數(shù)據(jù)挖掘在設(shè)備維護(hù)階段的應(yīng)用

季海鵬,安雅程,楊鎮(zhèn)豪,宋美賢,馮海領(lǐng)（.天津大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院; .河北工業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與軟件學(xué)院,天津 30007）

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數(shù)據(jù)挖掘在設(shè)備維護(hù)階段的應(yīng)用

季海鵬1,安雅程2,楊鎮(zhèn)豪2,宋美賢2,馮海領(lǐng)2
（1.天津大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院; 2.河北工業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與軟件學(xué)院,天津 300072）

摘 要：隨著制造業(yè)的不斷發(fā)展和壯大，對(duì)制造設(shè)備融入新型技術(shù)的要求越來(lái)越高，傳統(tǒng)制造業(yè)的運(yùn)行模式已經(jīng)不能滿足工業(yè)智能化的需求。通過(guò)總結(jié)分析現(xiàn)有數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在設(shè)備維護(hù)的應(yīng)用，對(duì)于該技術(shù)廣泛應(yīng)用的階段，將優(yōu)化算法流程和速度、使之適應(yīng)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程作為研究重點(diǎn)，以求將不同階段發(fā)現(xiàn)的知識(shí)進(jìn)行共享，達(dá)到互相利用、輔助決策的作用。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)挖掘；設(shè)備全生命周期；制造服務(wù)；故障診斷

1 引言

制造業(yè)對(duì)于一個(gè)國(guó)家現(xiàn)代化建設(shè)具有不可替代的重要地位和作用，直接體現(xiàn)了國(guó)家的生產(chǎn)力水平，是區(qū)別發(fā)展中國(guó)家和發(fā)達(dá)國(guó)家的重要因素。我國(guó)是制造業(yè)大國(guó)，在新一輪國(guó)際產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整中，我國(guó)正逐步成為全球最重要的制造業(yè)基地之一。但是隨著工業(yè)的發(fā)展及制造企業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大，設(shè)備的復(fù)雜程度越來(lái)越高，對(duì)生產(chǎn)的影響也越來(lái)越大，設(shè)備在企業(yè)中的作用及地位日益突出，迫切的需要將信息化、智能化的科學(xué)技術(shù)與傳統(tǒng)制造設(shè)備相結(jié)合，探索一種能夠貫穿設(shè)備周期始末的現(xiàn)代化技術(shù)，以提高制造業(yè)各個(gè)環(huán)節(jié)的工作效率，增強(qiáng)各部門之間的聯(lián)系，從而適應(yīng)現(xiàn)代化發(fā)展的需要。

生命周期源于自然生態(tài)系統(tǒng)，被人們引用于其他研究領(lǐng)域，用以描述其他對(duì)象的某些類似于自然生態(tài)系統(tǒng)的生命曲線特征。維護(hù)維修階段包含預(yù)防性維護(hù)維修、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷等過(guò)程，目的是針對(duì)設(shè)備可能出現(xiàn)的故障問(wèn)題進(jìn)行事先的監(jiān)測(cè)和維護(hù)處理，盡量防止故障的發(fā)生。數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)可用于對(duì)企業(yè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析找出偏離正常值的參數(shù)點(diǎn)，也可通過(guò)算法發(fā)現(xiàn)隱含的故障規(guī)律提前預(yù)警。

2 設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷

設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷是以監(jiān)測(cè)設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)和分析設(shè)備的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)的方式，在故障發(fā)生之前發(fā)現(xiàn)設(shè)備的異常情況，并分析其故障原因，起到預(yù)測(cè)預(yù)警的作用。數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)中的關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘方法是目前設(shè)備故障監(jiān)測(cè)診斷、預(yù)防性維護(hù)維修領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，通過(guò)對(duì)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，挖掘其中隱含的故障判定規(guī)則，為故障診斷提供決策依據(jù)。然而關(guān)聯(lián)規(guī)則算法的前提是各項(xiàng)目的分布均勻且重要性相同，但在設(shè)備實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，由于故障因素貢獻(xiàn)度不同或設(shè)備故障隨運(yùn)行時(shí)間增加磨損程度不同等原因，不能滿足關(guān)聯(lián)規(guī)則的條件，所以引發(fā)了對(duì)于加權(quán)關(guān)聯(lián)規(guī)則和變權(quán)關(guān)聯(lián)規(guī)則等方面的研究。還有部分研究采用了數(shù)學(xué)方法得到設(shè)備的壽命分布，用于預(yù)測(cè)剩余壽命。

