CN112465052B - 基于卷积神经网络的设备故障诊断报告生成方法与系统 - Google Patents

基于卷积神经网络的设备故障诊断报告生成方法与系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于卷积神经网络的设备故障诊断报告生成方法与系统，解决如何自适应的对不同设备生成专一性故障诊断报告的技术问题。将历史诊断报告进行数字化，并存储为结构化数据，采用结构化数据构建训练样本对卷积神经网络进行训练，使其具备故障识别能力；为各种工业设备建立相应的故障诊断报告模板；根据设备型号配置相应的数据接口，从而通过适配的数据接口输入待诊断工业设备的故障特征与设备相关信息，通过卷积神经网络进行故障类型的识别；根据设备型号调取相应的故障诊断报告模板，将故障类型识别结果、设备相关信息与设备型号渲染至故障诊断报告模板中，从而生成设备故障诊断报告。系统包括数据库、数据化模块与卷积神经网络等。

Description

基于卷积神经网络的设备故障诊断报告生成方法与系统
技术领域
本发明涉及工业设备故障诊断报告生成领域。
背景技术
随着科技发展，人工智能、机器学习等技术运用越来越广泛，信号处理、信息传感和测试计算技术的高速进步使得自动进行设备故障诊断成为了可能。工业设备逐渐趋向复杂，设备运行过程中由机械故障而引发的事故，可能对人身安全和公司财产造成难以弥补的损失。目前在设备故障诊断方面，需要专业技术人员，且主要由设备生产厂家的技术人员进行。设备厂家设立技术壁垒，非厂家技术人员掌握多个厂家的设备诊断方法非常困难或无法实现。导致设备在诊断、维修方面依赖性大，可能因为设备发生故障后无法及时诊断维修而导致其他方面的损失。
目前现有技术中，对工业设备故障诊断报告生成的方法不具有专一性，只能满足通用功能的需求，多以纸质方式存在或无格式的数字化存储，保管、查阅极其不方便，不利于统计分析；后期利用价值低。目前信息化系统在设备故障诊断方面及报告生成方面应用少。
发明内容
针对上述技术的不足，本发明提供了一种基于卷积神经网络的设备故障诊断报告生成方法，解决现有技术不能自适应的对不同设备生成专一性故障诊断报告的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于卷积神经网络的设备故障诊断报告生成方法，包括以下步骤：
S1000：获取各种工业设备的各种形式的历史诊断报告，将所述历史诊断报告进行数字化，并存储为结构化数据，所述结构化数据是指故障特征、故障类型与设备相关信息相互关联；
S1001：采用所述结构化数据构建训练样本的输入向量与输出向量：故障特征与设备相关信息组合成输入向量，以故障类型作为参考输出向量；通过所述训练样本训练卷积神经网络，使得训练完成后的卷积神经网络能够通过故障特征与设备相关信息识别故障类型；
S1002：为各种工业设备建立相应的故障诊断报告模板；
S1003：根据设备型号配置相应的数据接口，从而通过适配的数据接口输入待诊断工业设备的故障特征与设备相关信息到所述训练完成后的卷积神经网络中；
S1004：通过所述训练完成后的卷积神经网络进行故障类型的识别；
S1005：根据设备型号调取相应的故障诊断报告模板，将故障类型识别结果、设备相关信息与设备型号渲染至故障诊断报告模板中，从而生成设备故障诊断报告。
本发明还提供一种设备故障诊断报告生成系统，包括数据库、数据化模块、卷积神经网络、参数配置模块、模板渲染模块与报告输出模块；
所述数据化模块用于将各种工业设备的各种形式的历史诊断报告进行数字化，并转化为结构化数据，所述结构化数据是指故障特征、故障类型与设备相关信息相互关联；
所述数据库用于存储所述结构化数据、设备故障诊断报告以及与各工业设备对应的故障诊断报告模板；
所述卷积神经网络用于通过故障特征与设备相关信息识别故障类型；所述卷积神经网络预先采用所述结构化数据构建的训练样本进行训练；故障特征与设备相关信息组合成训练样本的输入向量，以故障类型作为训练样本的参考输出向量；
所述参数配置模块用于输入设备型号，并根据设备型号配置相应的数据接口与故障诊断报告模板；所述数据接口用于输入故障特征；
所述模板渲染模块用于根据设备型号调取相应的故障诊断报告模板，将故障类型识别结果、设备相关信息与设备型号渲染至故障诊断报告模板中，从而生成设备故障诊断报告并存储到数据库中；
所述报告输出模块用于展示设备故障诊断报告。
与现有技术相比，本发明具有的优点包括：
1、本发明专门针对设备诊断领域，利用卷积神经网络对故障进行分类识别，并能自适应的根据不同型号、不同类型的设备生成相应的故障诊断报告，此方法在业务领域具有专一性，同时自动存储电子化的故障诊断报告，缓解现有技术中，诊断报告保管、查阅不便，后期利用价值低的问题。
