CN109670584A - 一种基于大数据的故障诊断方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于大数据的故障诊断方法及系统,包括收集设备的历史故障参数进行列表编码,并获取故障参数的特征值作为训练样本;检测设备的运行状态参数,以时间序列方式提取检测参数的特征参数值;通过聚合算法,对多元时间序列下的特征参数值进行聚合处理,作为检测样本;建立故障无限深度神经网络;通过训练样本作为输入,建立期望目标量,对网络进行训练,确定网络中各神经元间连接权值以及偏差;对比输出量和期望目标量对比后,确定设备的故障状态;更新无限深度神经网络,完善无限深度神经网络模型。本发明能够实现大量设备的统一故障管理,提高设备故障诊断效率,为设备状态检修提供基础,降低检修成本,提高设备安全性和可靠性。
Description
技术领域
本发明属于设备监测和故障诊断技术领域,特别是涉及一种基于大数据的故障诊断方法及系统。
背景技术
各个设备状态监测系统各自为政,孤立运行,孤立诊断,资源不能共享,没有实现设备信息的综合利用,不能实现完整的设备状态诊断和辅助决策;同时各厂家在线监测系统采集的信息内容不同,使用的技术手段不同,无法进行各个设备的统一诊断,故障诊断的效率低,大大的浪费了人力物力资源;由于无法及时诊断故障信息,大大降低了设备的安全可靠性。
深度神经网络突出的特征学习能力使其特别擅长解决基于分类的各种识别问题,如语音识别、图像识别等.近年来,深度学习方法获得的各种标志性记录,多是在这些方面.分类是大数据分析的其中一个目标,而另一个核心任务是对数据未来变化的预测;但是由于深度神经网络拓扑结构本身的限制,它提取动态数据时序特征的能力有限,计算精度和抗噪性能差,且对于网络模型的更新精度差。
发明内容
为了解决上述问题,本发明提出了一种基于大数据的故障诊断方法及系统,能够实现大量设备的统一故障管理,有效提高了设备故障诊断效率和水平,并为设备状态检修提供基础,降低检修成本,提高设备运行的安全性和可靠性。
为达到上述目的,本发明采用的技术方案是:一种基于大数据的故障诊断方法,包括步骤:
S100,收集各个设备的历史故障参数进行列表编码,并获取各个故障参数的特征值作为训练样本;
S200,检测各个设备的运行状态参数,以时间序列方式提取检测参数的特征参数值;通过聚合算法,对多元时间序列下的特征参数值进行聚合处理,作为检测样本;
S300,建立故障无限深度神经网络,确定无限深度神经网络的层数、各层节点数和神经元传递函数;通过训练样本作为输入,建立期望目标量,对网络进行训练,确定网络中各神经元间连接权值以及偏差;
S400,将所述检测样本输入故障无限深度神经网络,获得故障输出量;对比输出量和期望目标量对比后,确定设备的故障状态;
S500,通过检测样本的多元时间序列特征,更新基于时间动态数据的无限深度神经网络,完善无限深度神经网络模型。
进一步的是,对于每一个设备的运行状态参数借助于多状态量数据流特征量的提取算法针对多元时间序列予以聚合处理,使运行状态参数聚集为多个簇。
进一步的是,根据无限深度神经网络的动态数据特性,就不同时间点当中数据是否为多状态量数据流特征量的聚集簇,以判别故障类别,并更新或增加无限深度神经网络模型的相应故障类别。
进一步的是,所述无限深度神经网络的拓扑结构为每一个神经元与所有的外部输入连接、每个神经元之间相互连接、以及每个神经元具有自身反馈连接。
进一步的是,所述无限深度神经网络包括外部输入P,神经元输出X和连接权值W,
P(t)=(p1(t),p2(t),…,pm(t))T,m为外部输入个数;
X(t)=(x1(t),x2(t),…,xn(t))T,n为神经元个数;
W=[wp,wx],wp是神经元与外部的连接权值,wx是神经元之间的连接权值;
网络中神经元获得的总输入为:Q(t+1)=wxx(t)+wpp(t);
网络中第k个神经元的输出为:xk(t+1)=fk(Qk(t+1)),fk是神经元k的激活函数。
进一步的是,将检测样本的参数在各个神经元中进行运算,通过各神经元间连接权值以及偏差,确定信号的故障状态并输出;对比输出量和期望目标量对比后,确定设备的故障状态,并向管理员输出故障信息进行故障警示提醒。
