)以及一些智能信息處理技術(shù)的成熟，已經(jīng)具備了現(xiàn)場信息預(yù)處理的一些條件。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種遠(yuǎn)程協(xié)同診斷的現(xiàn)場信息預(yù)處理方法，運(yùn)用現(xiàn)場信息預(yù)處理技術(shù)，根據(jù)裝備實(shí)際健康狀況，對裝備現(xiàn)場原始數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮和提取，為遠(yuǎn)程協(xié)同故障診斷提供準(zhǔn)確、高效的現(xiàn)場信息。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種遠(yuǎn)程協(xié)同診斷的現(xiàn)場信息預(yù)處理方法，包括對裝備工作狀態(tài)信息、控制信息、故障診斷信息、工作記錄信息以及工作環(huán)境信息進(jìn)行采集的信息采集步驟；根據(jù)采集信息以對裝備未來某一時(shí)間段的健康狀況進(jìn)行預(yù)估并對狀態(tài)監(jiān)測的重點(diǎn)監(jiān)測點(diǎn)和監(jiān)測頻次相應(yīng)做出提前調(diào)整的健康狀況預(yù)測步驟；依據(jù)現(xiàn)場信息預(yù)處理控制的指令，對重點(diǎn)監(jiān)測點(diǎn)的相關(guān)時(shí)段信息進(jìn)行挖掘，若有故障征兆，利用粗集技術(shù)對故障征兆信息表進(jìn)行約簡，實(shí)現(xiàn)自診斷系統(tǒng)診斷規(guī)則提??；而對一般正常工況信息依據(jù)一定標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)有效信息提取的深層信息處理步驟，所述標(biāo)準(zhǔn)是依據(jù)采樣周期和信號變化特點(diǎn)，人為設(shè)定閾值，當(dāng)該信號的變化率大于閾值時(shí)，記錄下該信號的采樣值，否則忽略；以及，將現(xiàn)場信息預(yù)處理結(jié)果上傳給遠(yuǎn)程協(xié)同故障診斷中心的遠(yuǎn)程信息傳輸步驟。所述信息采集步驟中，工作狀態(tài)信息包括濃度、壓力、流量、溫度、液位、力矩、負(fù)載、轉(zhuǎn)速、振動(dòng)以及噪聲等；控制信息包括裝備的控制器對各執(zhí)行器件發(fā)出的控制或設(shè)置命令；故障診斷信息包括故障征兆、自診斷系統(tǒng)的故障代碼；工作記錄信息包括裝備關(guān)鍵部件總工作時(shí)間以及總運(yùn)行次數(shù)；工作環(huán)境信息包括地理位置、環(huán)境溫度、濕度以及風(fēng)速等。所述健康狀況預(yù)測步驟中包括離線健康狀況預(yù)測技術(shù)和在線健康狀況預(yù)測技術(shù)， 離線健康狀況預(yù)測技術(shù)以概率統(tǒng)計(jì)為手段實(shí)現(xiàn)工況預(yù)測，在包括運(yùn)行數(shù)據(jù)及其它歷史信息在內(nèi)的裝備健康狀況信息樣本充分即大樣本的情況下使用；在線健康狀況預(yù)測技術(shù)采用支持向量機(jī)回歸預(yù)測技術(shù)進(jìn)行工況預(yù)測，在裝備的信息樣本較少即小樣本的情況下使用。在以概率統(tǒng)計(jì)為手段實(shí)現(xiàn)工況預(yù)測時(shí)，裝備正常運(yùn)行時(shí)間Ttl = GtciInaci)1氣則重點(diǎn)監(jiān)測時(shí)刻即最佳預(yù)防維修周期T = ItciTp/[(m-l)Tf] }1/m，其中m為形狀參數(shù)，、為尺度參
數(shù)，詢法
權(quán)利要求
