一种用于复杂装备故障诊断的智能判据挖掘系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于复杂装备故障诊断的智能判据挖掘系统，包含测试数据管理模块、数据健康状态筛选模块、数据清洗模块、判据挖掘模块、判据管理模块、人机交互模块；测试数据管理模块对测试数据统一管理；数据健康状态筛选模块根据测试数据状态标签对数据进行筛选以供后级模块数据抽取；数据清洗模块对测试数据进行预处理；判据挖掘模块挖掘目标判据；判据管理模块检验挖掘判据并对已知判据统一管理；人机交互模块对整个判据挖掘过程进行控制；本发明专利技术能够挖掘用于故障诊断的参数包络或阈值型时序判据，支持多测试数据序列的时间维度误差校准，支持挖掘判据的平滑降噪处理，支持挖掘判据的有效性检验，判据挖掘过程可控可视化、人机交互友好。

【技术实现步骤摘要】
一种用于复杂装备故障诊断的智能判据挖掘系统
本专利技术涉及复杂装备故障诊断
，具体涉及一种用于复杂装备故障诊断的智能判据挖掘系统。
技术介绍
在现代化工业中，复杂装备的作用愈显重要。为减少装备故障产生的对生产效能、工作效率的影响，同时降低维修费用，得益于装备故障诊断技术发展的基于状态的设备维修方式开始得到应用。当前装备故障诊断技术可以分为基于模型的诊断和基于数据的诊断两个大类。基于数据的装备故障诊断技术又有诸多分支，其中从时间维度直接对数据序列进行异常征兆提取是最为重要、应用最为广泛的技术。技术中，在判断测试数据正常与否，或提取某测试参数的异常特征点时，在工程实践中，常用的特征提取方法包括包络分析和阈值分析，它们是数据异常特征提取中经典实用的方法，其他特征提取方法在此基础上改进。注意到，上述诊断方法的实施紧密联系诊断判据，在当前的工程实践中，包络和阈值分析的判据则主要通过专家经验或系统仿真得到。然而专家经验存在人为误差，系统仿真存在建模误差，因此专家经验和系统仿真得到的包络均不能反应系统测试数据的真实特征。如何克服诊断中由判据带入的人为误差、建模误差，设计一套能够通过对大量测试数据的分析，提取出真实反应装备本身特性的参数包络或阈值判据系统是现有技术需要解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术技术解决问题：针对复杂装备基于数据的故障诊断实施的需求，设计解决智能判据挖掘的问题，提供一种用于复杂装备故障诊断的智能判据挖掘系统。本系统主要解决的问题有：以装备大量的测量数据为基础，挖掘提取能够真实反应装备或部件本身特性的参数包络或阈值判据。本专利技术采用的技术方案为：一种用于复杂装备故障诊断的智能判据挖掘系统，包括测试数据管理模块、数据健康状态筛选模块、数据清洗模块、判据挖掘模块、判据管理模块和人机交互模块；其中，测试数据管理模块，由存储有测试数据的数据库组成，支持测试数据的批量导入，统一管理，并向数据健康状态筛选模块传送数据；数据健康状态筛选模块，对测试数据管理模块送入的测试数据状态标签进行筛选，筛选查询的功能调用所封装接口，依赖MySQL数据库的查询筛选功能引擎实现，筛选后的数据送入数据清洗模块；数据清洗模块，对数据健康状态筛选模块送入的测试数据，根据控制选择的预处理需要进行包括毛刺剔除、缺省值填补等的预处理，预处理后将干净数据送入判据挖掘模块；判据挖掘模块，完成从数据清洗模块送入的干净数据中挖掘出目标判据的功能，并将所挖掘的目标判据送入判据管理模块；判据管理模块，由存储有判据的数据库和结果反馈子模块组成，对判据挖掘模块送入的所挖掘目标判据进行有效性检验，并将通过有效性检验的判据存入判据库，对已有判据统一管理；人机交互模块，进行可视化测试数据与判据，实时显示系统任务进程，同时用户通过该模块实时控制系统判据挖掘的过程。