CN112834255A - 机械装置的协调性测试方法、故障诊断方法和工程机械 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种机械装置的协调性测试方法、故障诊断方法和工程机械，所述机械装置包括用于执行目标复合动作的多个执行机构，所述机械装置的协调性测试方法包括：获取所述多个执行机构各自的输入特征，和与所述输入特征对应的输出特征；确定所述输入特征与对应的所述输出特征的相关系数，所述相关系数用于表征协调性测试结果。根据本发明的机械装置的协调性测试方法，通过提取输入特征和输出特征，并确定其相关系数，可以实现对协调性的定量测试，从而可以根据测试结果，帮助准确改善机械装置的协调性。
Description
技术领域
本发明涉及机械调试技术领域，尤其涉及一种机械装置的协调性测试方法、故障诊断方法和工程机械。
背景技术
相当多的机械装置包括多个执行机构，以用于执行复合动作，比如挖掘机包括多个液压缸，挖掘机的工作状态多为多个执行机构同时运动的复合动作，在复合动作时，挖掘机的主泵所能输出的流量可能不足以满足所有执行机构的操作期望，其获得的真实流量是由负载、阀门开度、损失等因素协同决定的，部分液压油流量不足的液压缸的运动会更为缓慢，协调性变差，影响工作效率和操作感受。现有技术中，由于没有较好的方法来准确测试其协调性，为了改善这种用于执行复合动作的机械装置的协调性，常见的方式为通过设置优先信号和负载敏感系统等来改善协调性，调节的过程相对盲目。
发明内容
本发明提供一种机械装置的协调性测试方法、故障诊断方法和工程机械，用以解决现有技术中定性测试协调性不准的缺陷，实现对协调性的定量测试。
本发明提供一种机械装置的协调性测试方法，所述机械装置包括用于执行目标复合动作的多个执行机构，所述方法包括：获取所述多个执行机构各自的输入特征，和与所述输入特征对应的输出特征；确定所述输入特征与对应的所述输出特征的相关系数，所述相关系数用于表征协调性测试结果。
根据本发明实施例的机械装置的协调性测试方法，通过提取输入特征和输出特征，并确定其相关系数，可以实现对协调性的定量测试，从而可以根据测试结果，帮助准确改善机械装置的协调性。
根据本发明提供的一种机械装置的协调性测试方法，所述获取所述多个执行机构各自的输入特征，和与所述输入特征对应的输出特征，包括：
采集所述多个执行机构各自的原输入量，和与所述输入特征对应的原输出量；
将所述原输入量和所述原输出量进行标准化处理，得到标准输入量和标准输出量；
确定各标准输入量占全部标准输入量的占比，得到输入占比，以所述输入占比作为所述输入特征，确定各标准输出量占全部标准输出量的占比，得到输出占比，以所述输出占比作为所述输出特征。
根据本发明提供的一种机械装置的协调性测试方法，确定各标准输出量占全部标准输出量的占比，包括：
对各标准输出量赋权，并确定赋权后的各标准输出量占赋权后的全部标准输出量的占比。
根据本发明提供的一种机械装置的协调性测试方法，所述将所述原输入量和所述原输出量进行标准化处理，得到标准输入量和标准输出量，包括：
通过离差标准化，得到标准输入量和标准输出量。
根据本发明提供的一种机械装置的协调性测试方法，还包括：
若所述相关系数不小于目标系数，确定所述机械装置执行目标复合动作的协调性合格；
若所述相关系数小于目标系数，确定所述机械装置执行目标复合动作的协调性不合格。
根据本发明提供的一种机械装置的协调性测试方法，还包括：
基于多个所述执行机构对应的相关系数，确定相关系数最小的所述执行机构为备选优化目标。
本发明还提供一种机械装置的故障诊断方法，所述机械装置包括用于执行目标复合动作的多个执行机构，所述方法包括：
基于所述机械装置，确定与所述机械装置对应的数字孪生系统；
通过如上述任一种所述的机械装置的协调性测试方法，得到所述机械装置执行目标复合动作时的相关系数；
将所述输入特征输入至所述数字孪生系统，得到仿真输出特征；
确定所述输入特征与对应的所述仿真输出特征的仿真相关系数；
基于所述仿真相关系数和所述相关系数，确定故障诊断结果。
本发明还提供一种机械装置的协调性测试装置，所述机械装置包括用于执行目标复合动作的多个执行机构，所述装置包括：
