工業(yè)互聯(lián)網與phm課件

1、工業(yè)互聯(lián)網與高端裝備健康管理,201804,參考書目,目錄,工業(yè)互聯(lián)網的前世今生什么是工業(yè)互聯(lián)網？工業(yè)互聯(lián)網有何特點？工業(yè)互聯(lián)網解決什么問題？工業(yè)互聯(lián)網的核心技術及架構工業(yè)互聯(lián)網核心技術工業(yè)互聯(lián)網架構工業(yè)互聯(lián)網的應用場景及典型案例應用場景典型案例高端裝備的健康管理健康管理定義健康管理的關鍵技術工業(yè)互聯(lián)網的機遇與挑戰(zhàn)機遇挑戰(zhàn),什么是工業(yè)互聯(lián)網？,工業(yè)互聯(lián)網是基于工業(yè)數據，運用大數據技術，貫穿于工業(yè)生產的設計、

2、工藝、生產、管理、服務等全生命周期，使工業(yè)系統(tǒng)具備描述、診斷、預測、決策、控制等智能化功能的模式和結果。,回顧工業(yè)發(fā)展歷史,1860年代-19世紀中,19世紀中-20世紀初,20世紀四五十年代-現(xiàn)在,現(xiàn)在-未來,工業(yè)1.0機械化,工業(yè)2.0電氣化與自動化,工業(yè)3.0信息化與數字化,工業(yè)4.0智能化與物聯(lián)網,信息化時代的發(fā)展歷程,大數據發(fā)展歷程,工業(yè)互聯(lián)網的誕生,工業(yè)4.0的基礎架構,企業(yè)運營層,基礎平臺,設備連接層,工業(yè)2025

3、的內涵,一個網絡，二個主題，三個集成,CPS網絡,,智慧工廠與智能生產,,,智能生產系統(tǒng),實時感知,優(yōu)化決策,動態(tài)執(zhí)行,三個集成,工業(yè)4.0四化特征,工業(yè)互聯(lián)網的特點,數據來源,工業(yè)互聯(lián)網全景視圖,大數據解決什么問題？,大數據如何解決問題？,發(fā)現(xiàn)工業(yè)生產中的質量缺陷，設備故障，銷售下滑等,從5M要素獲取數據，通過建模發(fā)現(xiàn)數據中有價值的信息，提出解決方案,新的解決方案應用指導工業(yè)生產，形成新的生產力,目錄,工業(yè)互聯(lián)網的前世今生什么

4、是工業(yè)互聯(lián)網？工業(yè)互聯(lián)網有何特點？工業(yè)互聯(lián)網解決什么問題？工業(yè)互聯(lián)網的核心技術及架構工業(yè)互聯(lián)網核心技術工業(yè)互聯(lián)網架構工業(yè)互聯(lián)網的應用場景及典型案例應用場景典型案例高端裝備的健康管理健康管理定義健康管理的關鍵技術工業(yè)互聯(lián)網的機遇與挑戰(zhàn)機遇挑戰(zhàn),工業(yè)互聯(lián)網技術架構,九大支柱技術,云計算技術,工業(yè)物聯(lián)網,人工智能-圖靈測試,虛擬現(xiàn)實,工業(yè)網絡安全,3D打印,知識工作流自動化,工業(yè)機器人,大數據技術,目錄,工業(yè)互聯(lián)網

5、的前世今生什么是工業(yè)互聯(lián)網？工業(yè)互聯(lián)網有何特點？工業(yè)互聯(lián)網解決什么問題？工業(yè)互聯(lián)網的核心技術及架構工業(yè)互聯(lián)網核心技術工業(yè)互聯(lián)網架構工業(yè)互聯(lián)網的應用場景及典型案例應用場景典型案例高端裝備的健康管理健康管理定義健康管理的關鍵技術工業(yè)互聯(lián)網的機遇與挑戰(zhàn)機遇挑戰(zhàn),工業(yè)互聯(lián)網應用場景,案例1：海爾數字化網絡化生產線,圍繞用戶價值，實現(xiàn)全流程端對端互聯(lián)，對家電制造業(yè)進行水平整合和垂直整合，打造冰箱、空調、洗衣機等家電互