所述判据挖掘模块包括序列校准子模块、挖掘核心子模块和数据平滑子模块，完成从干净数据中挖掘出目标判据的功能；序列校准子模块，对送入判据挖掘模块的测试数据，采用时间序列对齐的方法，完成数据序列在时间维度上的校准对齐，方法包括但不仅限于对待计算的多测试数据序列，以其中之一作为基准，滑动余下序列，采用距离最小化的算法确定基准下该些数据序列的时间对齐状态，并将对齐后的多数据序列送入挖掘核心子模块；挖掘核心子模块，对来自于序列校准子模块的对齐后的多数据序列，采用基于统计学的极值特征提取计算策略或者基于聚类和极值学习的包络提取计算策略，挖掘出可能判据，送入数据平滑子模块；数据平滑子模块，对于挖掘核心子模块送入的可能判据，采用序列平滑降噪的方法，包括但不限于分箱法、滑动平均法或滤波法，平滑挖掘出的可能序列型判据，以提高判据可用性、减小噪声误差，并最终将判据由判据挖掘模块送入判据管理模块。所述判据管理模块包括：存储有已知判据的数据库和结果反馈子模块，完成判据管理的功能；结果反馈子模块，对来自于判据挖掘模块的可能判据，在从测试数据管理模块经由数据健康状态筛选模块抽取的数据中选择其它样本数据，完成有效性检验的功能，并将且仅将通过有效性检验的判据存入已知判据数据库。所述人机交互模块可视化测试数据与判据，实时显示系统任务进程，界面按钮、窗口与后端程序连接，对整个判据挖掘过程进行控制，包括测试数据的导入操作、导出操作、数据健康状态筛选操作、数据抽取操作、数据清洗方法选择、结果反馈子模块测试数据选取操作、判据存储入库操作。本专利技术与现有技术相比的优点在于：(1)本专利技术支持测试数据的统一管理，为数据治理提供了基础；(2)本专利技术支持已知判据的统一管理，能够更好服务于故障诊断系统；(3)本专利技术能够从历史数据中挖掘用于数据驱动故障诊断方法的参数包络或阈值型时序判据，既避免了专家经验给出判据的人为误差，也避免了系统仿真给出判据的建模误差；(4)本专利技术序列校准子模块支持多测试数据序列的时间维度误差校准，使系统对于待挖掘的多数据序列对象在时序对齐的要求上具有鲁棒性；(5)本专利技术数据平滑子模块支持平滑挖掘的判据序列，减小噪声误差，提高所挖掘判据可用性；(6)本专利技术结果反馈子模块支持对挖掘判据的有效性检验，保证了所挖掘判据的可用性；(7)本专利技术人机交互模块可以对整个智能判据挖掘过程进行控制，可视化挖掘过程中测试数据分析结果以及挖掘判据，实时显示系统任务进程，方便用户知悉任务当前状态，直观展示任务中间结果，能够便捷地对系统进行操作控制。附图说明图1为本专利技术一种用于复杂装备故障诊断的智能判据挖掘系统结构图；图2为本专利技术基于统计学的极值特征提取方法示意图；图3为本专利技术基于聚类和极值学习的包络提取方法示意图。具体实施方式下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本专利技术。参见图1，本专利技术一种用于复杂装备故障诊断的智能判据挖掘系统，包含测试数据管理模块、数据健康状态筛选模块、数据清洗模块、判据挖掘模块、判据管理模块、人机交互模块。测试数据管理模块由数据库组成，支持测试数据的批量导入，统一管理；数据健康状态筛选模块能够根据测试数据状态标签对数据进行筛选，以供后级模块抽取数据；数据清洗模块对测试数据进行预处理；判据挖掘模块包含序列校准子模块、挖掘核心子模块和数据平滑子模块，依次在各子模块完成测试数据序列时间维度误差校准、判据挖掘核心计算、挖掘结果降噪，最终挖掘出可能的目标判据；判据管理模块包含存储有已知判据的数据库和结果反馈子模块，将通过结果反馈子模块检验的挖掘所得判据存入已知判据库；人机交互模块可视化测试数据与判据，实时显示系统任务进程，对整个判据挖掘过程进行控制。