第一获取模块，用于获取所述多个执行机构各自的输入特征，和与所述输入特征对应的输出特征；
第一确定模块，用于确定所述输入特征与对应的所述输出特征的相关系数，所述相关系数用于表征协调性测试结果。
本发明还提供一种工程机械，包括：
如上述的协调性测试装置；
用于执行所述目标复合动作的多个所述执行机构。
本发明还提供一种机械装置的故障诊断装置，所述机械装置包括用于执行目标复合动作的多个执行机构，所述装置包括：
第一仿真模块，用于基于所述机械装置，确定与所述机械装置对应的数字孪生系统；
协调性测试装置，用于执行如上述任一种所述的机械装置的协调性测试方法，得到所述机械装置执行目标复合动作时的相关系数；
第一计算模块，用于将所述输入特征输入至所述数字孪生系统，得到仿真输出特征；
第二计算模块，用于确定所述输入特征与对应的所述仿真输出特征的仿真相关系数；
第一诊断模块，用于基于所述仿真相关系数和所述相关系数，确定故障诊断结果。
本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述任一种所述机械装置的协调性测试方法或机械装置的故障诊断方法的步骤。
本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述机械装置的协调性测试方法或机械装置的故障诊断方法的步骤。
本发明提供的机械装置的协调性测试方法、故障诊断方法和工程机械，通过提取输入特征和输出特征，并确定其相关系数，可以实现对协调性的定量测试，从而可以根据测试结果，帮助准确改善机械装置的协调性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的机械装置的协调性测试方法的流程示意图之一；
图2是本发明提供的机械装置的协调性测试方法的流程示意图之二；
图3是本发明提供的机械装置的协调性测试方法中的协调性分析图；
图4是本发明提供的机械装置的故障诊断方法的流程示意图之一；
图5是本发明提供的机械装置的故障诊断方法的流程示意图之二；
图6是本发明提供的机械装置的协调性测试装置的结构示意图；
图7是本发明提供的机械装置的故障诊断装置的结构示意图；
图8是本发明提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合图1-图3描述本发明的机械装置的协调性测试方法。该方法的执行主体，可以为设备端的控制器，或者云端，或者边缘服务器。
机械装置包括机械机构和液压机构，或包括机电液联合机构，机械装置包括多个执行机构，多个执行机构用于执行目标复合动作，执行机构可以为液压缸、液压马达、电机或气压缸等。
如图1所示，本发明提供的机械装置的协调性测试方法，包括：步骤110和步骤120。
步骤110、获取多个执行机构各自的输入特征，和与输入特征对应的输出特征；
在该步骤中，对于待测试的目标复合动作，先获取该目标复合动作的多组数据，每一组数据包括多个执行机构的输入特征和多个执行机构的输出特征。
输入特征用于表征执行机构接收到的用户操作信息，比如推动手柄的行程或速度，或者踩踏踏板的行程或速度；输出特征用于表征该执行机构在接收到用户操作信息时的输出信息，比如液压缸的速度。
对于每组数据，执行机构-输入特征-输出特征一一对应，比如执行机构为三个，包括第一执行机构、第二执行机构和第三执行机构时，每组数据均包括：第一执行机构的输入特征和输出特征、第二执行机构的输入特征和输出特征以及第三执行机构的输入特征和输出特征。
需要说明的是，每一组数据包中输入特征与输出特征为同时采集的。
对于待测试的目标复合动作，需要采集不同时刻的多组数据，每一组数据均包括多个执行机构的输入特征和对应执行机构的输出特征。
步骤120、确定输入特征与对应的输出特征的相关系数，相关系数用于表征协调性测试结果。
在步骤110中，得到了对于待测试的目标复合动作的多组输入特征和输出特征。在步骤120中，计算输入特征与对应的输出特征的相关系数，相关系数与执行机构一一对应。
