一种轴承状态监测与健康管理系统性能测试及优化方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种轴承状态监测与健康管理系统性能测试及优化方法和系统，方法具体为：首先给出轴承状态监测与健康管系统性能的准确性指标和鲁棒性指标作为评价指标，再基于轴承故障数据作为输入及添加了随机干扰数据的故障数据，对轴承状态监测与健康管理系统的性能进行测试及验证；在边缘监控系统，轴承实际故障状态与边缘监控系统的监测结果比较，如果准确性达标，使用阈值调整策略；如果准确性未达标，用参数调整策略；在远程云平台系统，根据轴承实际健康状态与模型预测健康状态比较，如果不一致采用模型的参数调整策略，本发明专利技术能得到更加准确的系统性能描述，同时通过优化反馈机制，分别进行边缘监测系统优化和云平台远程系统优化。程系统优化。程系统优化。

【技术实现步骤摘要】
一种轴承状态监测与健康管理系统性能测试及优化方法和系统


[0001]本专利技术属于机械诊断智能化与数字化
，具体涉及一种轴承状态监测与健康管理系统性能测试及优化方法和系统。

技术介绍

[0002]轴承是旋转机械设备中最常见的传动部件之一，并且轴承在航空航天方面、工业生产方面以及交通方面等都有着十分广泛的应用。轴承能够正常安全的运行，对整个旋转机械系统的平稳工作都有着重要的作用。但由于工作运行环境恶劣，运行过程中受到高温高压的影响，轴承也是旋转机械中最容易受损的传动部件。一旦轴承产生了故障，造成经济损失，甚至可能会威胁人身安全。由此可见，对轴承进行状态监测和健康管理十分有必要。
[0003]目前市场上出现了一大批关于轴承状态监测与健康管理的系统，这些系统达不达标，够不够好，如何来判定。目前并没有一个明确的关于这些系统性能好坏的测试方法。随着数据的增加与工况的变化，轴承状态监测与健康管理的系统内嵌的诊断算法和模型一直不随之改变，会出现系统得到的结果越来越不可靠。目前并没有一个关于系统性能如何优化的方法。此外，系统异常时正在运行的数据和系统维修时产生的经济效益都没有记录，使得日后系统升级优化无据可依。

