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(diǎn)？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(chǎng)景及典型案例應(yīng)用場(chǎng)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(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)，貫穿于工業(yè)生產(chǎn)的設(shè)計(jì)、

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(cè)、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(dòng)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(shí)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(yùn)營(yíng)層,基礎(chǔ)平臺(tái),設(shè)備連接層,工業(yè)2025

3、的內(nèi)涵,一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，二個(gè)主題，三個(gè)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(shí)時(shí)感知,優(yōu)化決策,動(dòng)態(tài)執(zhí)行,三個(gè)集成,工業(yè)4.0四化特征,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn),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(jià)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(diǎn)？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(chǎng)景及典型案例應(yīng)用場(chǎng)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(jì)算技術(shù),工業(yè)物聯(lián)網(wǎng),人工智能-圖靈測(cè)試,虛擬現(xiàn)實(shí),工業(yè)網(wǎng)絡(luò)安全,3D打印,知識(shí)工作流自動(dòng)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(diǎn)？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(chǎng)景及典型案例應(yīng)用場(chǎng)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(chǎng)景,案例1：海爾數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化生產(chǎn)線,圍繞用戶價(jià)值，實(shí)現(xiàn)全流程端對(duì)端互聯(lián)，對(duì)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(shí)現(xiàn)內(nèi)外互聯(lián)、信息互聯(lián)、虛實(shí)互聯(lián)三個(gè)轉(zhuǎn)變：內(nèi)部評(píng)價(jià)=》用戶評(píng)價(jià)；采購零件=》模塊供貨方參與設(shè)計(jì)的模塊采購；各方博弈關(guān)系=》價(jià)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(gè)模塊方案中確定2個(gè)最佳組合投產(chǎn)。設(shè)計(jì)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(jì)裁掉2.6萬名員工，2014年海爾銷售收入增長(zhǎng)11%，利潤(rùn)增長(zhǎng)39%。2015年初海爾

7、家電出口逆勢(shì)增29%,案例2：空氣壓縮機(jī)喘振預(yù)測(cè)分析,案例3：工廠機(jī)器人健康預(yù)測(cè)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(shí)現(xiàn)150%的業(yè)績(jī)?cè)鲩L(zhǎng)大規(guī)模定制生產(chǎn)，每天能設(shè)計(jì)、生產(chǎn)2000種不同的個(gè)性化定制產(chǎn)品公司核心競(jìng)爭(zhēng)力是一套大數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)，任何一項(xiàng)數(shù)據(jù)的變動(dòng)能驅(qū)動(dòng)其余9000多項(xiàng)數(shù)據(jù)的同步變動(dòng)10年時(shí)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(bào)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(diǎn)？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(chǎng)景及典型案例應(yīng)用場(chǎng)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(cè)與健康管理（PHM）技術(shù)作為實(shí)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(guó)的高度重視和推廣應(yīng)用。包括兩層含義，一是故障預(yù)測(cè)，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(shí)間長(zhǎng)度；二是健康管理，即根據(jù)診斷/預(yù)測(cè)信息、可用資源和使用需求對(duì)維修活動(dòng)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(cè)、化驗(yàn)和醫(yī)療儀器, 通過傳感器、信號(hào)處理和檢測(cè)儀 結(jié)論由醫(yī)生給出 結(jié)論由診斷軟件給出 多科會(huì)診 綜合診斷 多科醫(yī)生一同診斷當(dāng)前疾病 運(yùn)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(cè)與健康管理 體檢、疾病預(yù)測(cè)、保健體系 健康監(jiān)測(cè)、高級(jí)故障診斷、故障/壽命預(yù)測(cè) (健康、亞健康、疾病、壽命預(yù)測(cè)） (健康、亞健康、故障、部件壽命預(yù)測(cè)）,PHM技術(shù)發(fā)展階段,發(fā)展階段：,應(yīng)用層次：,部件級(jí),,分系統(tǒng)級(jí),,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(diǎn)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(zhēng)和武器裝備對(duì)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(xiàng)戰(zhàn)略性的裝備保障策略，其目的是對(duì)裝備狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)的或近實(shí)時(shí)的監(jiān)控，根據(jù)裝備的實(shí)際狀態(tài)確定最佳維修時(shí)機(jī)，以提高裝備的可用度和任務(wù)可靠性。 技術(shù)推動(dòng)：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(xiàng)目F-35聯(lián)合攻擊機(jī)（JSF）項(xiàng)目的啟動(dòng)。,健康診斷與故障預(yù)測(cè)流程,PHM的主要技術(shù)組成,PHP系統(tǒng)技術(shù)特征,通過測(cè)試和計(jì)算關(guān)鍵部件的剩余壽命來主動(dòng)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(dòng)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(cè)到的對(duì)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(jì)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(yàn)

14、得到老化模型,故障診斷與預(yù)測(cè)技術(shù),基于數(shù)學(xué)模型的故障檢測(cè)與診斷方法特點(diǎn)是必須將故障數(shù)學(xué)模型化，有時(shí)建立模型很困難不依賴實(shí)例和經(jīng)驗(yàn)，適用于新的沒有成熟經(jīng)驗(yàn)的診斷基于參數(shù)估計(jì)的故障檢測(cè)與診斷方法特點(diǎn)是須先確定一個(gè)信任域，當(dāng)參數(shù)超出域時(shí)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(hào)處理的故障檢測(cè)與診斷方法通過對(duì)檢測(cè)信號(hào)的分析處理，利用特征信號(hào)對(duì)故障進(jìn)行識(shí)別和診斷。典型方法：小波變換、模態(tài)分解等基于知識(shí)的故障檢測(cè)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(cè)技術(shù),基于實(shí)例的故障檢測(cè)與診斷方法是一種使用過去的經(jīng)驗(yàn)實(shí)例指導(dǎo)解決新問題的方法優(yōu)點(diǎn)是不需從實(shí)例中提取規(guī)則，求解快；不足是能搜集的實(shí)例是有限的，求解時(shí)可能出現(xiàn)誤診或漏診基于模糊理論的故障檢測(cè)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(shí)獲取困難：如何確定故障與征兆間的模

16、糊規(guī)則；如何實(shí)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(cè)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(shí)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(shí)獲取技術(shù)深淺知識(shí)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(shí)獲取技術(shù),知識(shí)獲取是構(gòu)造智能診斷系統(tǒng)的一個(gè)“瓶頸”問題傳統(tǒng)

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

18、因此必須將深淺知識(shí)結(jié)合起來。深淺知識(shí)的集成表示模型——樹形知識(shí)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▽?shí)現(xiàn)，易于實(shí)現(xiàn)知識(shí)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(yùn)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(píng)價(jià)函數(shù)和屬性統(tǒng)計(jì)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(jiǎn)單學(xué)習(xí)：文獻(xiàn)、專家和資料所描述的關(guān)于診斷對(duì)象的結(jié)構(gòu)、功能、運(yùn)行約束條件等知識(shí)，機(jī)械學(xué)習(xí)機(jī)制為主；主要用于元知識(shí)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(shí)工程師或診斷對(duì)象處理過的知識(shí)，講授學(xué)習(xí)機(jī)制為主；主要用于領(lǐng)域知識(shí)學(xué)習(xí)和知識(shí)庫豐富階段獨(dú)立學(xué)習(xí)：推理策略面對(duì)的新知識(shí)，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