1.一種遠(yuǎn)程協(xié)同診斷的現(xiàn)場信息預(yù)處理方法，其特征在于，包括對裝備工作狀態(tài)信息、控制信息、故障診斷信息、工作記錄信息以及工作環(huán)境信息進(jìn)行采集的信息采集步驟；根據(jù)采集信息以對裝備未來某一時(shí)間段的健康狀況進(jìn)行預(yù)估并對狀態(tài)監(jiān)測的重點(diǎn)監(jiān)測點(diǎn)和監(jiān)測頻次相應(yīng)做出提前調(diào)整的健康狀況預(yù)測步驟；依據(jù)現(xiàn)場信息預(yù)處理控制的指令，對重點(diǎn)監(jiān)測點(diǎn)的相關(guān)時(shí)段信息進(jìn)行挖掘，若有故障征兆，利用粗集技術(shù)對故障征兆信息表進(jìn)行約簡，實(shí)現(xiàn)自診斷系統(tǒng)診斷規(guī)則提??；而對正常工況信息依據(jù)一定標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)有效信息提取的深層信息處理步驟，所述標(biāo)準(zhǔn)是依據(jù)采樣周期和信號變化特點(diǎn)，人為設(shè)定閾值，當(dāng)該信號的變化率大于閾值時(shí)，記錄下該信號的采樣值， 否則忽略； 以及，將現(xiàn)場信息預(yù)處理結(jié)果上傳給遠(yuǎn)程協(xié)同故障診斷中心的遠(yuǎn)程信息傳輸步驟。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的遠(yuǎn)程協(xié)同診斷的現(xiàn)場信息預(yù)處理方法，其特征在于，所述信息采集步驟中，工作狀態(tài)信息包括濃度、壓力、流量、溫度、液位、力矩、負(fù)載、轉(zhuǎn)速、振動(dòng)以及噪聲；控制信息包括裝備的控制器對各執(zhí)行器件發(fā)出的控制或設(shè)置命令；故障診斷信息包括故障征兆、自診斷系統(tǒng)的故障代碼；工作記錄信息包括裝備關(guān)鍵部件總工作時(shí)間以及總運(yùn)行次數(shù)；工作環(huán)境信息包括地理位置、環(huán)境溫度、濕度以及風(fēng)速。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的遠(yuǎn)程協(xié)同診斷的現(xiàn)場信息預(yù)處理方法，其特征在于，所述健康狀況預(yù)測步驟中包括離線健康狀況預(yù)測技術(shù)和在線健康狀況預(yù)測技術(shù)，離線健康狀況預(yù)測技術(shù)以概率統(tǒng)計(jì)為手段實(shí)現(xiàn)工況預(yù)測，在線健康狀況預(yù)測技術(shù)采用支持向量機(jī)回歸預(yù)測技術(shù)進(jìn)行工況預(yù)測。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的遠(yuǎn)程協(xié)同診斷的現(xiàn)場信息預(yù)處理方法，其特征在于，在以概率統(tǒng)計(jì)為手段實(shí)現(xiàn)工況預(yù)測時(shí)，裝備正常運(yùn)行時(shí)間Ttl = GtciInaci)1氣則重點(diǎn)監(jiān)測時(shí)刻即最佳預(yù)防維修周期T= {WTOn-DTj}1氣其中m為形狀參數(shù)，、為尺度參數(shù)，
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的遠(yuǎn)程協(xié)同診斷的現(xiàn)場信息預(yù)處理方法，其特征在于，在采用支持向量機(jī)回歸預(yù)測技術(shù)進(jìn)行工況預(yù)測時(shí)，基于動(dòng)態(tài)變化的時(shí)序樣本序列，構(gòu)造一個(gè)可自動(dòng)調(diào)整核參數(shù)的在線支持向量機(jī)回歸預(yù)測模型及其算法，假設(shè)有1個(gè)支持向量機(jī)回歸預(yù)測模型的初始訓(xùn)練樣本，即裝備健康狀況信息樣本，則對于任一個(gè)Hilbert空間H的正交集{FJ，i = 1，2，. . .，1 (1-1)/2，如果有向量θ e H，貝Ij有
