[發明專利]面向實時數據流的動態生產環境異常監測系統

有效

• 申請號: 201910899747.8
• 申請日: 2019-09-23
• 公開（公告）號: CN110659275B
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發明（設計）人: 郝礦榮;王偉凱;陳磊;蔡欣;唐雪嵩;王彤
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: G06F16/215
• 分類號: G06F16/215;G06F16/2455;G06Q10/06;G06Q50/04;G06Q10/00;G07C3/00
• 代理公司: 上海統攝知識產權代理事務所(普通合伙) 31303
• 代理人: 賈春林

1.面向實時數據流的動態生產環境異常監測系統，其特征是：包括實時數據收集模塊、單節點稀疏離散編碼器生成模塊、單節點實時異常監測模塊、全流程所有節點并行實時監測模塊和生產模式更新模塊；

實時數據收集模塊用于采集各節點的數值，并整合成多維度的樣本，各節點與生產過程中的各生產環節一一對應；

單節點稀疏離散編碼器生成模塊用于生成多個稀疏離散編碼器，各稀疏離散編碼器與各節點一一對應，各稀疏離散編碼器用于將各節點的數值進行稀疏離散編碼；

所有的稀疏離散編碼器的參數n相同，所有的稀疏離散編碼器的參數 w 相同，所有的稀疏離散編碼器的參數 tol 相同， n表示稀疏離散編碼器中所有二進制位的總數量，w表示在所有n個二進制位中處于激活狀態的總數量，tol表示系統對于噪聲的容忍度；

所有的稀疏離散編碼器的參數c_m相互獨立，c_m表示稀疏離散編碼器中間區域編碼的取值，其下標代表第m個節點，m＝1_,2_,3,...,M，M代表節點的個數；

構造稀疏離散編碼器時各稀疏離散編碼器能夠編碼的有效取值范圍為其中，

單節點實時異常監測模塊用于將各節點對應的稀疏離散編碼器的c_m經其對應的稀疏離散編碼器得到的稀疏離散編碼與各節點對應的數值經其對應的稀疏離散編碼器得到的稀疏離散編碼進行對比，根據二者重疊的激活位數的數量判斷數值是否異常；

重疊的激活位數的數量即兩個稀疏離散編碼的邏輯與運算后的結果，重疊的激活位數的數量小于則判定為異常，其中表示向上取整；反之，則判定為正常；

全流程所有節點并行實時監測模塊用于并行實時監測所有節點，根據決策矩陣識別各節點的噪聲干擾和概念漂移，決策矩陣是指以節點為行同時以生產時刻為列的矩陣，矩陣中的每一個元素以0或1表示，0代表數值正常，1代表數值異常，當某節點對應的矩陣的一行全為1，說明發生了概念漂移；當某節點對應的矩陣的一行出現1，但不全為1，說明發生了噪聲干擾；

生產模式更新模塊用于在確定發生了概念漂移時，變更生產模式；在確定發生了噪聲干擾時，判斷是否發生在初始階段，如果是，則用初始階段時間內所有數值的平均值替換c_m；反之，則進行人工排查并清除干擾源或修復機械故障；

變更生產模式即變更當前時刻當前節點的稀疏編碼對于下一時刻下一節點稀疏離散編碼的預測權重W_efg與偏置b_e1g，其中，e表示當前時刻當前節點的稀疏離散編碼中的第e位，e＝1,2,3,...,n，f表示下一時刻下一節點的稀疏離散編碼中的第f位，f＝1,2,3,...,n，g表示第g個節點，g＝1,2,3,...,n，l表示向量；變更公式如下：

y_threshold＝Y(w+1)；

o(y_fg)＝y_fg-y_threshold；

r′_fg＝r_fg·y_threshold；

EG＝r′_fg-o(y_fg)；

b_e1g＝y_fg·(Y(w)-y_threshold)；

式中，X表示當前時刻當前節點中數值的稀疏離散編碼，x_eg表示節點g的二進制編碼向量中第e位的狀態，Y表示下一時刻下一節點中數值的預測值向量，y_fg表示第g個節點中的第f位編碼數值大小，y_threshold表示確定節點的激活閾值，o(y_fg)表示第g個節點中的第f位編碼在去除激活閾值后的輸出值，輸出后的二進制編碼用p_fg表示，其中1表示節點激活，0表示節點未激活；r_fg表示第g個節點中的第f位的真實二進制編碼，r’_fg是通過乘以激活閾值的第g個節點中第f位數值的數值表示，用來與o(y_fg)計算差值，從而形成預測誤差EG，通過EG反向調整W_efg和b_e1g。