另一方面,基于上述故障诊断方法,本发明还提供了一种基于大数据的故障诊断系统,包括训练样本获取模块、设备状态监测模块、神经网络训练模块、数据反馈模型更新模块和故障输出警示模块;
所述训练样本获取模块,收集各个设备的历史故障参数进行列表编码,获取各个故障参数的特征值作为训练样本;
所述设备状态监测模块,检测各个设备的运行状态参数,以时间序列方式提取检测参数的特征参数值;通过聚合算法,对多元时间序列下的特征参数值进行聚合处理,作为检测样本;
所述神经网络训练模块,建立故障无限深度神经网络,确定无限深度神经网络的层数、各层节点数和神经元传递函数;通过训练样本作为输入,建立期望目标量,对网络进行训练,确定网络中各神经元间连接权值以及偏差;
所述数据反馈模型更新模块,通过检测样本的多元时间序列特征,更新基于时间动态数据的无限深度神经网络,完善无限深度神经网络模型;
所述故障输出警示模块:将所述检测样本输入故障无限深度神经网络,获得故障输出量;对比输出量和期望目标量对比后,确定设备的故障状态,并向管理员输出故障信息进行故障警示提醒。
采用本技术方案的有益效果:
本发明能够实现大量设备的统一故障管理,有效提高了设备故障诊断效率和水平,并为设备状态检修提供基础,降低检修成本,提高设备运行的安全性和可靠性。
本发明的故障诊断方法具有较强的动态性能,计算精度更高,抗噪性能更强;同时,使模型更新更加智能化且更加精确;能够监测大量的实时、历史数据,采用大数据技术进行设备故障诊断和预警,极大提高了设备故障诊断效率和准确
附图说明
图1为本发明的一种基于大数据的故障诊断方法的流程示意图;
图2为本发明的一种基于大数据的故障诊断系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面结合附图对本发明作进一步阐述。
在本实施例中,参见图1所示,本发明提出了一种基于大数据的故障诊断方法,包括步骤:
S100,收集各个设备的历史故障参数进行列表编码,并获取各个故障参数的特征值作为训练样本;
S200,检测各个设备的运行状态参数,以时间序列方式提取检测参数的特征参数值;通过聚合算法,对多元时间序列下的特征参数值进行聚合处理,作为检测样本;
S300,建立故障无限深度神经网络,确定无限深度神经网络的层数、各层节点数和神经元传递函数;通过训练样本作为输入,建立期望目标量,对网络进行训练,确定网络中各神经元间连接权值以及偏差;
S400,将所述检测样本输入故障无限深度神经网络,获得故障输出量;对比输出量和期望目标量对比后,确定设备的故障状态;
S500,通过检测样本的多元时间序列特征,更新基于时间动态数据的无限深度神经网络,完善无限深度神经网络模型。
作为上述实施例的优化方案,对于每一个设备的运行状态参数借助于多状态量数据流特征量的提取算法针对多元时间序列予以聚合处理,使运行状态参数聚集为多个簇。
作为上述实施例的优化方案,根据无限深度神经网络的动态数据特性,就不同时间点当中数据是否为多状态量数据流特征量的聚集簇,以判别故障类别,并更新或增加无限深度神经网络模型的相应故障类别。
所述无限深度神经网络的拓扑结构为每一个神经元与所有的外部输入连接、每个神经元之间相互连接、以及每个神经元具有自身反馈连接。
所述无限深度神经网络包括外部输入P,神经元输出X和连接权值W,
P(t)=(p1(t),p2(t),…,pm(t))T,m为外部输入个数;
X(t)=(x1(t),x2(t),…,xn(t))T,n为神经元个数;
W=[wp,wx],wp是神经元与外部的连接权值,wx是神经元之间的连接权值;
网络中神经元获得的总输入为:Q(t+1)=wxx(t)+wpp(t);
网络中第k个神经元的输出为:xk(t+1)=fk(Qk(t+1)),fk是神经元k的激活函数。
作为上述实施例的优化方案,将检测样本的参数在各个神经元中进行运算,通过各神经元间连接权值以及偏差,确定信号的故障状态并输出;对比输出量和期望目标量对比后,确定设备的故障状态,并向管理员输出故障信息进行故障警示提醒。
为配合本发明方法的实现,基于相同的发明构思,如图2所示,本发明还提供了一种基于大数据的故障诊断系统,包括训练样本获取模块、设备状态监测模块、神经网络训练模块、数据反馈模型更新模块和故障输出警示模块;
所述训练样本获取模块,收集各个设备的历史故障参数进行列表编码,获取各个故障参数的特征值作为训练样本;