比如执行机构为三个，包括第一执行机构、第二执行机构和第三执行机构时，在步骤110中，得到第一执行机构的输入特征和输出特征、第二执行机构的输入特征和输出特征以及第三执行机构的输入特征和输出特征，在步骤120中，需要确认第一执行机构的输入特征和输出特征的相关系数，第二执行机构的输入特征和输出特征的相关系数，以及第三执行机构的输入特征和输出特征的相关系数。
上述相关系数，可以表征输入对输出的协调性，即在操作人员进行特定输入时，对应的执行机构是否能如操作人员预期的那么执行。
相关系数用于表征协调性测试结果，比如：
若相关系数不小于目标系数，确定机械装置执行目标复合动作的协调性合格；若相关系数小于目标系数，确定机械装置执行目标复合动作的协调性不合格。
目标系数可以为预先设定的预设值，目标系数可以介于90％-99％之间，比如95％。
在实际的执行中，通过历史数据的记录和数据分析的手段可以得到一个目标系数的范围，或者将目标系数设为多个，多个目标系数可以用于帮助建立协调性立分级标准。
对于每个执行机构，均可以得到其对应的相关系数。
在一些实施例中，只有当每个执行机构的相关系数均不小于目标系数，才确定机械装置执行目标复合动作的协调性合格；任一执行机构的相关系数小于目标系数，确定机械装置执行目标复合动作的协调性不合格。
在得到各个执行机构的相关系数后，还可以用于帮助得到优化策略。
比如，基于多个执行机构对应的相关系数，确定相关系数最小的执行机构为备选优化目标。
也就是说，通过对比不同执行机构的相关系数，可以判断出整个机械装置在哪一处的协调性最差，以用于帮助建立优化策略。
或者，通过控制变量的方法，可以得到多个优化策略，通过对比多个优化策略之间的相关系数，可以帮助评估哪个优化策略的改善效果更佳。
或者，通过测试可以确定哪些工况或哪些复合操作会使得相关系数下降，从而帮助考虑是不是需要增加改善措施。
或者，将各个执行机构的相关系数纳入闭环控制中，即机械装置的控制系统将相关系数作为调控的参考因素，控制系统根据相关系数的变化，来调整工作过程中的控制参数，如阀的开度等，使得机械装置在长期运行过程中，能在更长的时间均保持较好的协调性。
根据本发明实施例的机械装置的协调性测试方法，通过提取输入特征和输出特征，并确定其相关系数，可以实现对协调性的定量测试，从而可以根据测试结果，帮助准确改善机械装置的协调性。
在一些实施例中，步骤110、获取多个执行机构各自的输入特征，和与输入特征对应的输出特征，包括：步骤111-步骤113。
步骤111、采集多个执行机构各自的原输入量，和与输入特征对应的原输出量；
在该步骤中，对于待测试的目标复合动作，通过安装于该机械装置上的各种信号采集设备，采集该目标复合动作的多组原数据，每一组原数据包括多个执行机构的原输入量和多个执行机构的原输出量。
比如，对于手柄，可以采集手柄的行程，对于液压缸，可以采集液压缸的速度。
信号采集设备可以为各种传感器和编码器，比如IMU(惯性测量单元)传感器。
步骤112、将原输入量和原输出量进行标准化处理，得到标准输入量和标准输出量；
可以理解的是，在步骤111中采集的各种原输入量和原输出量的量纲、数量级可能完全不同，通过标准化处理，可以便于后续的数据比较或计算。
在实际的执行中，该步骤可以包括：通过离差标准化，得到标准输入量和标准输出量。
离差标准化可以对原输入量和原输出量进行线性变换，且输出的标准输入量和标准输出量映射到[0,1]之间。
步骤112中，可以通过如下公式对每个原输入量和原输出量分别进行标准化处理
其中，在对原输入量进行标准化处理时，xki为采集到的第k个执行机构的第i组输入量信号，比如手柄行程，xkmin为第k个执行机构的输入量的最小值，xkmax为第k个执行机构的输入量的最大值，Pki为第k个执行机构的第i组数据的标准输入量；在对原输出量进行标准化处理时，xki为采集到的第k个执行机构的第i组输出量信号，比如液压缸运动速度，xkmin为第k个执行机构的输出量的最小值， xkmax为第k个执行机构的输出量的最大值，Pki为第k个执行机构的第i组数据的标准输出量。
当然，也可以用其他标准化处理方式，对原输入量和原输出量进行处理，比如归一化方法或atan函数转换等。
步骤113、确定各标准输入量占全部标准输入量的占比，得到输入占比，以输入占比作为输入特征，确定各标准输出量占全部标准输出量的占比，得到输出占比，以输出占比作为输出特征。
