CN112836940B - 耐久性能指标长期趋势与局部波动的协同可视化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐久性能指标长期趋势与局部波动的协同可视化方法，具体包括以下步骤：步骤1，采集耐久性能指标的测试数据，将测试数据按时间序列排序获得测试数据集；步骤2，计算各时刻测试数据的趋势值；步骤3，按照时间间隔对测试数据进行分段，计算每段测试数据的变异系数和偏度；步骤4，以测试过程持续时长为横坐标，测试数据的趋势值为纵坐标绘制曲线，按照偏度的大小和正负在曲线上绘制分割线，对耐久性能指标测试数据进行可视化展示；本发明能够直观展示各耐久性能指标的测试过程，方便了解测试过程中耐久性能的变化趋势及各测试时段内性能的波动情况，以便对耐久性能进行具体分析，获得更为准确的测试结果。

Description

耐久性能指标长期趋势与局部波动的协同可视化方法

技术领域

本发明属于数据可视化处理技术领域，特别是涉及一种耐久性能指标长期趋势与局 部波动的协同可视化方法。

背景技术

近年来，工业4.0已经成全球的主要话题，随着物联网和CPS等新兴技术的广泛应用，各种来源的工业过程数据呈指数增长，人们在处理数据分析方面面临着前所未有的 挑战，可视化技术作为解释和理解复杂数据的一种重要技术，越来越多被引入到工业数 据分析场景中，以提高工作效率、促进工艺创新。

以汽车起动机耐久性试验为背景提出一种可视化分析方法，用于理解大规模长期耐 久性试验数据的长期趋势和局部波动；耐久性试验是指对部件、子系统进行长期或复制的服务条件，以验证产品设计，并在产品开发早期确定使用寿命的过程，耐久性试验通 常会产生大量的试验数据，这些数据包含了与试件工作装填、耐久性能相关的丰富信息， 物联网、CPS等的广泛应用使这些数据很容易从智能工厂中获取、传输和共享，然而由 于缺乏有效的数据分析方法和工具，这些数据往往被忽视。

测试人员和工程师在分析和理解耐久性试验数据时，无法对多组测试指标的测试数 据进行比较，也无法了解耐久性能的总体变化趋势和局部波动情况，不能及时找出测试中的异常情况，所以亟须提供一种可视化界面帮助测试人员完成分析任务，以全面了解 耐久性能测试数据。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐久性能指标长期趋势与局部波动的协同可视化方法， 通过对大规模的耐久性测试数据进行分析处理，绘制出一种新型蜈蚣图，在有限的视图 内有效地呈现测试数据的长期变化趋势和局部波动情况，能据此及时找出测试中的异常 情况。

本发明所采用的技术方案是，耐久性能指标长期趋势与局部波动的协同可视化方法， 包括以下步骤：

步骤1，采集第i个耐久性能指标的测试数据，将测试数据按照时间序列进行排序，获得第i个耐久性能指标的测试数据集T_i，T_i＝{a_i1,…,a_it,…,a_in}，其中a_it为第i个耐久性能 指标在t时刻的测试值，n为测试过程持续时长；

步骤2，计算耐久性能指标在每个时刻的趋势值；

步骤3，按照时间间隔将耐久性能指标的测试数据集分段，计算每段测试数据的变异 系数和偏度；

步骤4，以测试过程持续时长为横坐标，耐久性能指标测试数据的趋势值为纵坐标绘 制曲线，根据各段测试数据偏度的正负和大小在曲线上绘制分割线，分割线的高度为变异系数的大小，对耐久性能指标测试数据进行可视化展示。

进一步的，步骤2中使用公式(1)计算耐久性能指标测试数据在各时刻的趋势值：

tr_it为第i个耐久性能指标在t时刻的趋势值，分别为第i个耐久性 能指标在/>时刻、/>时刻、/>时刻的测试数据。

进一步的，步骤3中使用公式(2)计算各段测试数据的变异系数，使用公式(3) 计算计算各段测试数据的偏度；

其中c_vk为第k段耐久性能指标测试数据的变异系数，σ_k为第k段耐久性能测试数据的标准差，μ_k为第k分段耐久性能测试数据的平均值，f_sk为第k段耐久性能指标测试数 据的偏度，m为时间间隔的长度。

进一步的，所述步骤4中绘制蜈蚣图的过程如下：

步骤41，在时间窗口内以测试过程持续时长为横坐标，以耐久性能指标测试数据的 趋势值为纵坐标，绘制折线图；

步骤42，按照时间间隔将折线分段，根据各段测试数据的偏度正负绘制分割线，偏度为正时分割线朝上，偏度为负时分割线朝下，分割线的粗细为偏度的绝对值大小，分 割线的高度为变异系数的大小。

