[發(fā)明專利]齒輪箱的故障預(yù)測(cè)、監(jiān)測(cè)和診斷方法及相應(yīng)裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011092885.4
• 申請(qǐng)日: 2020-10-13
• 公開（公告）號(hào): CN112232405B
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于祥;孔海朋;趙宗見;彭宇陽(yáng);尚永濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司
• 主分類號(hào): G06K9/62
• 分類號(hào): G06K9/62;G01M13/02
• 代理公司: 北京康信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11240
• 代理人: 曾紅芳

1.一種齒輪箱的故障預(yù)測(cè)方法，其特征在于，包括：

采集齒輪箱的工作數(shù)據(jù)和列車運(yùn)行數(shù)據(jù)；

對(duì)所述齒輪箱的工作數(shù)據(jù)和所述列車運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析處理，預(yù)測(cè)得到所述齒輪箱的故障數(shù)據(jù)；

其中，在對(duì)所述齒輪箱的工作數(shù)據(jù)和所述列車運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析處理，預(yù)測(cè)得到所述齒輪箱的故障數(shù)據(jù)之前，還包括：對(duì)所述齒輪箱的工作數(shù)據(jù)和所述列車數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，得到預(yù)處理后的數(shù)據(jù)；對(duì)所述預(yù)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，得到至少一個(gè)測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)；根據(jù)所述測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)，確定所述測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)特征，其中，所述數(shù)據(jù)特征包括：基礎(chǔ)統(tǒng)計(jì)特征、變化速率特征、時(shí)間窗口特征和競(jìng)爭(zhēng)特征；根據(jù)所述測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)特征，預(yù)測(cè)得到所述齒輪箱的故障數(shù)據(jù)；

其中，根據(jù)所述測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)，確定所述測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)特征，包括：對(duì)提取出的相關(guān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行聚合，聚合區(qū)間為按分鐘劃分的時(shí)間段，選取分鐘內(nèi)數(shù)據(jù)段的部分統(tǒng)計(jì)量作為所述基礎(chǔ)統(tǒng)計(jì)特征；根據(jù)數(shù)據(jù)探索與測(cè)點(diǎn)篩選階段得到的信息，對(duì)齒輪箱故障前后各個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)，速度測(cè)點(diǎn)以及部分電壓、電流測(cè)點(diǎn)的連續(xù)變化量計(jì)算出每分鐘變化速率，作為測(cè)點(diǎn)的所述變化速率特征；對(duì)各項(xiàng)基礎(chǔ)統(tǒng)計(jì)特征以及變化速率特征進(jìn)行時(shí)間窗口的平滑處理，分別提取時(shí)間窗口內(nèi)的均值、最大值、最小值和累計(jì)值作為所述時(shí)間窗口特征；對(duì)同車各個(gè)齒輪箱與其他齒輪箱的基礎(chǔ)統(tǒng)計(jì)特征和變化速率特征分別進(jìn)行對(duì)比，得到所述競(jìng)爭(zhēng)特征。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的故障預(yù)測(cè)方法，其特征在于，對(duì)所述齒輪箱的工作數(shù)據(jù)和所述列車運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理包括以下至少之一：

數(shù)據(jù)清洗，數(shù)模轉(zhuǎn)化，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式轉(zhuǎn)化，數(shù)據(jù)合并，數(shù)據(jù)缺失值填補(bǔ)和數(shù)據(jù)有效性驗(yàn)證。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的故障預(yù)測(cè)方法，其特征在于，根據(jù)所述測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)特征，預(yù)測(cè)得到所述齒輪箱的故障數(shù)據(jù)包括：

使用故障預(yù)測(cè)模型對(duì)所述測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)特征進(jìn)行智能分析，預(yù)測(cè)得到所述齒輪箱的故障數(shù)據(jù)，其中，所述故障預(yù)測(cè)模型為機(jī)器學(xué)習(xí)模型。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的故障預(yù)測(cè)方法，其特征在于，在對(duì)所述齒輪箱的工作數(shù)據(jù)和所述列車運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析處理，預(yù)測(cè)得到所述齒輪箱的故障數(shù)據(jù)之前，所述方法包括：

