ICS35.240.50

CCSL67

團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)

T/GITIF003—2022

基于信息物理系統(tǒng)（CPS）的產(chǎn)線設(shè)備故障

預(yù)測(cè)技術(shù)規(guī)范

FaultPredictiontechnicalspecificationofProductionLineEquipmentbasedon

CyberPhysicalSystem（CPS）

2022-1-25發(fā)布2022-1-26實(shí)施

廣東省電子信息聯(lián)合會(huì)發(fā)布

1

T/GITIF003—2022

目??次

前言.......................................................................................................................................................................II

1范圍.....................................................................................................................................................................1

2規(guī)范性引用文件.................................................................................................................................................1

3術(shù)語(yǔ)和定義.........................................................................................................................................................1

4縮略語(yǔ).................................................................................................................................................................2

5故障預(yù)測(cè)流程.....................................................................................................................................................2

6故障預(yù)測(cè)技術(shù)要求.............................................................................................................................................2

6.1基本要求......................................................................................................................................................2

6.2確定預(yù)測(cè)需求.............................................................................................................................................3

6.3確定故障類型.............................................................................................................................................3

6.4分析支撐數(shù)據(jù).............................................................................................................................................3

6.5選擇預(yù)測(cè)方法.............................................................................................................................................4

6.6預(yù)測(cè)執(zhí)行并輸出報(bào)告.................................................................................................................................4

附錄A（資料性）預(yù)測(cè)報(bào)告模板....................................................................................................................5

I

T/GITIF003—2022

基于信息物理系統(tǒng)（CPS）的產(chǎn)線設(shè)備故障預(yù)測(cè)技術(shù)規(guī)范

1范圍

本文件規(guī)定了產(chǎn)線設(shè)備故障預(yù)測(cè)技術(shù)的通用要求、一般流程和預(yù)測(cè)模型方法等內(nèi)容。

本文件適用于產(chǎn)線設(shè)備的故障預(yù)測(cè)方案的制訂和預(yù)測(cè)方法的選擇。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，

僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本

文件。

GB/T22394.1機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與診斷數(shù)據(jù)判讀和診斷技術(shù)第1部分：總則

GB/T29716.1機(jī)械振動(dòng)與沖擊信號(hào)處理第1部分：引論

GB/T40571智能服務(wù)預(yù)測(cè)性維護(hù)通用要求

ISO18129機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與診斷性能診斷方法（Conditionmonitoringanddiagnosticsof

machines-Approachesforperformancediagnosis）

3術(shù)語(yǔ)和定義

下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。

3.1

狀態(tài)監(jiān)測(cè)conditionmonitoring

檢測(cè)與收集反映設(shè)備狀態(tài)的信息和數(shù)據(jù)。

3.2

故障fault

可能導(dǎo)致功能單元執(zhí)行要求功能的能力降低或喪失的異常狀況。

3.3

故障預(yù)測(cè)faultprognostics

在已知現(xiàn)有狀態(tài)的條件下，通過(guò)分析故障的特征，來(lái)預(yù)測(cè)產(chǎn)品未來(lái)的狀態(tài)以及剩余可用壽命。

3.4

預(yù)測(cè)性維護(hù)predictivemaintenance

真實(shí)值和預(yù)測(cè)值之差的絕對(duì)值與真實(shí)值之比的平均值。

3.5

1

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預(yù)測(cè)置信水平predictedconfidencelevel

計(jì)算的可靠度能達(dá)到或改善的可能性估計(jì)。

注1：預(yù)測(cè)置信水平是指示預(yù)測(cè)值正確程度的指標(biāo)。

注2：預(yù)測(cè)置信水平由預(yù)測(cè)置信因子決定。

3.6

剩余使用壽命remainingusefullifetime

產(chǎn)品從當(dāng)前時(shí)刻到發(fā)生潛在故障的預(yù)計(jì)持續(xù)正常工作時(shí)間。

注：時(shí)間的單位可以是天數(shù)、循環(huán)周期數(shù),也可以是公里數(shù)等。

4縮略語(yǔ)

下列縮略語(yǔ)適用于本文件。

FMEA:故障模式與影響分析(FailureModeandEffectsAnalysis)

