工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與phm課件

1、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與高端裝備健康管理,201804,參考書目,目錄,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的前世今生什么是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)？工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)有何特點？工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)解決什么問題？工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)及架構(gòu)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用場景及典型案例應(yīng)用場景典型案例高端裝備的健康管理健康管理定義健康管理的關(guān)鍵技術(shù)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的機(jī)遇與挑戰(zhàn)機(jī)遇挑戰(zhàn),什么是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)？,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是基于工業(yè)數(shù)據(jù)，運用大數(shù)據(jù)技術(shù)，貫穿于工業(yè)生產(chǎn)的設(shè)計、

2、工藝、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等全生命周期，使工業(yè)系統(tǒng)具備描述、診斷、預(yù)測、決策、控制等智能化功能的模式和結(jié)果。,回顧工業(yè)發(fā)展歷史,1860年代-19世紀(jì)中,19世紀(jì)中-20世紀(jì)初,20世紀(jì)四五十年代-現(xiàn)在,現(xiàn)在-未來,工業(yè)1.0機(jī)械化,工業(yè)2.0電氣化與自動化,工業(yè)3.0信息化與數(shù)字化,工業(yè)4.0智能化與物聯(lián)網(wǎng),信息化時代的發(fā)展歷程,大數(shù)據(jù)發(fā)展歷程,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的誕生,工業(yè)4.0的基礎(chǔ)架構(gòu),企業(yè)運營層,基礎(chǔ)平臺,設(shè)備連接層,工業(yè)2025

3、的內(nèi)涵,一個網(wǎng)絡(luò)，二個主題，三個集成,CPS網(wǎng)絡(luò),,智慧工廠與智能生產(chǎn),,,智能生產(chǎn)系統(tǒng),實時感知,優(yōu)化決策,動態(tài)執(zhí)行,三個集成,工業(yè)4.0四化特征,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的特點,數(shù)據(jù)來源,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)全景視圖,大數(shù)據(jù)解決什么問題？,大數(shù)據(jù)如何解決問題？,發(fā)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)中的質(zhì)量缺陷，設(shè)備故障，銷售下滑等,從5M要素獲取數(shù)據(jù)，通過建模發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中有價值的信息，提出解決方案,新的解決方案應(yīng)用指導(dǎo)工業(yè)生產(chǎn)，形成新的生產(chǎn)力,目錄,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的前世今生什么

4、是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)？工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)有何特點？工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)解決什么問題？工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)及架構(gòu)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用場景及典型案例應(yīng)用場景典型案例高端裝備的健康管理健康管理定義健康管理的關(guān)鍵技術(shù)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的機(jī)遇與挑戰(zhàn)機(jī)遇挑戰(zhàn),工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu),九大支柱技術(shù),云計算技術(shù),工業(yè)物聯(lián)網(wǎng),人工智能-圖靈測試,虛擬現(xiàn)實,工業(yè)網(wǎng)絡(luò)安全,3D打印,知識工作流自動化,工業(yè)機(jī)器人,大數(shù)據(jù)技術(shù),目錄,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)

5、的前世今生什么是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)？工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)有何特點？工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)解決什么問題？工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)及架構(gòu)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用場景及典型案例應(yīng)用場景典型案例高端裝備的健康管理健康管理定義健康管理的關(guān)鍵技術(shù)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的機(jī)遇與挑戰(zhàn)機(jī)遇挑戰(zhàn),工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景,案例1：海爾數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化生產(chǎn)線,圍繞用戶價值，實現(xiàn)全流程端對端互聯(lián)，對家電制造業(yè)進(jìn)行水平整合和垂直整合，打造冰箱、空調(diào)、洗衣機(jī)等家電互

6、聯(lián)型智能工廠三層互聯(lián)：用戶、企業(yè)和資源連接實現(xiàn)內(nèi)外互聯(lián)、信息互聯(lián)、虛實互聯(lián)三個轉(zhuǎn)變：內(nèi)部評價=》用戶評價；采購零件=》模塊供貨方參與設(shè)計的模塊采購；各方博弈關(guān)系=》價值共同體共創(chuàng)共享海爾洗衣機(jī)互聯(lián)工廠在50萬用戶參與交互中，從79個模塊方案中確定2個最佳組合投產(chǎn)。設(shè)計的水晶滾筒洗衣機(jī)能耗比歐洲A+++標(biāo)準(zhǔn)節(jié)能40%2013～2014年，海爾累計裁掉2.6萬名員工，2014年海爾銷售收入增長11%，利潤增長39%。2015年初海爾