2、本发明通过配置不同的数据接口，能够输入不同设备的故障特征，并且通过卷积神经网络进行故障诊断，不依赖技术人员的专业知识技能，输入故障特征以及设备信息等便能获取相应的故障诊断报告。提高报告准确性、实时性，降低技术人员工作难度，减少设备故障排查时间，提高生产效率。
附图说明
图1为本具体实施方式中的设备故障诊断报告生成系统的架构图。
具体实施方式
一种基于卷积神经网络的设备故障诊断报告生成方法，包括以下步骤：
S1000：获取各种工业设备的各种形式的历史诊断报告，将所述历史诊断报告进行数字化，并存储为结构化数据，所述结构化数据是指故障特征、故障类型与设备相关信息相互关联。
可以采用列表或树图结构将故障特征、故障类型与设备相关信息关联起来。设备相关信息包括设备种类、设备编号、生产厂家与使用经历。步骤S1000中以发生状态、影响程度、发生原因、危险性或发展规律作为故障类型的分类依据。
S1001：采用所述结构化数据构建训练样本的输入向量与输出向量：故障特征与设备相关信息组合成输入向量，以故障类型作为参考输出向量；通过所述训练样本训练卷积神经网络，使得训练完成后的卷积神经网络能够通过故障特征与设备相关信息识别故障类型。
在S1001中对卷积神经网络进行迭代训练，每次迭代训练后对卷积神经网络进行验证，若输出向量不符合参考输出向量，则增加卷积层或调整神经网络层函数；若输出向量符合参考输出向量，则停止训练。可以设置误差阈值范围，当输出向量与参考输出向量的误差在误差阈值范围内时，表示输出向量符合参考输出向量。
S1002：为各种工业设备建立相应的故障诊断报告模板。
S1003：根据设备型号配置相应的数据接口，从而通过适配的数据接口输入待诊断工业设备的故障特征与设备相关信息到所述训练完成后的卷积神经网络中。
由于不同的工业设备具有不同的通信协议，因此通过配置数据接口，能够获取不同工业设备的故障特征。
S1004：通过所述训练完成后的卷积神经网络进行故障类型的识别。卷积神经网络（Convolutional Neural Networks, CNN）是一类包含卷积计算且具有深度结构的前馈神经网络（Feedforward Neural Networks），是深度学习（deep learning）的代表算法之一。卷积神经网络具有表征学习（representation learning）能力，能够按其阶层结构对输入信息进行平移不变分类（shift-invariant classification），因此也被称为“平移不变人工神经网络（Shift-Invariant Artificial Neural Networks, SIANN）”。
S1005：根据设备型号调取相应的故障诊断报告模板，将故障类型识别结果、设备相关信息与设备型号渲染至故障诊断报告模板中，从而生成设备故障诊断报告。
参考图1所示，本发明还提供一种设备故障诊断报告生成系统，用于实现本发明的基于卷积神经网络的设备故障诊断报告生成方法，包括数据库、数据化模块、卷积神经网络、参数配置模块、模板渲染模块与报告输出模块；
所述数据化模块用于将各种工业设备的各种形式的历史诊断报告进行数字化，并转化为结构化数据，所述结构化数据是指故障特征、故障类型与设备相关信息相互关联；
所述数据库用于存储所述结构化数据、设备故障诊断报告以及与各工业设备对应的故障诊断报告模板；
所述卷积神经网络用于通过故障特征与设备相关信息识别故障类型；所述卷积神经网络预先采用所述结构化数据构建的训练样本进行训练；故障特征与设备相关信息组合成训练样本的输入向量，以故障类型作为训练样本的参考输出向量；
所述参数配置模块用于输入设备型号，并根据设备型号配置相应的数据接口与故障诊断报告模板；所述数据接口用于输入故障特征；
所述模板渲染模块用于根据设备型号调取相应的故障诊断报告模板，将故障类型识别结果、设备相关信息与设备型号渲染至故障诊断报告模板中，从而生成设备故障诊断报告并存储到数据库中；
所述报告输出模块用于展示设备故障诊断报告。
本具体实施方式中，数据化模块包括用于扫描纸质历史诊断报告的扫描仪。所述参数配置模块包括键盘或触屏。所述报告输出模块包括用于显示电子报告的显示屏或者用于打印纸质报告的打印机。还包括报告查询模块，所述报告查询模块用于输入设备型号或编号以及日期，并能根据设备型号或编号从数据库中搜索相应日期的故障诊断报告，并发送给报告输出模块。还包括故障报告下载模块，用于接收下载请求并根据下载请求将故障诊断报告发送至下载端。
本发明通过配置不同的数据接口，能够输入不同设备的故障特征，并且通过卷积神经网络进行故障诊断，不依赖技术人员的专业知识技能，输入故障特征以及设备信息等便能获取相应的故障诊断报告。提高报告准确性、实时性，降低技术人员工作难度，减少设备故障排查时间，提高生产效率。