6、聯(lián)型智能工廠三層互聯(lián)：用戶、企業(yè)和資源連接實現(xiàn)內外互聯(lián)、信息互聯(lián)、虛實互聯(lián)三個轉變：內部評價=》用戶評價；采購零件=》模塊供貨方參與設計的模塊采購；各方博弈關系=》價值共同體共創(chuàng)共享海爾洗衣機互聯(lián)工廠在50萬用戶參與交互中，從79個模塊方案中確定2個最佳組合投產。設計的水晶滾筒洗衣機能耗比歐洲A+++標準節(jié)能40%2013～2014年，海爾累計裁掉2.6萬名員工，2014年海爾銷售收入增長11%，利潤增長39%。2015年初海爾

7、家電出口逆勢增29%,案例2：空氣壓縮機喘振預測分析,案例3：工廠機器人健康預測分析,案例四：服裝定制制造業(yè)典范(紅領),2014年，以零庫存實現(xiàn)150%的業(yè)績增長大規(guī)模定制生產，每天能設計、生產2000種不同的個性化定制產品公司核心競爭力是一套大數據信息系統(tǒng)，任何一項數據的變動能驅動其余9000多項數據的同步變動10年時間自主研發(fā)由不同體型身材尺寸集合而成的大數據處理系統(tǒng)2014年5月 CCTV 新聞聯(lián)播 3分鐘報道；張、馬參

8、觀后震驚,目錄,工業(yè)互聯(lián)網的前世今生什么是工業(yè)互聯(lián)網？工業(yè)互聯(lián)網有何特點？工業(yè)互聯(lián)網解決什么問題？工業(yè)互聯(lián)網的核心技術及架構工業(yè)互聯(lián)網核心技術工業(yè)互聯(lián)網架構工業(yè)互聯(lián)網的應用場景及典型案例應用場景典型案例高端裝備的健康管理健康管理定義健康管理的關鍵技術工業(yè)互聯(lián)網的機遇與挑戰(zhàn)機遇挑戰(zhàn),健康管理（PHM）定義,故障預測與健康管理（PHM）技術作為實現(xiàn)武器裝備基于狀態(tài)的維修（CBM）、自主式保障、感知與響應后勤等新

9、思想、新方案的關鍵技術，受到美英等軍事強國的高度重視和推廣應用。包括兩層含義，一是故障預測，即預先診斷部件或系統(tǒng)完成其功能的狀態(tài)，確定部件正常工作的時間長度；二是健康管理，即根據診斷/預測信息、可用資源和使用需求對維修活動做出適當決策的能力。,PHM與醫(yī)學類比,醫(yī)學 工程 疾病診斷 故障診斷

10、通過觀測、化驗和醫(yī)療儀器, 通過傳感器、信號處理和檢測儀 結論由醫(yī)生給出 結論由診斷軟件給出 多科會診 綜合診斷 多科醫(yī)生一同診斷當前疾病 運用多種診斷技術診斷當前故障 疾病預防與保健

11、 故障預測與健康管理 體檢、疾病預測、保健體系 健康監(jiān)測、高級故障診斷、故障/壽命預測 (健康、亞健康、疾病、壽命預測） (健康、亞健康、故障、部件壽命預測）,PHM技術發(fā)展階段,發(fā)展階段：,應用層次：,部件級,,分系統(tǒng)級,,系統(tǒng)集成（區(qū)域管理器）,PHP出現(xiàn)的技術基礎,需求牽引：系統(tǒng)復雜性、信息化和綜合化程度大幅度提高 裝備維修保障工作

12、重點已由傳統(tǒng)的以機械修復為主，逐步轉變?yōu)橐孕畔⒌墨@取、處理和傳輸并做出維修決策為主。以往的事后維修和定期維修已經無法很好地滿足現(xiàn)代戰(zhàn)爭和武器裝備對裝備保障的要求，在這種情況下，美軍20世紀90年代末引入民用領域的CBM, 作為一項戰(zhàn)略性的裝備保障策略，其目的是對裝備狀態(tài)進行實時的或近實時的監(jiān)控，根據裝備的實際狀態(tài)確定最佳維修時機，以提高裝備的可用度和任務可靠性。 技術推動：大數據技術、高速傳輸和處理、信息融合、MEMS、網絡等信息技術