7、家電出口逆勢增29%,案例2：空氣壓縮機(jī)喘振預(yù)測分析,案例3：工廠機(jī)器人健康預(yù)測分析,案例四：服裝定制制造業(yè)典范(紅領(lǐng)),2014年，以零庫存實現(xiàn)150%的業(yè)績增長大規(guī)模定制生產(chǎn)，每天能設(shè)計、生產(chǎn)2000種不同的個性化定制產(chǎn)品公司核心競爭力是一套大數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)，任何一項數(shù)據(jù)的變動能驅(qū)動其余9000多項數(shù)據(jù)的同步變動10年時間自主研發(fā)由不同體型身材尺寸集合而成的大數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)2014年5月 CCTV 新聞聯(lián)播 3分鐘報道；張、馬參

8、觀后震驚,目錄,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的前世今生什么是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)？工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)有何特點？工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)解決什么問題？工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)及架構(gòu)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用場景及典型案例應(yīng)用場景典型案例高端裝備的健康管理健康管理定義健康管理的關(guān)鍵技術(shù)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的機(jī)遇與挑戰(zhàn)機(jī)遇挑戰(zhàn),健康管理（PHM）定義,故障預(yù)測與健康管理（PHM）技術(shù)作為實現(xiàn)武器裝備基于狀態(tài)的維修（CBM）、自主式保障、感知與響應(yīng)后勤等新

9、思想、新方案的關(guān)鍵技術(shù)，受到美英等軍事強(qiáng)國的高度重視和推廣應(yīng)用。包括兩層含義，一是故障預(yù)測，即預(yù)先診斷部件或系統(tǒng)完成其功能的狀態(tài)，確定部件正常工作的時間長度；二是健康管理，即根據(jù)診斷/預(yù)測信息、可用資源和使用需求對維修活動做出適當(dāng)決策的能力。,PHM與醫(yī)學(xué)類比,醫(yī)學(xué) 工程 疾病診斷 故障診斷

10、通過觀測、化驗和醫(yī)療儀器, 通過傳感器、信號處理和檢測儀 結(jié)論由醫(yī)生給出 結(jié)論由診斷軟件給出 多科會診 綜合診斷 多科醫(yī)生一同診斷當(dāng)前疾病 運用多種診斷技術(shù)診斷當(dāng)前故障 疾病預(yù)防與保健

11、 故障預(yù)測與健康管理 體檢、疾病預(yù)測、保健體系 健康監(jiān)測、高級故障診斷、故障/壽命預(yù)測 (健康、亞健康、疾病、壽命預(yù)測） (健康、亞健康、故障、部件壽命預(yù)測）,PHM技術(shù)發(fā)展階段,發(fā)展階段：,應(yīng)用層次：,部件級,,分系統(tǒng)級,,系統(tǒng)集成（區(qū)域管理器）,PHP出現(xiàn)的技術(shù)基礎(chǔ),需求牽引：系統(tǒng)復(fù)雜性、信息化和綜合化程度大幅度提高 裝備維修保障工作

12、重點已由傳統(tǒng)的以機(jī)械修復(fù)為主，逐步轉(zhuǎn)變?yōu)橐孕畔⒌墨@取、處理和傳輸并做出維修決策為主。以往的事后維修和定期維修已經(jīng)無法很好地滿足現(xiàn)代戰(zhàn)爭和武器裝備對裝備保障的要求，在這種情況下，美軍20世紀(jì)90年代末引入民用領(lǐng)域的CBM, 作為一項戰(zhàn)略性的裝備保障策略，其目的是對裝備狀態(tài)進(jìn)行實時的或近實時的監(jiān)控，根據(jù)裝備的實際狀態(tài)確定最佳維修時機(jī)，以提高裝備的可用度和任務(wù)可靠性。 技術(shù)推動：大數(shù)據(jù)技術(shù)、高速傳輸和處理、信息融合、MEMS、網(wǎng)絡(luò)等信息技術(shù)

13、和高新技術(shù)的迅速發(fā)展。契機(jī)：美軍重大項目F-35聯(lián)合攻擊機(jī)（JSF）項目的啟動。,健康診斷與故障預(yù)測流程,PHM的主要技術(shù)組成,PHP系統(tǒng)技術(shù)特征,通過測試和計算關(guān)鍵部件的剩余壽命來主動地監(jiān)視系統(tǒng)的健康狀態(tài)健康信息用于優(yōu)化維修活動及后勤保障最好PHM系統(tǒng)勿需增加傳感器,從已有的傳感器獲取健康信息基本方法是將傳感器測到的對象系統(tǒng)的響應(yīng)與該系統(tǒng)模型的響應(yīng)做比較使用老化模型計算關(guān)鍵部件的剩余壽命用理論推導(dǎo)方法或?qū)μ囟ú糠肿瞿p試驗