可以理解的是，在该步骤中，通过求取各标准输入量占全部标准输入量的占比，可以将各个标准输入量作为一个整体考虑，且将各个标准输出量作为一个整体考虑。
该步骤可以将各个原输入量对应的标准输入量转化为和为1的输入占比，并作为输入特征，该输入特征也反映了操作者对复合动作执行效果的期望。
同时，将各个原输出量对应的标准输出量转化为和为1的输出占比，并作为输出特征，该输出特征可以反映实际有效输出反馈。
在一些实施例中，确定各标准输出量占全部标准输出量的占比，包括：对各标准输出量赋权，并确定赋权后的各标准输出量占赋权后的全部标准输出量的占比。
可以理解的是，考虑到实际的操作感受、不同的操作模式的特殊需求以及实际各执行机构的运动速度需求的因素，可以对各个执行机构赋予对应的权重，从而使协调性测试各更贴近当前实际操作情况。
对于包括m个执行机构的机械装置，不改变标准输入量的情况下，将标准输出量的和化为一的时候可以为其赋予加权系数a1，a2， a3…am。
即Pki为第k个执行机构的第i组数据的标准输出量，P′ki为第k 个执行机构的第i组数据的输出特征。
在无需对各个执行机构赋权时，上述加权系数均为1即可。
在一些实施例中，步骤120、确定输入特征与对应的输出特征的相关系数，可以通过如下公式得到：
对于每个执行机构，以采集到N组数据为例，则相关系数为
其中，Aki为第k个执行机构的第i组数据的输入特征，Bki为第k 个执行机构的第i组数据的输出特征；μAk是第k个执行机构的N个输入特征的均值，σAk是第k个执行机构的N个输入特征的标准差，μBk是第k个执行机构的N个输出特征的均值，σBk是第k个执行机构的N个输出特征的标准差；ρ(Ak,Bk)为第k个执行机构的相关系数。
在实际的执行中，对于上述计算方式，可以通过数据分析工具，如matlab的一些函数(corrcoef)计算得到同时进行的各操作的输入特征与执行时输出特征之间的相关系数。
在另一些实施例中，步骤120、确定输入特征与对应的输出特征的相关系数，可以通过协方差得到：
ρ(Ak,Bk)＝cov(Ak,Bk)σAkσBk
其中，Aki为第k个执行机构的第i组数据的输入特征，Bki为第k 个执行机构的第i组数据的输出特征；μAk是第k个执行机构的N个输入特征的均值，μBk是第k个执行机构的N个输出特征的均值；σAk是第k个执行机构的N个输入特征的标准差，σBk是第k个执行机构的N个输出特征的标准差，cov(Ak,Bk)为协方差，*代表复共轭；ρ(Ak,Bk)为第k个执行机构的相关系数。
除以上介绍的两种相关系数的计算方式外，可以使用明可夫斯基距离，基于明可夫斯基距离的相似系数为
这是对多个距离度量公式概括性的描述，p的取值不同可以得到不同的度量公式，用于计算两个值的相关系数。
或者使用谷本系数的相似系数度量，基于谷本系数的相似系数计算公式为
在此就不再一一赘述。
在一些实施例中，如图3所示，在通过步骤120得到每个执行机构的相关技术后，还可以借助绘图功能可以进一步汇总不同操作动作、不同工况下各个不同执行机构的线性度来表征其相关性。趋势线的斜率越靠近1，则该执行机构的输入与输出的相关性越高。
如果整台机械装置的复合动作协调性优异，各个执行机构的输入特征与输出特征的相关系数ρ均接近100％；反之，如果因为在完成复合动作时，负载造成有限的流量分配不匀，会影响流量不足的液压缸的运动速度，表现为整机复合动作协调性不佳。
如图2所示，本发明实施例的机械装置的协调性测试方法包括如下步骤：信息采集和预处理，即通过采集设备采集能直观反映操作者需求的原输入量，如手柄行程或直接的输入信号等，将原输入量进行标准化处理得到标准输入量，通过计算占比，得到输入特征，通过采集设备采集执行机构的原输出量，比如液压缸或马达的运动速度，将原输出量进行标准化处理得到标准输出量，通过计算占比，得到输出特征；输入特征和输出特征可以在机械装置所在设备的本地处理，或者传输给边缘服务器处理，或者上传到云端处理；基于输入特征和输出特征进行协调性测试，得到测试结果；基于测试结果可以进行后续处理。
下面描述两个具体的实施方式。