LCM:壽命消耗監(jiān)控(LifeConsumptionMonitoring)

MAPE:平均絕對(duì)誤差百分比(MeanAbsolutePercentageError)

PHM:故障預(yù)測(cè)與健康管理(PrognosticandHealthManagement)

PoF:失效物理（PhysicsofFailure）

5故障預(yù)測(cè)流程

本文件規(guī)定故障預(yù)測(cè)技術(shù)以當(dāng)前設(shè)備的使用狀態(tài)為起點(diǎn)，結(jié)合已知預(yù)測(cè)對(duì)象的結(jié)構(gòu)特性、參數(shù)、環(huán)

境條件及歷史數(shù)據(jù)，對(duì)設(shè)備未來(lái)的故障進(jìn)行預(yù)測(cè)、分析和判斷，確定故障性質(zhì)、類別、程度、原因及部

位，指出故障發(fā)展趨勢(shì)及后果，以便預(yù)先消除故障，保證產(chǎn)線設(shè)備安全可靠的運(yùn)行，具體流程如圖1

所示。

圖1故障預(yù)測(cè)設(shè)計(jì)流程

6故障預(yù)測(cè)技術(shù)要求

6.1基本要求

本文件規(guī)定故障預(yù)測(cè)系統(tǒng)的基本原則與通用要求如下：

——前置數(shù)據(jù)處理方法的多樣性；

——預(yù)測(cè)算法和推理機(jī)制的多樣性；

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——自適應(yīng)能力；

——自學(xué)習(xí)能力；

——獨(dú)立原則，知識(shí)庫(kù)、征兆庫(kù)與推理機(jī)相分離；

——知識(shí)庫(kù)可維護(hù)原則，用戶可方便對(duì)知識(shí)庫(kù)進(jìn)行維護(hù)；

——可擴(kuò)充性，人工或自動(dòng)對(duì)知識(shí)庫(kù)進(jìn)行擴(kuò)充、求精或?qū)W習(xí)；

——知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)表達(dá)直觀易懂，知識(shí)表示方法要能充分反映知識(shí)間的各種關(guān)系；

——強(qiáng)解釋能力；

——數(shù)據(jù)管理與獲取能力強(qiáng)大，自動(dòng)獲取與提取監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)中信息特征；

——推理機(jī)制與知識(shí)表達(dá)有較強(qiáng)的處理小確定性知識(shí)與數(shù)據(jù)的能力；

——通用性和實(shí)用性原則。

6.2確定預(yù)測(cè)需求

故障預(yù)測(cè)應(yīng)根據(jù)時(shí)間長(zhǎng)短選擇不同的預(yù)測(cè)方法。序列變化比較均勻的短期預(yù)測(cè)情況宜選擇基于時(shí)間

序列模型的方法；基于故障預(yù)兆監(jiān)控和推理的方法基于輸入的歷史數(shù)據(jù)的長(zhǎng)短而選擇短期或長(zhǎng)期預(yù)測(cè)；

應(yīng)明確預(yù)測(cè)對(duì)象的預(yù)測(cè)需求，一般考慮以下因素：

——預(yù)測(cè)的時(shí)間長(zhǎng)短；

——參數(shù)要求；

——?dú)v史數(shù)據(jù)等。

6.3確定故障類型

根據(jù)不同的設(shè)備不同的故障類型應(yīng)選擇不同的故障預(yù)測(cè)技術(shù)方案。產(chǎn)線設(shè)備的故障從故障發(fā)生的時(shí)

間歷程可分為兩類，即突發(fā)性故障和漸進(jìn)性故障。

表1常見(jiàn)故障類型

二值型故障很容易進(jìn)行檢測(cè)，但不利于進(jìn)

二值故障行有效的預(yù)測(cè)；

間歇重復(fù)型故障可以被簡(jiǎn)單推理和高級(jí)

間歇重復(fù)時(shí)間特征集關(guān)聯(lián)組合等手段隔離出來(lái)，但

不利于預(yù)測(cè)

間歇偽隨機(jī)型故障難于隔離，也難于預(yù)測(cè)

間歇偽隨機(jī)

完美退化型故障可以使用系統(tǒng)模型和時(shí)