本发明的有益效果是：本发明通过绘制曲线展示耐久性能指标的长期发展趋势，可 以有效消除局部波动的影响，使用无量纲量变异系数表示分段上耐久性能指标的局部波 动程度，便于比较多组量纲不同数据的波动情况，本发明将分段上耐久测试数据偏度的正负和大小分别映射为曲线的方向和粗细，以直观清晰地观察该分段测试指标的分布、 波动情况，降低了视觉紊乱，能更直观地展示耐久性能测试数据的变化情况，方便用户 了解、分析耐久性能的变化趋势和各时段内的波动情况，获得更为准确的测试结果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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是本发明的流程图。

图2是本发明实施例Ps-MAX指标的测试数据可视图。

图3是本发明实施例Ps-MAX指标和Is-MAX-MSEC指标的测试数据可视图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整 地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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。

如图1所示，耐久性能指标长期趋势与局部波动的协同可视化方法，包括以下步骤：

步骤1，采集第i个耐久性能指标的测试数据，将测试数据按照时间序列排序，获得第i个耐久性能指标的测试数据集T_i，T_i＝{a_i1,…,a_it,…,a_in}，其中a_it为第i个耐久性能指标 在t时刻的测试值，n为测试过程持续时长；

步骤2，使用公式(1)计算耐久性能指标的测试数据在测试中每个时刻的趋势值，得到趋势值数据集T_i′＝{tr_i1,…,tr_it,…tr_in}；

其中tr_it表示t时刻第i个耐久性能指标的测试数据趋势值，分别 为第i个耐久性能指标在/>时刻、/>时刻、/>时刻的测试数据；

步骤3，使用时间间隔将耐久性能指标测试数据集分段，使用公式(2)计算各段测试数据的变异系数，用于表征该段耐久性能测试数据的局部波动度，使用公式(3)计算 各段测试数据的偏度，用于表示该段耐久性能测试数据的波动方向；

其中c_vk为第k段耐久性能测试数据的变异系数，σ_k为第k段耐久性能测试数据的标准差，μ_k为第k段耐久性能测试数据的平均值，f_sk为第k段耐久性能测试数据的偏度，m 为各段时间间隔的长度，f_sk＝0表示第k段耐久性能测试数据呈正态分布，f_sk＞0表示第k 段耐久性能测试数据呈正偏态分布，f_sk＜0表示第k段耐久性能测试数据呈负偏态分布；

步骤4，绘制新型蜈蚣图对耐久数据的趋势值和局部波动度进行可视化展示；

步骤41，在时间窗口内以测试过程持续时长n为横坐标，设置时间窗口的滑动步长为1，以耐久性能指标测试数据的趋势值为纵坐标，绘制坐标点，将各坐标点连接形成折 线图，用于展示第i个耐久性能指标在测试过程中的总体变化趋势情况；

步骤42，根据每段耐久性能测试数据的偏度正负，在时间窗口内的时间间隔处绘制 分割线，偏度为正则分割线朝上，偏度为负则分割线朝下；

将每段耐久性能测试数据的变异系数表示为分割线的高度，代表该段耐久性能测试 数据的波动程度，将偏度的绝对值大小表示为分隔线的粗细，代表该段耐久性能测试数据正偏或负偏的程度大小，得到耐久性能指标长期趋势与局部波动的协同可视化视图。

使用本发明可以分别对多个耐久性能指标进行可视化展示，还可以使用双坐标轴将 两个相互关联的耐久性能指标展示在同一窗口内，此时可使用不同颜色填充每个耐久性 能指标的波动面积，便于区分和直观展示，方便用户了解零件在耐久性能测试过程的性能变化情况及某一时段内的性能波动情况，以便对测试过程进行具体分析，获得更为准 确的耐久性能测试结果。

实施例

使用本发明对25万次耐久性能测试数据进行可视化显示的过程如下：

步骤1，耐久性能测试数据包括对两个耐久性能指标Ps_MAX和Is_MAX_MSEC的测试数据，对测试数据进行预处理生成耐久性能测试数据集合T＝{T₁,T₂}，其中 T₁＝{a₁₁,a₁₂,…,a_1t，…,a_{1 250000}}，T₂＝{a₂₁,a₂₂,…,a_2t，…,a_{2 250000}}，a_1t为第1个耐久性能指标在t时刻的测试值，a_2t为第2个耐久性能指标在t时刻的测试值；