13、和高新技術的迅速發(fā)展。契機：美軍重大項目F-35聯(lián)合攻擊機（JSF）項目的啟動。,健康診斷與故障預測流程,PHM的主要技術組成,PHP系統(tǒng)技術特征,通過測試和計算關鍵部件的剩余壽命來主動地監(jiān)視系統(tǒng)的健康狀態(tài)健康信息用于優(yōu)化維修活動及后勤保障最好PHM系統(tǒng)勿需增加傳感器,從已有的傳感器獲取健康信息基本方法是將傳感器測到的對象系統(tǒng)的響應與該系統(tǒng)模型的響應做比較使用老化模型計算關鍵部件的剩余壽命用理論推導方法或對特定部分做磨損試驗

14、得到老化模型,故障診斷與預測技術,基于數學模型的故障檢測與診斷方法特點是必須將故障數學模型化，有時建立模型很困難不依賴實例和經驗，適用于新的沒有成熟經驗的診斷基于參數估計的故障檢測與診斷方法特點是須先確定一個信任域，當參數超出域時認為故障適用于故障能由參數的顯著變化來描述的診斷基于信號處理的故障檢測與診斷方法通過對檢測信號的分析處理，利用特征信號對故障進行識別和診斷。典型方法：小波變換、模態(tài)分解等基于知識的故障檢測與診斷

15、方法不需精確的數學模型，能模擬人的思維過程，具有自學習、自組織、自推理能力,故障診斷與預測技術,基于實例的故障檢測與診斷方法是一種使用過去的經驗實例指導解決新問題的方法優(yōu)點是不需從實例中提取規(guī)則，求解快；不足是能搜集的實例是有限的，求解時可能出現(xiàn)誤診或漏診基于模糊理論的故障檢測與診斷方法征兆的描述、故障與征兆的關系往往具有模糊特性，模糊語言變量能更準確地表示這種模糊性的征兆和故障問題在于知識獲取困難：如何確定故障與征兆間的模

16、糊規(guī)則；如何實現(xiàn)模糊語言變量與隸屬度間的推理轉換基于神經網絡的故障檢測與診斷方法利用神經網絡的聯(lián)想、推理和記憶能力進行知識處理適用于復雜多模式的診斷，有離線和在線診斷兩種方式,機器學習在PHM中應用,故障診斷智能化水平與系統(tǒng)的機器學習能力密切相關，機器學習技術是提高智能故障診斷能力主要途徑：知識獲取技術深淺知識集成表示方法規(guī)則更新方法4機器學習策略,機器學習-知識獲取技術,知識獲取是構造智能診斷系統(tǒng)的一個“瓶頸”問題傳統(tǒng)

17、的知識獲取方法：通過知識工程師獲取知識通過知識編輯器獲取知識通過學習程序獲取知識復雜設備的智能故障診斷系統(tǒng)，知識獲取方法：從文本文獻資料直接獲取知識專家與診斷系統(tǒng)交互獲取知識從經驗或現(xiàn)有知識中學習獲取知識,機器學習-深淺知識集成表示,一般說來，淺知識（人類專家的經驗知識）的知識表達直觀、形式統(tǒng)一、模塊性強、推理速度快，但對于復雜過程，很難完整地表示診斷對象的領域知識，此時只有使用深知識（診斷對象的模型、原理知識）進行診斷，

18、因此必須將深淺知識結合起來。深淺知識的集成表示模型——樹形知識結構從縱向看，每種設備、部件和零件都具有一定的繼承性從橫向看，體現(xiàn)了同層相關的屬性易于用面向對象的方法實現(xiàn)，易于實現(xiàn)知識管理和維護,機器學習-規(guī)則更新方法,故障診斷智能化水平與系統(tǒng)的機器學習能力密切相關，系統(tǒng)運行過程中，規(guī)則集通常需要不斷更新新模式或已有模式的新成員確定數據庫中規(guī)則更新的評價函數和屬性統(tǒng)計方法粗糙集理論是一種處理模糊和不精確信息的新方法——基于粗

19、糙集理論的規(guī)則更新方法,機器學習-3種學習策略,53,簡單學習：文獻、專家和資料所描述的關于診斷對象的結構、功能、運行約束條件等知識，機械學習機制為主；主要用于元知識學習階段,機器學習策略結構圖,交互學習：知識工程師或診斷對象處理過的知識，講授學習機制為主；主要用于領域知識學習和知識庫豐富階段獨立學習：推理策略面對的新知識，歸納學習機制為主；主要用于診斷能力改善階段,機遇與挑戰(zhàn),挑戰(zhàn)：工業(yè)網絡的安全問題，數據隱私及安全