技术实现思路

[0004]为了解决上述
技术介绍
提出的技术问题，本专利技术旨在提供一种轴承状态监测与健康管理系统性能测试及优化方法，为现有市面上的系统性能好坏提供测试方法，同时也提供了根据实际数据优化系统的方法，使得系统所得结果更加准确。
[0005]为了实现上述技术目的，本专利技术的技术方案为：一种轴承状态监测与健康管理系统性能测试及优化方法，包括以下步骤：
[0006]确定轴承状态监测与健康管理系统性能的评价指标：准确性指标和鲁棒性指标；
[0007]随机选取轴承故障数据并向其添加随机干扰数据，得到添加干扰的轴承故障数据中，基于随机选取的轴承故障数据和添加干扰的轴承故障数据对轴承状态监测与健康管理系统的性能进行测试及验证；
[0008]根据轴承故障数据反映的轴承实际故障状态与边缘监控系统监测的故障状态比较结果对边缘监测系统参数进行优化；
[0009]采集服役状态实际工况中轴承监测数据，将所述轴承监测数据输入远程监测、诊断与寿命预测模型，预测模型输出的轴承健康状态与轴承在实际工况中运行的健康状态进行比较，基于比较结果，采取相应的健康管理策略或更新预测模型。
[0010]随机选取轴承故障数据并向其添加未知干扰数据，得到添加干扰的轴承故障数据中，基于随机选取的轴承故障数据和添加干扰的轴承故障数据对轴承状态监测与健康管理系统的性能进行测试及验证时，用领域知识驱动的工况自适应故障预警模型、跨工况领域
自适应轴承深度迁移智能诊断模型以及数字孪生驱动轴承寿命预测模型，分析边缘计算在线监测系统和云平台远程监测诊断与健康管理系统的信号需求，提出试验数据采集要求；根据采集要求然后通过实验平台测得多组满足采集要求的带有明确结果的试验数据。
[0011]所述准确性指标是对比系统输出结果与实际结果是否一致，目的是验证系统算法是否正确；
[0012]所述鲁棒性指标是人为添加随机噪声数据，来监测结果是否能够保持准确，目的是验证系统算法是否符合要求。
[0013]对轴承状态监测与健康管理系统的性能进行测试及验证具体如下：
[0014]利用轴承故障试验平台生成轴承各类故障的试验数据作为样本；
[0015]采用完全随机化的方式从所述样本中选择轴承故障试验数据输入轴承状态监测与健康管理系统中，通过准确性指标对系统性能进行测试及验证；
[0016]在轴承各类故障的试验数据中添加不同幅值的随机干扰，通过鲁棒性指标来对系统性能进行测试及验证。
[0017]根据轴承故障数据反映的轴承实际故障状态与边缘监控系统的监测结果比较来对边缘监测系统参数进行优化时，边缘监测系统监测结果与实际轴承故障状态比较，如果准确性达标，通过阈值调整策略来优化边缘监测系统；如果准确性未达标，则将准确性未达标对应的轴承故障数据发给算法专家，专家对算法进行参数调整策略来优化边缘监测系统。
[0018]预测模型输出的轴承健康状态与轴承在实际工况中运行的健康状态进行比较后，如果云平台远程系统中模型预测的轴承健康状态与在实际工况中运行轴承的健康状态不一致，请对应领域专家，分析实际情况下模型的准确性及影响因素，获得不同应用场景人工智能模型超参数与数字孪生模型参数优化方法实时更新云平台远程系统中的模型；如果云平台远程系统中模型预测的轴承健康状态与在实际工况中运行轴承的健康状态一致，则输出相应的健康管理策略。
[0019]远程记录轴承系统异常时实际轴承系统运行数据，为优化云平台远程系统更加长久的运行提供数据；记录每次维修策略带来的经济进出，为优化云平台远程系统的经济效益提供数据。
[0020]另一方面，本专利技术还提供一种轴承状态监测与健康管理系统性能测试及优化系统，包括评价指标选取模块、轴承故障数据获取模块、边缘监测系统优化模块以及预测模型优化模块；
[0021]评价指标选取模块用于确定轴承状态监测与健康管理系统性能的评价指标：准确性指标和鲁棒性指标；
[0022]轴承故障数据获取模块用于随机选取轴承故障数据并向其添加随机干扰数据，得到添加干扰的轴承故障数据中，基于随机选取的轴承故障数据和添加干扰的轴承故障数据对轴承状态监测与健康管理系统的性能进行测试及验证；
[0023]边缘监测系统优化模块用于上根据轴承实际故障状态与边缘监控系统监测的状态比较结果对边缘监测系统参数进行优化；
[0024]预测模型优化模块用于采集服役状态实际工况中轴承监测数据，将所述轴承监测数据输入远程监测、诊断与寿命预测模型，预测模型输出的轴承健康状态与轴承在实际工
况中运行的健康状态进行比较，基于比较结果，采取相应的健康管理策略或更新预测模型。
[0025]同时提供一种计算机设备，包括处理器以及存储器，存储器用于存储计算机可执行程序，处理器从存储器中读取所述计算机可执行程序并执行，处理器执行计算可执行程序时能实现本专利技术所述轴承状态监测与健康管理系统性能测试及优化方法。
[0026]还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，能实现本专利技术所述的轴承状态监测与健康管理系统性能测试及优化方法。
[0027]与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：多维度评价系统，可得到更加准确的系统性能描述，同时通过优化反馈机制，利用轴承实际状态与系统得到的结果实时对比，分别进行边缘监测系统优化和云平台远程系统优化；
[0028]研究轴承故障监测、诊断、预测模型准确性、鲁棒性指标，综合评价系统的准确性和鲁棒性；利用领域知识驱动的工况自适应故障预警模型、跨工况领域自适应轴承深度迁移智能诊断模型以及数字孪生驱动轴承寿命预测模型，分析边缘计算在线监测系统和云平台远程监测诊断与健康管理系统的信号需求，提出试验数据采集要求；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种轴承状态监测与健康管理系统性能测试及优化方法，其特征在于，包括以下步骤：确定轴承状态监测与健康管理系统性能的评价指标：准确性指标和鲁棒性指标；随机选取轴承故障数据并向其添加随机干扰数据，得到添加干扰的轴承故障数据中，基于随机选取的轴承故障数据和添加干扰的轴承故障数据对轴承状态监测与健康管理系统的性能进行测试及验证；根据轴承故障数据反映的轴承实际故障状态与边缘监控系统监测的故障状态比较结果对边缘监测系统参数进行优化；采集服役状态实际工况中轴承监测数据，将所述轴承监测数据输入远程监测、诊断与寿命预测模型，预测模型输出的轴承健康状态与轴承在实际工况中运行的健康状态进行比较，基于比较结果，采取相应的健康管理策略或更新预测模型。2.根据权利要求1所述的轴承状态监测与健康管理系统性能测试及优化方法，其特征在于，随机选取轴承故障数据并向其添加未知干扰数据，得到添加干扰的轴承故障数据中，基于随机选取的轴承故障数据和添加干扰的轴承故障数据对轴承状态监测与健康管理系统的性能进行测试及验证时，用领域知识驱动的工况自适应故障预警模型、跨工况领域自适应轴承深度迁移智能诊断模型以及数字孪生驱动轴承寿命预测模型，分析边缘计算在线监测系统和云平台远程监测诊断与健康管理系统的信号需求，提出试验数据采集要求；根据采集要求然后通过实验平台测得多组满足采集要求的带有明确结果的试验数据。3.根据权利要求1所述的轴承状态监测与健康管理系统性能测试及优化方法，其特征在于，所述准确性指标是对比系统输出结果与实际结果是否一致，目的是验证系统算法是否正确；所述鲁棒性指标是人为添加随机噪声数据，来监测结果是否能够保持准确，目的是验证系统算法是否符合要求。4.根据权利要求1所述的轴承状态监测与健康管理系统性能测试及优化方法，其特征在于，对轴承状态监测与健康管理系统的性能进行测试及验证具体如下：利用轴承故障试验平台生成轴承各类故障的试验数据作为样本；采用完全随机化的方式从所述样本中选择轴承故障试验数据输入轴承状态监测与健康管理系统中，通过准确性指标对系统性能进行测试及验证；在轴承各类故障的试验数据中添加不同幅值的随机干扰，通过鲁棒性指标来对系统性能进行测试及验证。5.根据权利要求1所述的轴承状态监测与健康管理系统性能测试及优化方法，其特征在于，根据轴承故障数据反映的轴承实际故障状态与边缘监控系统的监测结果比较来对边缘监测系统参数进行优化时，边缘监测系统监测结果与实际轴承故障状态比较，如果准确性达标，通过阈值调...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹宏瑞，侯马骁，史江海，陈雪峰，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：