所述设备状态监测模块,检测各个设备的运行状态参数,以时间序列方式提取检测参数的特征参数值;通过聚合算法,对多元时间序列下的特征参数值进行聚合处理,作为检测样本;
所述神经网络训练模块,建立故障无限深度神经网络,确定无限深度神经网络的层数、各层节点数和神经元传递函数;通过训练样本作为输入,建立期望目标量,对网络进行训练,确定网络中各神经元间连接权值以及偏差;
所述数据反馈模型更新模块,通过检测样本的多元时间序列特征,更新基于时间动态数据的无限深度神经网络,完善无限深度神经网络模型;
所述故障输出警示模块:将所述检测样本输入故障无限深度神经网络,获得故障输出量;对比输出量和期望目标量对比后,确定设备的故障状态,并向管理员输出故障信息进行故障警示提醒。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.一种基于大数据的故障诊断方法,其特征在于,包括步骤:
S100,收集各个设备的历史故障参数进行列表编码,并获取各个故障参数的特征值作为训练样本;
S200,检测各个设备的运行状态参数,以时间序列方式提取检测参数的特征参数值;通过聚合算法,对多元时间序列下的特征参数值进行聚合处理,作为检测样本;
S300,建立故障无限深度神经网络,确定无限深度神经网络的层数、各层节点数和神经元传递函数;通过训练样本作为输入,建立期望目标量,对网络进行训练,确定网络中各神经元间连接权值以及偏差;
S400,将所述检测样本输入故障无限深度神经网络,获得故障输出量;对比输出量和期望目标量对比后,确定设备的故障状态;
S500,通过检测样本的多元时间序列特征,更新基于时间动态数据的无限深度神经网络,完善无限深度神经网络模型。
2.根据权利要求1所述的一种基于大数据的故障诊断方法,其特征在于,对于每一个设备的运行状态参数借助于多状态量数据流特征量的提取算法针对多元时间序列予以聚合处理,使运行状态参数聚集为多个簇。
3.根据权利要求2所述的一种基于大数据的故障诊断方法,其特征在于,根据无限深度神经网络的动态数据特性,就不同时间点当中数据是否为多状态量数据流特征量的聚集簇,以判别故障类别,并更新或增加无限深度神经网络模型的相应故障类别。
4.根据权利要求3所述的一种基于大数据的故障诊断方法,其特征在于,所述无限深度神经网络的拓扑结构为每一个神经元与所有的外部输入连接、每个神经元之间相互连接、以及每个神经元具有自身反馈连接。
5.根据权利要求4所述的一种基于大数据的故障诊断方法,其特征在于,所述无限深度神经网络包括外部输入P,神经元输出X和连接权值W,
P(t)=(p1(t),p2(t),…,pm(t))T,m为外部输入个数;
X(t)=(x1(t),x2(t),…,xn(t))T,n为神经元个数;
W=[wp,wx],wp是神经元与外部的连接权值,wx是神经元之间的连接权值;
网络中神经元获得的总输入为:Q(t+1)=wxx(t)+wpp(t);
网络中第k个神经元的输出为:xk(t+1)=fk(Qk(t+1)),fk是神经元k的激活函数。
6.根据权利要求5所述的一种基于大数据的故障诊断方法,其特征在于,将检测样本的参数在各个神经元中进行运算,通过各神经元间连接权值以及偏差,确定信号的故障状态并输出;对比输出量和期望目标量对比后,确定设备的故障状态,并向管理员输出故障信息进行故障警示提醒。
7.一种基于大数据的故障诊断系统,其特征在于,包括训练样本获取模块、设备状态监测模块、神经网络训练模块、数据反馈模型更新模块和故障输出警示模块;
所述训练样本获取模块,收集各个设备的历史故障参数进行列表编码,获取各个故障参数的特征值作为训练样本;
所述设备状态监测模块,检测各个设备的运行状态参数,以时间序列方式提取检测参数的特征参数值;通过聚合算法,对多元时间序列下的特征参数值进行聚合处理,作为检测样本;
所述神经网络训练模块,建立故障无限深度神经网络,确定无限深度神经网络的层数、各层节点数和神经元传递函数;通过训练样本作为输入,建立期望目标量,对网络进行训练,确定网络中各神经元间连接权值以及偏差;
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190423 |
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