完美退化間關(guān)聯(lián)跟蹤參數(shù)方法進(jìn)行檢測(cè)和預(yù)測(cè)，同

時(shí)這種故障也是最適合進(jìn)行預(yù)測(cè)的故障。

6.4分析支撐數(shù)據(jù)

產(chǎn)線設(shè)備的故障預(yù)測(cè)支撐數(shù)據(jù)通常包括：

——結(jié)構(gòu)特性；

——參數(shù)；

——環(huán)境條件；

——?dú)v史數(shù)據(jù)等。

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應(yīng)分析支撐數(shù)據(jù)的類型、特點(diǎn)以及故障特征，結(jié)合不同預(yù)測(cè)方法的特點(diǎn)和數(shù)據(jù)要求，選擇最適合的

預(yù)測(cè)方法。

6.5選擇預(yù)測(cè)方法

6.5.1方法分類

針對(duì)不同的產(chǎn)線設(shè)備和數(shù)據(jù)特點(diǎn)，應(yīng)選擇不同的故障預(yù)測(cè)方法。故障預(yù)測(cè)方法通常包括：

——基于保險(xiǎn)和預(yù)警裝置的預(yù)測(cè)方法。對(duì)于預(yù)測(cè)對(duì)象成本不高，退化過(guò)程平穩(wěn)，只需在預(yù)測(cè)對(duì)象失

效前給出報(bào)警信號(hào)的情況，應(yīng)選擇基于保險(xiǎn)預(yù)警裝置的預(yù)測(cè)方法；

——基于失效物理模型的預(yù)測(cè)方法。通常對(duì)于失效物理模型或者數(shù)學(xué)模型比較明確的產(chǎn)線設(shè)備，宜

選擇基于失效物理模型的預(yù)測(cè)方法；

——基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的預(yù)測(cè)方法。對(duì)于較難得到失效物理模型或者數(shù)學(xué)模型，但是可以通過(guò)預(yù)測(cè)手段

得到歷史預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，宜選用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法進(jìn)行故障預(yù)測(cè)；

——基于故障預(yù)兆監(jiān)控和推理的預(yù)測(cè)方法。對(duì)于較難得到失效物理模型或者數(shù)學(xué)模型，但是可以得

到若干樣本的情況，宜選擇基于故障預(yù)兆監(jiān)控和推理的方法；

——多方法信息融合的預(yù)測(cè)方法。對(duì)于單一方法難以預(yù)測(cè)的復(fù)雜系統(tǒng)或設(shè)備，可選擇基于多方法信

息融合來(lái)實(shí)現(xiàn)故障預(yù)測(cè)。

6.5.2選擇原則

在選擇預(yù)測(cè)方法時(shí)通常應(yīng)綜合考慮：

——預(yù)測(cè)需求；

——設(shè)備特點(diǎn)；

——預(yù)測(cè)要求；

——數(shù)據(jù)類型和特點(diǎn)；

——算法準(zhǔn)確性；

——執(zhí)行效率；

——可操作性；

6.6預(yù)測(cè)執(zhí)行并輸出報(bào)告

按照選擇的支撐數(shù)據(jù)及預(yù)測(cè)方法進(jìn)行分析計(jì)算并形成預(yù)測(cè)報(bào)告，預(yù)測(cè)報(bào)告（見(jiàn)附錄A）一般含以下

內(nèi)容（包含但不限于）：

——指出產(chǎn)線設(shè)備的剩余壽命和狀態(tài)等級(jí)；

——列舉與設(shè)備相關(guān)的剩余壽命；

——給出預(yù)計(jì)失效的設(shè)備和故障模式；

——給出每個(gè)預(yù)期故障可觀察的潛在征兆；

——命名每個(gè)要用的狀態(tài)監(jiān)測(cè)描述符；

——指出維護(hù)建議和效果。

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附錄A

（資料性）

預(yù)測(cè)報(bào)告模板

預(yù)測(cè)報(bào)告

預(yù)測(cè)人：預(yù)測(cè)日期：

設(shè)備級(jí)別

預(yù)測(cè)對(duì)象

工作時(shí)間

剩余壽命：狀態(tài)等級(jí)：

預(yù)測(cè)結(jié)果

元件