其一，执行机构包括挖掘机的斗杆、动臂和铲斗，目标复合动作为斗杆、动臂和铲斗同时动作。
采集ti时刻斗杆、动臂和铲斗的手柄行程信号xai、xbi、xci作为原输入量，基于行程信号xai、xbi、xci和各自总行程 xamax、xbmax、xcmax，得到标准输入量Pxai、Pxbi、Pxci，
xki为执行机构k的输入量信号，xkmin为执行机构k的输入量的最小值，xkmax为执行机构k的输入量的最大值，Pxki为执行机构k 的第i组数据的标准输入量。
同理，可以得到ti时刻斗杆、动臂和铲斗的液压缸运动速度占速度最大值的比例Pvai、Pvbi、Pvci，作为三个标准输出量。
将三个标准输入量和三个标准输出量分别化为和为1的形式。即
计算斗杆、动臂和铲斗的相关系数ρa、ρb、ρc。绘制如图3所示的散点图。
其二，执行机构包括挖掘机的斗杆、动臂和铲斗，目标复合动作为斗杆、动臂和铲斗同时动作。
采集ti时刻斗杆、动臂和铲斗的手柄行程信号xai、xbi、xci作为原输入量，基于行程信号xai、xbi、xci和各自总行程 xamax、xbmax、xcmax，得到标准输入量Pxai、Pxbi、Pxci，
xki为执行机构k的输入量信号，xkmin为执行机构k的输入量的最小值，xkmax为执行机构k的输入量的最大值，Pxki为执行机构k 的第i组数据的标准输入量。
同理，可以得到ti时刻斗杆、动臂和铲斗的液压缸运动速度占速度最大值的比例Pvai、Pvbi、Pvci，作为三个标准输出量。
将三个标准输入量和三个标准输出量分别化为和为1的形式。但是考虑到在实际工作过程中，认为当动臂、斗杆、铲斗有相同操作量时，铲斗应该获得比实际更高的输出速度，动臂获得比实际更低的操作速度。不改变输入特征占比，在将标准输出量和化为一的时候可以为其赋予加权系数a1,a2,a3，a1<1、,a2＝1、a3>1，即
综上所述，根据本发明实施例的机械装置的协调性测试方法，可以得到各个执行机构在执行复合动作时的输入与输出的相关系数，实现了协调性的量化测试，从而可以减少主观因素在判断协调性时带来的影响；结合相关系数的值以及散点图的分布趋势可以判断不同前置条件下，对应的协调性情况，如在不同负载、不同操作时不同执行部件的具体协调性优劣，为后续的改善协调性方法提供指导意见。
下面对本发明提供的协调性测试装置进行描述，下文描述的协调性测试装置与上文描述的协调性测试方法可相互对应参照。
如图6所示，本发明实施例的机械装置的协调性测试装置包括：第一获取模块610和第一确定模块620。
第一获取模块610，用于获取多个执行机构各自的输入特征，和与输入特征对应的输出特征；
第一确定模块620，用于确定输入特征与对应的输出特征的相关系数，相关系数用于表征协调性测试结果。
根据本发明实施例的机械装置的协调性测试装置，通过提取输入特征和输出特征，并确定其相关系数，可以实现对协调性的定量测试，从而可以根据测试结果，帮助准确改善机械装置的协调性。
在一些实施例中，第一获取模块610，还用于采集多个执行机构各自的原输入量，和与输入特征对应的原输出量；将原输入量和原输出量进行标准化处理，得到标准输入量和标准输出量；确定各标准输入量占全部标准输入量的占比，得到输入占比，以输入占比作为输入特征，确定各标准输出量占全部标准输出量的占比，得到输出占比，以输出占比作为输出特征。
在一些实施例中，第一获取模块610，还用于对各标准输出量赋权，并确定赋权后的各标准输出量占赋权后的全部标准输出量的占比。
在一些实施例中，第一获取模块610，还用于通过离差标准化，得到标准输入量和标准输出量。
在一些实施例中，该装置还包括：判断模块，用于若相关系数不小于目标系数，确定机械装置执行目标复合动作的协调性合格；若相关系数小于目标系数，确定机械装置执行目标复合动作的协调性不合格。
在一些实施例中，该装置还包括：确定模块，用于基于多个执行机构对应的相关系数，确定相关系数最小的执行机构为备选优化目标。
本发明还公开了一种工程机械，该工程机械包括：用于执行目标复合动作的多个执行机构以及上述协调性测试装置。
该工程机械可以为挖掘机、起重机、铲车等。
下面结合图4-图5描述本发明的机械装置的故障诊断方法。