测试数据管理模块采用MySQL关系型数据库管理系统。MySQL数据库具有体积小、速度快、总体拥有成本低和开放源码的特点，因此是最流行的关系型数据库管理系统之一。数据库中存放监测所得的原始测试数据，包括正常数据、异常数据和灰色数据(介于正常和异常之间的数据)，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于复杂装备故障诊断的智能判据挖掘系统，其特征在于：包括测试数据管理模块、数据健康状态筛选模块、数据清洗模块、判据挖掘模块、判据管理模块和人机交互模块；其中，/n测试数据管理模块，由存储有测试数据的数据库组成，支持测试数据的批量导入，统一管理，并向数据健康状态筛选模块传送数据；/n数据健康状态筛选模块，对测试数据管理模块送入的测试数据状态标签进行筛选，筛选查询的功能调用所封装接口，依赖MySQL数据库的查询筛选功能引擎实现，筛选后的数据送入数据清洗模块；/n数据清洗模块，对数据健康状态筛选模块送入的测试数据，根据控制选择的预处理需要进行包括毛刺剔除、缺省值填补等的预处理，预处理后将干净数据送入判据挖掘模块；/n判据挖掘模块，完成从数据清洗模块送入的干净数据中挖掘出目标判据的功能，并将所挖掘的目标判据送入判据管理模块；/n判据管理模块，由存储有判据的数据库和结果反馈子模块组成，对判据挖掘模块送入的所挖掘目标判据进行有效性检验，并将通过有效性检验的判据存入判据库，对已有判据统一管理；/n人机交互模块，进行可视化测试数据与判据，实时显示系统任务进程，同时用户通过该模块实时控制系统判据挖掘的过程。/n...

【技术特征摘要】
1.一种用于复杂装备故障诊断的智能判据挖掘系统，其特征在于：包括测试数据管理模块、数据健康状态筛选模块、数据清洗模块、判据挖掘模块、判据管理模块和人机交互模块；其中，
测试数据管理模块，由存储有测试数据的数据库组成，支持测试数据的批量导入，统一管理，并向数据健康状态筛选模块传送数据；
数据健康状态筛选模块，对测试数据管理模块送入的测试数据状态标签进行筛选，筛选查询的功能调用所封装接口，依赖MySQL数据库的查询筛选功能引擎实现，筛选后的数据送入数据清洗模块；
数据清洗模块，对数据健康状态筛选模块送入的测试数据，根据控制选择的预处理需要进行包括毛刺剔除、缺省值填补等的预处理，预处理后将干净数据送入判据挖掘模块；
判据挖掘模块，完成从数据清洗模块送入的干净数据中挖掘出目标判据的功能，并将所挖掘的目标判据送入判据管理模块；
判据管理模块，由存储有判据的数据库和结果反馈子模块组成，对判据挖掘模块送入的所挖掘目标判据进行有效性检验，并将通过有效性检验的判据存入判据库，对已有判据统一管理；
人机交互模块，进行可视化测试数据与判据，实时显示系统任务进程，同时用户通过该模块实时控制系统判据挖掘的过程。


2.根据权利要求1所述的一种用于复杂装备故障诊断的智能判据挖掘系统，其特征在于：所述判据挖掘模块包括序列校准子模块、挖掘核心子模块和数据平滑子模块，完成从干净数据中挖掘出目标判据的功能；
序列校准子模块，对送入判据挖掘模块的测试数据，采用时间序列对齐的方法，完成数据序列在时间维度...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔朗福，金阳，白成刚，申振丰，朱力敏，张庆振，韩晓萱，宋子雄，张超祺，宋莉君，周理风，冯强，左宇杰，穆晨亮，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，上海航天控制技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11