步骤2，计算集合T₁、集合T₂中每一个元素的趋势值tr_1t、tr_2t，tr_1t为a_1t的趋势值，tr_2t为a_2t的趋势值，得到趋势数据集T₁′＝{tr₁₁,tr₁₂,…,tr_1t，…,tr_{1 250000}}、 T₂′＝{tr₂₁,tr₂₂,…,tr_2t，…,tr_{2 250000}}，所述

步骤3，以时间间隔长度2000将测试数据集T₁、T₂划分为若干段，计算T₁、T₂中各 段测试数据的变异系数c_vk及偏度f_sk，

步骤4，以时间为横坐标、以耐久性能指标测试数据的趋势值为纵坐标绘制坐标点， 连接各坐标点形成折线图，即为各耐久性能指标测试数据的总体变化趋势；在偏度为正 的分段上，以趋势变化线为起点绘制向上的分割线，在偏度为负的分段上，以趋势变化线为起点绘制向下的分割线，将偏度的绝对值大小表示为分割线的粗细，将变异系数的 大小表示为各分割线的高度，连接各分割线的末端形成波动线，在波动线与趋势变化线 形成的区域内填充颜色，得到图2和图3。

图2是根据耐久性能指标Ps-MAX测试数据绘制的趋势波动图，该指标是起动机在一 次启动试验中的最大输出功率，由图2可知随着起动机启动次数的增多，起动机的输出功率呈缓慢下降趋势，这是由于起动机每次启动时都会产生微小的磨损，所以在整个测 试期间起动机的工作能力在小范围缓慢下降，而起动机的输出功率在试验过程中的波动 逐渐减小趋于平稳，说明起动机的输出功率经过早期的磨合期后趋于稳定，此外可以看 出图2中向上的分割线比向下的多，这表明起动机耐久性试验过程中有更多的正偏波动， 与整体下降趋势相对应。

图3是耐久性能指标Is-MAX-MSEC的变化趋势和波动图，该指标是起动机主电路达到的最大电流，可以反映起动机从休息状态到工作状态的反应时间，由Is-MAX-MSEC的 总体变化趋势可以观察到经过早期磨合期后，该指标呈缓慢上升趋势，这是由于电磁开 关老化导致的起动机反应时间延长；此外，从图3还可以观察到Is-MAX-MSEC指标的局 部波动明显少于Ps-MAX指标的明显波动，但是Is-MAX-MSEC指标的测试数据在60000次 测试到67000次测试间有一个明显的局部波动，说明该时间段内可能发生了非典型性启 动测试，由图3还可知本发明能够使用双坐标轴对比显示两种单位不同、大小差异的耐 久性能指标，以便测试人员查找异常测试数据，综合进行评判。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分 互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法 实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本 发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.耐久性能指标长期趋势与局部波动的协同可视化方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，采集第i个耐久性能指标的测试数据，将测试数据按照时间序列进行排序，获得第i个耐久性能指标的测试数据集T_i，T_i＝{a_i1,…,a_it,…,a_in}，其中a_it为第i个耐久性能指标在t时刻的测试值，n为测试过程持续时长；

步骤2，计算耐久性能指标在每个时刻的趋势值；

步骤3，按照时间间隔将耐久性能指标的测试数据集分段，计算每段测试数据的变异系数和偏度；

步骤4，以测试过程持续时长为横坐标，耐久性能指标测试数据的趋势值为纵坐标绘制曲线，根据各段测试数据偏度的正负和大小在曲线上绘制分割线，分割线的高度为变异系数的大小，对耐久性能指标测试数据进行可视化展示；

步骤2中使用公式(1)计算耐久性能指标测试数据在各时刻的趋势值：

tr_it为第i个耐久性能指标在t时刻的趋势值，分别为第i个耐久性能指标在/>时刻、/>时刻、/>时刻的测试数据；

步骤3中使用公式(2)计算各段测试数据的变异系数，使用公式(3)计算计算各段测试数据的偏度；

其中c_vk为第k段耐久性能指标测试数据的变异系数，σ_k为第k段耐久性能测试数据的标准差，μ_k为第k分段耐久性能测试数据的平均值，f_sk为第k段耐久性能指标测试数据的偏度，m为时间间隔的长度；

所述步骤4中绘制蜈蚣图的过程如下：

步骤41，在时间窗口内以测试过程持续时长为横坐标，以耐久性能指标测试数据的趋势值为纵坐标，绘制折线图；

步骤42，按照时间间隔将折线分段，根据各段测试数据的偏度正负绘制分割线，偏度为正时分割线朝上，偏度为负时分割线朝下，分割线的粗细为偏度的绝对值大小，分割线的高度为变异系数的大小。