机械装置包括多个执行机构，多个执行机构用于执行目标复合动作，执行机构可以为液压缸、液压马达、电机或气压缸等。
如图4所示，本发明提供的机械装置的故障诊断方法，包括：步骤110、步骤120、步骤430、步骤440、步骤450和步骤460。
步骤430、基于机械装置，确定与机械装置对应的数字孪生系统；
数字孪生系统通过集成机械部件模块、液压系统模块、电子及控制模块，形成一台与真实机械装置在物理数学模型上都一致的虚拟设备。且该数字孪生系统集成有用于执行协调性测试方法的模块。
步骤110和步骤120的具体实现方式可以参考上述机械装置的协调性测试方法的描述，最后得到机械装置执行目标复合动作时的相关系数；
步骤440、将输入特征输入至数字孪生系统，得到仿真输出特征；
需要说明的是，将步骤110中得到的输入特征，也输入至数字孪生系统，可以得到仿真输出特征。
步骤450、确定输入特征与对应的仿真输出特征的仿真相关系数；
该步骤的执行方式可以与步骤120相同，这样可以得到在数字孪生系统中，在当前工况下，输入与输出之间的仿真相关系数。
步骤460、基于仿真相关系数和相关系数，确定故障诊断结果。
该步骤是将实时确定的相关系数与仿真相关系数比较，通过比较二者的差异性，可以得到故障诊断结果，特别是可以得到协调性方面的故障诊断结果。
在实际的执行中，可以将仿真相关系数与对应的相关系数作差或求比值，并与目标阈值比较。
需要说明的是，在实际故障征兆不明显的情况下，通过常规维护方式，很难发现该故障，而通过上述仿真相关系数和相关系数的对比们可以及时进行故障定位和提示。
根据本发明实施例的机械装置的故障诊断方法，通过预先构建的数字孪生系统，比较实时确定的相关系数与仿真相关系数，可以及时进行故障定位和提示，诊断灵敏度高。
如图5所示，本发明实施例的机械装置的故障诊断方法包括如下步骤。
在实体机械装置侧：信息采集和预处理，即通过采集设备采集能直观反映操作者需求的原输入量，如手柄行程或直接的输入信号等，将原输入量进行标准化处理得到标准输入量，通过计算占比，得到输入特征，通过采集设备采集执行机构的原输出量，比如液压缸或马达的运动速度，将原输出量进行标准化处理得到标准输出量，通过计算占比，得到输出特征；输入特征和输出特征可以在机械装置所在设备的本地处理，或者传输给边缘服务器处理，或者上传到云端处理；基于输入特征和输出特征进行协调性测试，得到测试结果。
在数字孪生系统侧：虚拟仿真设备运行模拟，并进行协调性测试，然后基于两侧的测试结果，进行故障诊断。
下面描述一种故障诊断方法的具体实施例。
执行机构包括挖掘机的斗杆、动臂和铲斗，目标复合动作为斗杆、动臂和铲斗同时动作。
采集ti时刻斗杆、动臂和铲斗的手柄行程信号xai、xbi、xci作为原输入量，基于行程信号xai、xbi、xci和各自总行程 xamax、xbmax、xcmax，得到标准输入量Pxai、Pxbi、Pxci，
xki为执行机构k的输入量信号，xkmin为执行机构k的输入量的最小值，xkmax为执行机构k的输入量的最大值，Pxki为执行机构k 的第i组数据的标准输入量。
同理，可以得到ti时刻斗杆、动臂和铲斗的液压缸运动速度占速度最大值的比例Pvai、Pvbi、Pvci，作为三个标准输出量。
在本实施例中，加权系数均为1，将三个标准输入量和三个标准输出量分别化为和为1的形式。即
计算斗杆、动臂和铲斗的相关系数ρa、ρb、ρc。绘制如图3所示的散点图。
通过对手柄行程、液压缸速度的实时采集、上传、处理计算可以得到挖机的实时协调性变化。同时，将相同的手柄行程(输入特征) 到数字孪生系统，通过运行也可以得到一组对应的仿真相关系数ρ′a、ρ′b、ρ′c。当机械装置无故障时，两组相关性数据应当保持相似，但如果相关系数与仿真相关系数的差异度较大，则表明机械装置出现故障。
综上所述，根据本发明实施例的机械装置的故障方法，可以得到各个执行机构在执行复合动作时的输入与输出的相关系数，实现了协调性的量化测试，从而可以减少主观因素在判断协调性时带来的影响；结合相关系数的值以及散点图的分布趋势可以判断不同前置条件下，对应的协调性情况，如在不同负载、不同操作时不同执行部件的具体协调性优劣，为后续的改善协调性方法提供指导意见；结合数字孪生系统，可以实时反映挖掘机协调性情况，进行故障定位，或是在故障行为不明显的时候通过协调性的变化进行预警。