文獻(xiàn)[1]在關(guān)聯(lián)規(guī)則中Apriori算法的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，利用多重最小支持度解決了設(shè)備故障診斷中非頻繁項(xiàng)目的挖掘；同時(shí)針對(duì)在實(shí)際的應(yīng)用中項(xiàng)目集的重要程度不一致的問(wèn)題，提出一種基于“組件信譽(yù)值”的加權(quán)多重最小支持度算法。文獻(xiàn)[2]針對(duì)各組件權(quán)值會(huì)隨時(shí)間因磨損發(fā)生變化的情況，提出了一種適用于設(shè)備故障診斷的變權(quán)關(guān)聯(lián)規(guī)則算法，將隨時(shí)間而變化的設(shè)備組件磨損程度因素作為衡量組件權(quán)重值的一項(xiàng)重要指標(biāo)，以提高設(shè)備故障診斷的準(zhǔn)確率，并用具體的實(shí)例分析來(lái)說(shuō)明運(yùn)用變權(quán)關(guān)聯(lián)規(guī)則對(duì)設(shè)備故障診斷更加準(zhǔn)確。文獻(xiàn)[3]將“最小支持期望”和矩陣引入關(guān)聯(lián)規(guī)則，提出一種適用于設(shè)備故障診斷的基于矩陣的加權(quán)關(guān)聯(lián)規(guī)則模型——MWARMA模型，并以該模型為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套設(shè)備故障診斷系統(tǒng)。文獻(xiàn)[4]針對(duì)如何利用新增數(shù)據(jù)進(jìn)行快速診斷的問(wèn)題，提出了加權(quán)關(guān)聯(lián)規(guī)則增量更新模型，直接對(duì)新增數(shù)據(jù)進(jìn)行頻繁項(xiàng)集挖掘，在一定程度上縮減了矩陣規(guī)模。通過(guò)算例證明了其挖掘結(jié)果的準(zhǔn)確率明顯優(yōu)于經(jīng)典的增量模型-FUP。文獻(xiàn)[5]針對(duì)退化分布函數(shù)難以估計(jì)的復(fù)雜系統(tǒng)，研究了剩余壽命預(yù)測(cè)及預(yù)防性維護(hù)維修最優(yōu)決策問(wèn)題，提出一種基于復(fù)雜系統(tǒng)剩余壽命有效預(yù)測(cè)的預(yù)防性維護(hù)維修策略。由已知的設(shè)備壽命分布函數(shù)預(yù)測(cè)其平均剩余壽命，以平均剩余壽命為閾值制定預(yù)防性維護(hù)維修策略。但研究過(guò)程均以數(shù)學(xué)模型推導(dǎo)求解的方式進(jìn)行，未來(lái)可以考慮將數(shù)據(jù)挖掘方法融入壽命預(yù)測(cè)環(huán)節(jié)。

3 展望

目前，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在制造設(shè)備全生命周期過(guò)程中的應(yīng)用主要集中在生產(chǎn)制造階段和維修維護(hù)階段，而在設(shè)計(jì)階段和銷售使用階段卻少有涉及。文獻(xiàn)[6]提出了一種聯(lián)合眼動(dòng)和腦電的汽車工業(yè)設(shè)計(jì)用戶體驗(yàn)評(píng)選方法，使用眼動(dòng)儀和腦電記錄儀采集目標(biāo)用戶在對(duì)不同產(chǎn)品設(shè)計(jì)效果圖體驗(yàn)評(píng)價(jià)過(guò)程中的眼動(dòng)和腦電數(shù)據(jù)。對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并對(duì)處理后的眼動(dòng)數(shù)據(jù)、腦電數(shù)據(jù)與主觀評(píng)價(jià)值三者之間的相關(guān)性進(jìn)行了分析。文獻(xiàn)[7]考慮到消費(fèi)者對(duì)新產(chǎn)品、再制造產(chǎn)品和二手產(chǎn)品的偏好程度不同，建立了閉環(huán)供應(yīng)鏈差別定價(jià)模型，研究了制造商是否從事再制造和經(jīng)銷商是否經(jīng)銷二手產(chǎn)品的生產(chǎn)決策問(wèn)題。得出結(jié)論為在制造商從事再制造且經(jīng)銷商經(jīng)銷二手產(chǎn)品的情形下，經(jīng)銷商通過(guò)將自身的部分利潤(rùn)轉(zhuǎn)移給制造商，可以保證雙方均獲得更大盈利。其求解過(guò)程同樣采用數(shù)學(xué)推導(dǎo)和積分求解的方式，沒(méi)有運(yùn)用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)。

參考文獻(xiàn)：

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[8]劉晶,季海鵬,朱清香,于欣.含有隱性故障的復(fù)雜設(shè)備故障預(yù)警方法[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制,2014(04):1030-1032.

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.02.084