Claims (8)

1.一种基于卷积神经网络的设备故障诊断报告生成方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1000：获取各种工业设备的各种形式的历史诊断报告，将所述历史诊断报告进行数字化，并存储为结构化数据，所述结构化数据是指故障特征、故障类型与设备相关信息相互关联；所述设备相关信息包括设备种类、设备编号、生产厂家与使用经历；
S1001：采用所述结构化数据构建训练样本的输入向量与输出向量：故障特征与设备相关信息组合成输入向量，以故障类型作为参考输出向量；通过所述训练样本训练卷积神经网络，使得训练完成后的卷积神经网络能够通过故障特征与设备相关信息识别故障类型；对卷积神经网络进行迭代训练时，每次迭代训练后对卷积神经网络进行验证，若输出向量不符合参考输出向量，则增加卷积层或调整神经网络层函数；若输出向量符合参考输出向量，则停止训练；设置误差阈值范围，当输出向量与参考输出向量的误差在误差阈值范围内时，表示输出向量符合参考输出向量；
S1002：为各种工业设备建立相应的故障诊断报告模板；
S1003：根据设备型号配置相应的数据接口，从而通过适配的数据接口输入待诊断工业设备的故障特征与设备相关信息到所述训练完成后的卷积神经网络中；
S1004：通过所述训练完成后的卷积神经网络进行故障类型的识别；
S1005：根据设备型号调取相应的故障诊断报告模板，将故障类型识别结果、设备相关信息与设备型号渲染至故障诊断报告模板中，从而生成设备故障诊断报告。
2.根据权利要求1所述的基于卷积神经网络的设备故障诊断报告生成方法，其特征在于，步骤S1000中以发生状态、影响程度、发生原因、危险性或发展规律作为故障类型的分类依据。
3.一种设备故障诊断报告生成系统，其特征在于，包括数据库、数据化模块、卷积神经网络、参数配置模块、模板渲染模块与报告输出模块；
所述数据化模块用于将各种工业设备的各种形式的历史诊断报告进行数字化，并转化为结构化数据，所述结构化数据是指故障特征、故障类型与设备相关信息相互关联；所述设备相关信息包括设备种类、设备编号、生产厂家与使用经历；
所述数据库用于存储所述结构化数据、设备故障诊断报告以及与各工业设备对应的故障诊断报告模板；
所述卷积神经网络用于通过故障特征与设备相关信息识别故障类型；所述卷积神经网络预先采用所述结构化数据构建的训练样本进行训练；故障特征与设备相关信息组合成训练样本的输入向量，以故障类型作为训练样本的参考输出向量；对卷积神经网络进行迭代训练时，每次迭代训练后对卷积神经网络进行验证，若输出向量不符合参考输出向量，则增加卷积层或调整神经网络层函数；若输出向量符合参考输出向量，则停止训练；设置误差阈值范围，当输出向量与参考输出向量的误差在误差阈值范围内时，表示输出向量符合参考输出向量；
所述参数配置模块用于输入设备型号，并根据设备型号配置相应的数据接口与故障诊断报告模板；所述数据接口用于输入故障特征；
所述模板渲染模块用于根据设备型号调取相应的故障诊断报告模板，将故障类型识别结果、设备相关信息与设备型号渲染至故障诊断报告模板中，从而生成设备故障诊断报告并存储到数据库中；
所述报告输出模块用于展示设备故障诊断报告。
4.根据权利要求3所述的设备故障诊断报告生成系统，其特征在于，数据化模块包括用于扫描纸质历史诊断报告的扫描仪。
5.根据权利要求3所述的设备故障诊断报告生成系统，其特征在于，所述参数配置模块包括键盘或触屏。
6.根据权利要求3所述的设备故障诊断报告生成系统，其特征在于，所述报告输出模块包括用于显示电子报告的显示屏或者用于打印纸质报告的打印机。
7.根据权利要求3所述的设备故障诊断报告生成系统，其特征在于，还包括报告查询模块，所述报告查询模块用于输入设备型号或编号以及日期，并能根据设备型号或编号从数据库中搜索相应日期的故障诊断报告，并发送给报告输出模块。
8.根据权利要求3所述的设备故障诊断报告生成系统，其特征在于，还包括故障报告下载模块，用于接收下载请求并根据下载请求将设备故障诊断报告发送至下载端。
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