下面对本发明提供的机械装置的故障诊断装置进行描述，下文描述的机械装置的故障诊断装置与上文描述的机械装置的故障诊断方法可相互对应参照。
如图7所示，机械装置的故障诊断包括：第一仿真模块730、协调性测试装置710、第一计算模块740、第二计算模块750和第一诊断模块760
第一仿真模块730，用于基于机械装置，确定与机械装置对应的数字孪生系统；
协调性测试装置710，用于执行如上述任一实施例的机械装置的协调性测试方法，得到机械装置执行目标复合动作时的相关系数；
第一计算模块740，用于将输入特征输入至数字孪生系统，得到仿真输出特征；
第二计算模块750，用于确定输入特征与对应的仿真输出特征的仿真相关系数；
第一诊断模块760，用于基于仿真相关系数和相关系数，确定故障诊断结果。
根据本发明实施例的机械装置的故障诊断装置，通过预先构建的数字孪生系统，比较实时确定的相关系数与仿真相关系数，可以及时进行故障定位和提示，诊断灵敏度高。
图8示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图8所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)810、通信接口(Communications Interface)820、存储器(memory)830和通信总线840，其中，处理器810，通信接口820，存储器830通过通信总线840完成相互间的通信。处理器810可以调用存储器830中的逻辑指令，以执行机械装置的协调性测试方法，机械装置包括用于执行目标复合动作的多个执行机构，该方法包括：获取多个执行机构各自的输入特征，和与输入特征对应的输出特征；确定输入特征与对应的输出特征的相关系数，相关系数用于表征协调性测试结果；或者执行机械装置的故障诊断方法，机械装置包括用于执行目标复合动作的多个执行机构，该方法包括：基于机械装置，确定与机械装置对应的数字孪生系统；通过前述协调性测试方法，得到机械装置执行目标复合动作时的相关系数；将输入特征输入至数字孪生系统，得到仿真输出特征；确定输入特征与对应的仿真输出特征的仿真相关系数；基于仿真相关系数和相关系数，确定故障诊断结果。
此外，上述的存储器830中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的机械装置的协调性测试方法，机械装置包括用于执行目标复合动作的多个执行机构，该方法包括：获取多个执行机构各自的输入特征，和与输入特征对应的输出特征；确定输入特征与对应的输出特征的相关系数，相关系数用于表征协调性测试结果；或者执行机械装置的故障诊断方法，机械装置包括用于执行目标复合动作的多个执行机构，该方法包括：基于机械装置，确定与机械装置对应的数字孪生系统；通过前述协调性测试方法，得到机械装置执行目标复合动作时的相关系数；将输入特征输入至数字孪生系统，得到仿真输出特征；确定输入特征与对应的仿真输出特征的仿真相关系数；基于仿真相关系数和相关系数，确定故障诊断结果。
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各提供的机械装置的协调性测试方法，机械装置包括用于执行目标复合动作的多个执行机构，该方法包括：获取多个执行机构各自的输入特征，和与输入特征对应的输出特征；确定输入特征与对应的输出特征的相关系数，相关系数用于表征协调性测试结果；或者执行机械装置的故障诊断方法，机械装置包括用于执行目标复合动作的多个执行机构，该方法包括：基于机械装置，确定与机械装置对应的数字孪生系统；通过前述协调性测试方法，得到机械装置执行目标复合动作时的相关系数；将输入特征输入至数字孪生系统，得到仿真输出特征；确定输入特征与对应的仿真输出特征的仿真相关系数；基于仿真相关系数和相关系数，确定故障诊断结果。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (12)