14、得到老化模型,故障診斷與預(yù)測技術(shù),基于數(shù)學(xué)模型的故障檢測與診斷方法特點是必須將故障數(shù)學(xué)模型化，有時建立模型很困難不依賴實例和經(jīng)驗，適用于新的沒有成熟經(jīng)驗的診斷基于參數(shù)估計的故障檢測與診斷方法特點是須先確定一個信任域，當(dāng)參數(shù)超出域時認(rèn)為故障適用于故障能由參數(shù)的顯著變化來描述的診斷基于信號處理的故障檢測與診斷方法通過對檢測信號的分析處理，利用特征信號對故障進(jìn)行識別和診斷。典型方法：小波變換、模態(tài)分解等基于知識的故障檢測與診斷

15、方法不需精確的數(shù)學(xué)模型，能模擬人的思維過程，具有自學(xué)習(xí)、自組織、自推理能力,故障診斷與預(yù)測技術(shù),基于實例的故障檢測與診斷方法是一種使用過去的經(jīng)驗實例指導(dǎo)解決新問題的方法優(yōu)點是不需從實例中提取規(guī)則，求解快；不足是能搜集的實例是有限的，求解時可能出現(xiàn)誤診或漏診基于模糊理論的故障檢測與診斷方法征兆的描述、故障與征兆的關(guān)系往往具有模糊特性，模糊語言變量能更準(zhǔn)確地表示這種模糊性的征兆和故障問題在于知識獲取困難：如何確定故障與征兆間的模

16、糊規(guī)則；如何實現(xiàn)模糊語言變量與隸屬度間的推理轉(zhuǎn)換基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障檢測與診斷方法利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)想、推理和記憶能力進(jìn)行知識處理適用于復(fù)雜多模式的診斷，有離線和在線診斷兩種方式,機(jī)器學(xué)習(xí)在PHM中應(yīng)用,故障診斷智能化水平與系統(tǒng)的機(jī)器學(xué)習(xí)能力密切相關(guān)，機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)是提高智能故障診斷能力主要途徑：知識獲取技術(shù)深淺知識集成表示方法規(guī)則更新方法4機(jī)器學(xué)習(xí)策略,機(jī)器學(xué)習(xí)-知識獲取技術(shù),知識獲取是構(gòu)造智能診斷系統(tǒng)的一個“瓶頸”問題傳統(tǒng)

17、的知識獲取方法：通過知識工程師獲取知識通過知識編輯器獲取知識通過學(xué)習(xí)程序獲取知識復(fù)雜設(shè)備的智能故障診斷系統(tǒng)，知識獲取方法：從文本文獻(xiàn)資料直接獲取知識專家與診斷系統(tǒng)交互獲取知識從經(jīng)驗或現(xiàn)有知識中學(xué)習(xí)獲取知識,機(jī)器學(xué)習(xí)-深淺知識集成表示,一般說來，淺知識（人類專家的經(jīng)驗知識）的知識表達(dá)直觀、形式統(tǒng)一、模塊性強(qiáng)、推理速度快，但對于復(fù)雜過程，很難完整地表示診斷對象的領(lǐng)域知識，此時只有使用深知識（診斷對象的模型、原理知識）進(jìn)行診斷，

18、因此必須將深淺知識結(jié)合起來。深淺知識的集成表示模型——樹形知識結(jié)構(gòu)從縱向看，每種設(shè)備、部件和零件都具有一定的繼承性從橫向看，體現(xiàn)了同層相關(guān)的屬性易于用面向?qū)ο蟮姆椒▽崿F(xiàn)，易于實現(xiàn)知識管理和維護(hù),機(jī)器學(xué)習(xí)-規(guī)則更新方法,故障診斷智能化水平與系統(tǒng)的機(jī)器學(xué)習(xí)能力密切相關(guān)，系統(tǒng)運行過程中，規(guī)則集通常需要不斷更新新模式或已有模式的新成員確定數(shù)據(jù)庫中規(guī)則更新的評價函數(shù)和屬性統(tǒng)計方法粗糙集理論是一種處理模糊和不精確信息的新方法——基于粗

19、糙集理論的規(guī)則更新方法,機(jī)器學(xué)習(xí)-3種學(xué)習(xí)策略,53,簡單學(xué)習(xí)：文獻(xiàn)、專家和資料所描述的關(guān)于診斷對象的結(jié)構(gòu)、功能、運行約束條件等知識，機(jī)械學(xué)習(xí)機(jī)制為主；主要用于元知識學(xué)習(xí)階段,機(jī)器學(xué)習(xí)策略結(jié)構(gòu)圖,交互學(xué)習(xí)：知識工程師或診斷對象處理過的知識，講授學(xué)習(xí)機(jī)制為主；主要用于領(lǐng)域知識學(xué)習(xí)和知識庫豐富階段獨立學(xué)習(xí)：推理策略面對的新知識，歸納學(xué)習(xí)機(jī)制為主；主要用于診斷能力改善階段,機(jī)遇與挑戰(zhàn),挑戰(zhàn)：工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的安全問題，數(shù)據(jù)隱私及安全