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的遠(yuǎn)程協(xié)同診斷的現(xiàn)場信息預(yù)處理方法，其特征在于，所述深層信息處理步驟中，采用粗集技術(shù)，(1)在裝備產(chǎn)生故障征兆時(shí)，基于該征兆，對裝備的自診斷系統(tǒng)的診斷規(guī)則進(jìn)行提取， 并將該診斷規(guī)則提供給信息預(yù)處理控制單元，供其參考；(2)在裝備正常運(yùn)行期間，對裝備的健康狀況信息進(jìn)行約簡，僅關(guān)注能夠反映裝備健康狀況變化的信息；然后，將深層信息處理后的裝備健康狀況信息上傳給遠(yuǎn)程協(xié)同故障診斷中心。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的遠(yuǎn)程協(xié)同診斷的現(xiàn)場信息預(yù)處理方法，其特征在于，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，對裝備健康狀況信息利用粗集技術(shù)進(jìn)行約簡處理，進(jìn)而建立診斷規(guī)則，再進(jìn)行自診斷，所述診斷規(guī)則為根據(jù)某一診斷規(guī)則IV當(dāng)某些條件屬性值滿足一定要求時(shí)，對應(yīng)的決策屬性值即可確定；即I^desC(Xi) desD(Yj)其中，& Π Yj不為空，k為規(guī)則編號，Xi為U/C中的各個(gè)等價(jià)類，desc(Xi)表示對等價(jià)類\的描述，Yj為U/D中的各個(gè)等價(jià)類，desD(Yj)表示對等價(jià)類Yj的描述，C是條件屬性， D是決策屬性，論域U是被研究對象的集合。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的遠(yuǎn)程協(xié)同診斷的現(xiàn)場信息預(yù)處理方法，其特征在于，當(dāng)出現(xiàn)復(fù)雜故障時(shí)，依據(jù)診斷規(guī)則和出現(xiàn)異常數(shù)值的條件屬性，將相關(guān)的屬性和其對應(yīng)的故障模式以故障信息傳輸表的形式上傳給遠(yuǎn)程協(xié)同故障診斷中心，由遠(yuǎn)程協(xié)同故障診斷中心和遠(yuǎn)程診斷資源協(xié)作會(huì)診，決定出真正的故障原因，所述復(fù)雜故障是指裝備自診斷系統(tǒng)無法自行診斷解決的故障。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的遠(yuǎn)程協(xié)同診斷的現(xiàn)場信息預(yù)處理方法，其特征在于，當(dāng)正常工況時(shí)，對裝備健康狀況信息利用粗集技術(shù)進(jìn)行約簡處理，優(yōu)化并上傳合理的工況信息，該方法為針對通過現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備獲取的時(shí)域數(shù)據(jù)表，采取添加決策屬性D和定義一個(gè)約簡標(biāo)準(zhǔn)的方法進(jìn)行約簡處理。
全文摘要
一種遠(yuǎn)程協(xié)同診斷的現(xiàn)場信息預(yù)處理方法，包括對工作狀態(tài)信息、控制信息、故障診斷信息、工作記錄信息以及工作環(huán)境信息進(jìn)行采集的信息采集步驟；根據(jù)采集信息對裝備未來某一時(shí)間段的健康狀況進(jìn)行預(yù)估并對狀態(tài)監(jiān)測的重點(diǎn)監(jiān)測點(diǎn)和監(jiān)測頻次相應(yīng)做出提前調(diào)整的健康狀況預(yù)測步驟；對重點(diǎn)監(jiān)測點(diǎn)的相關(guān)時(shí)段故障征兆信息進(jìn)行挖掘，而對一般健康狀況信息依據(jù)一定標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)有效信息提取的深層信息處理步驟；以及預(yù)處理結(jié)果上傳的遠(yuǎn)程信息傳輸步驟；本發(fā)明根據(jù)裝備實(shí)際健康狀況，對裝備現(xiàn)場原始數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮和提取，將裝備健康狀況信息進(jìn)行合理的表達(dá)，轉(zhuǎn)換成專家系統(tǒng)或其它決策系統(tǒng)所需的知識(shí)表示的方式。
文檔編號G08C19/00GK102520697SQ20111043527
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月16日
發(fā)明者劉建輝 申請人:西安建筑科技大學(xué)