1.一种机械装置的协调性测试方法，其特征在于，所述机械装置包括用于执行目标复合动作的多个执行机构，所述方法包括：
获取所述多个执行机构各自的输入特征，和与所述输入特征对应的输出特征；
确定所述输入特征与对应的所述输出特征的相关系数，所述相关系数用于表征协调性测试结果。
2.根据权利要求1所述的机械装置的协调性测试方法，其特征在于，所述获取所述多个执行机构各自的输入特征，和与所述输入特征对应的输出特征，包括：
采集所述多个执行机构各自的原输入量，和与所述输入特征对应的原输出量；
将所述原输入量和所述原输出量进行标准化处理，得到标准输入量和标准输出量；
确定各标准输入量占全部标准输入量的占比，得到输入占比，以所述输入占比作为所述输入特征，确定各标准输出量占全部标准输出量的占比，得到输出占比，以所述输出占比作为所述输出特征。
3.根据权利要求2所述的机械装置的协调性测试方法，其特征在于，所述确定各标准输出量占全部标准输出量的占比，包括：
对各标准输出量赋权，并确定赋权后的各标准输出量占赋权后的全部标准输出量的占比。
4.根据权利要求2所述的机械装置的协调性测试方法，其特征在于，所述将所述原输入量和所述原输出量进行标准化处理，得到标准输入量和标准输出量，包括：
通过离差标准化，得到标准输入量和标准输出量。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的机械装置的协调性测试方法，其特征在于，还包括：
若所述相关系数不小于目标系数，确定所述机械装置执行目标复合动作的协调性合格；
若所述相关系数小于目标系数，确定所述机械装置执行目标复合动作的协调性不合格。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的机械装置的协调性测试方法，其特征在于，还包括：
基于多个所述执行机构对应的相关系数，确定相关系数最小的所述执行机构为备选优化目标。
7.一种机械装置的故障诊断方法，其特征在于，所述机械装置包括用于执行目标复合动作的多个执行机构，所述方法包括：
基于所述机械装置，确定与所述机械装置对应的数字孪生系统；
通过如权利要求1-6中任一项所述的机械装置的协调性测试方法，得到所述机械装置执行目标复合动作时的相关系数；
将所述输入特征输入至所述数字孪生系统，得到仿真输出特征；
确定所述输入特征与对应的所述仿真输出特征的仿真相关系数；
基于所述仿真相关系数和所述相关系数，确定故障诊断结果。
8.一种机械装置的协调性测试装置，其特征在于，所述机械装置包括用于执行目标复合动作的多个执行机构，所述装置包括：
第一获取模块，用于获取所述多个执行机构各自的输入特征，和与所述输入特征对应的输出特征；
第一确定模块，用于确定所述输入特征与对应的所述输出特征的相关系数，所述相关系数用于表征协调性测试结果。
9.一种工程机械，其特征在于，包括：
如权利要求8所述的协调性测试装置；
用于执行所述目标复合动作的多个所述执行机构。
10.一种机械装置的故障诊断装置，其特征在于，所述机械装置包括用于执行目标复合动作的多个执行机构，所述装置包括：
第一仿真模块，用于基于所述机械装置，确定与所述机械装置对应的数字孪生系统；
协调性测试装置，用于执行如权利要求1-6中任一项所述的机械装置的协调性测试方法，得到所述机械装置执行目标复合动作时的相关系数；
第一计算模块，用于将所述输入特征输入至所述数字孪生系统，得到仿真输出特征；
第二计算模块，用于确定所述输入特征与对应的所述仿真输出特征的仿真相关系数；
第一诊断模块，用于基于所述仿真相关系数和所述相关系数，确定故障诊断结果。
11.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-6中任一项所述的机械装置的协调性测试方法或如权利要求7所述的机械装置的故障诊断方法的步骤。
12.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-6中任一项所述的机械装置的协调性测试方法或如权利要求7所述的机械装置的故障诊断方法的步骤。
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