1、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與高端裝備健康管理,201804,參考書(shū)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(wèn)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)、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

2、-20世紀(jì)初,20世紀(jì)四五十年代-現(xiàn)在,現(xiàn)在-未來(lái),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(lái)源,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)全景視圖,大數(shù)據(jù)解決什么問(wèn)題？,大數(shù)據(jù)如何解決問(wèn)題？,發(fā)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)中的質(zhì)量缺陷，設(shè)備故障，銷(xiāo)售下滑等,從5M要素獲取數(shù)據(jù)，通過(guò)建模發(fā)

3、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(wèn)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)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

4、特點(diǎn)？ 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)解決什么問(wèn)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(xiàn),圍繞用戶(hù)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)等家電互聯(lián)型智能工廠 三層互聯(lián)：用戶(hù)、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(hù)評(píng)價(jià)；采購(gòu)零件=模塊供貨方參與設(shè)計(jì)的模塊采購(gòu)；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

5、萬(wàn)用戶(hù)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% 20132014年，海爾累計(jì)裁掉2.6萬(wàn)名員工，2014年海爾銷(xiāo)售收入增長(zhǎng)11%，利潤(rùn)增長(zhǎng)39%。2015年初海爾家電出口逆勢(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(kù)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

6、系統(tǒng) 2014年5月 CCTV 新聞聯(lián)播 3分鐘報(bào)道；張、馬參觀后震驚,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(wèn)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

7、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(lèi)比,醫(yī)學(xué) 工程 疾病診斷 故障診斷 通過(guò)觀測(cè)、化驗(yàn)和醫(yī)療儀器, 通過(guò)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 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)

8、,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(wú)法很好地滿(mǎn)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)和高新技術(shù)的迅速發(fā)展。 契機(jī)：美軍重大項(xiàng)目F

9、-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(guò)測(cè)試和計(jì)算關(guān)鍵部件的剩余壽命來(lái)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)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(lài)實(shí)例和經(jīng)驗(yàn)，適用于新的沒(méi)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

10、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(lái)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(guò)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)與診斷方法 不需精確的數(shù)學(xué)模型，能模擬人的思維過(guò)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(guò)去的經(jīng)驗(yàn)實(shí)例指導(dǎo)解決新問(wèn)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(yǔ)言變量能更準(zhǔn)確

11、地表示這種模糊性的征兆和故障 問(wèn)題在于知識(shí)獲取困難：如何確定故障與征兆間的模糊規(guī)則；如何實(shí)現(xiàn)模糊語(yǔ)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(xiàn)和在線(xiàn)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(wèn)題 傳統(tǒng)的知識(shí)獲取方法： 通過(guò)知識(shí)工程師獲取知識(shí) 通過(guò)知識(shí)編輯器獲取知識(shí) 通過(guò)學(xué)習(xí)程序獲取知

12、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(zhuān)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(shuō)來(lái)，淺知識(shí)（人類(lèi)專(zhuān)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(guò)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，因此必須將深淺知識(shí)結(jié)合起來(lái)。 深淺知識(shí)的集成表示模型樹(shù)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(guò)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(kù)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(zhuān)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