使用所述齒輪箱的工作數(shù)據(jù)和所述列車運(yùn)行數(shù)據(jù)作為樣本數(shù)據(jù)，訓(xùn)練所述故障預(yù)測(cè)模型，其中，訓(xùn)練所述故障預(yù)測(cè)模型包括：

根據(jù)所述樣本數(shù)據(jù)，使用多種分類方法構(gòu)建多個(gè)分類模型，其中，所述多個(gè)分類模型均為機(jī)器學(xué)習(xí)模型；

集成所述多個(gè)分類模型，得到所述故障預(yù)測(cè)模型。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的故障預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述集成多個(gè)分類模型得到所述故障預(yù)測(cè)模型的方法包括以下至少之一：

投票平均方法，引導(dǎo)聚焦方法，提升方法。

6.一種齒輪箱的故障診斷方法，其特征在于，包括：

采集齒輪箱的工作數(shù)據(jù)和列車運(yùn)行數(shù)據(jù)；

對(duì)所述齒輪箱的工作數(shù)據(jù)和所述列車運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，得到預(yù)處理后的數(shù)據(jù)；

對(duì)所述預(yù)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，得到至少一個(gè)測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)；

根據(jù)所述測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)，確定所述測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)特征，其中，所述數(shù)據(jù)特征包括：基礎(chǔ)統(tǒng)計(jì)特征、變化速率特征、時(shí)間窗口特征和競(jìng)爭(zhēng)特征；

使用故障診斷模型對(duì)所述測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)特征進(jìn)行智能分析處理，診斷得到所述齒輪箱的故障數(shù)據(jù)，其中，所述故障診斷模型為機(jī)器學(xué)習(xí)模型；

其中，根據(jù)所述測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)，確定所述測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)特征，包括：對(duì)提取出的相關(guān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行聚合，聚合區(qū)間為按分鐘劃分的時(shí)間段，選取分鐘內(nèi)數(shù)據(jù)段的部分統(tǒng)計(jì)量作為所述基礎(chǔ)統(tǒng)計(jì)特征；根據(jù)數(shù)據(jù)探索與測(cè)點(diǎn)篩選階段得到的信息，對(duì)齒輪箱故障前后各個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)，速度測(cè)點(diǎn)以及部分電壓、電流測(cè)點(diǎn)的連續(xù)變化量計(jì)算出每分鐘變化速率，作為測(cè)點(diǎn)的所述變化速率特征；對(duì)各項(xiàng)基礎(chǔ)統(tǒng)計(jì)特征以及變化速率特征進(jìn)行時(shí)間窗口的平滑處理，分別提取時(shí)間窗口內(nèi)的均值、最大值、最小值和累計(jì)值作為所述時(shí)間窗口特征；對(duì)同車各個(gè)齒輪箱與其他齒輪箱的基礎(chǔ)統(tǒng)計(jì)特征和變化速率特征分別進(jìn)行對(duì)比，得到所述競(jìng)爭(zhēng)特征。

7.一種齒輪箱的故障預(yù)測(cè)裝置，其特征在于，包括：

第一采集單元，用于采集齒輪箱的工作數(shù)據(jù)和列車運(yùn)行數(shù)據(jù)；

第一處理單元，用于對(duì)所述齒輪箱的工作數(shù)據(jù)和所述列車運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析處理，預(yù)測(cè)得到所述齒輪箱的故障數(shù)據(jù)；

其中，所述裝置還包括：第二采集單元，用于采集齒輪箱的工作數(shù)據(jù)和列車運(yùn)行數(shù)據(jù)；第一預(yù)處理單元，用于對(duì)所述齒輪箱的工作數(shù)據(jù)和所述列車運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，得到預(yù)處理后的數(shù)據(jù)；第一篩選單元，用于對(duì)所述預(yù)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，得到至少一個(gè)測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)；第一特征工程單元，用于根據(jù)所述測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)，確定所述測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)特征，其中，所述數(shù)據(jù)特征包括：基礎(chǔ)統(tǒng)計(jì)特征、變化速率特征、時(shí)間窗口特征和競(jìng)爭(zhēng)特征；第二處理單元，用于使用故障診斷模型對(duì)所述測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析處理，診斷得到所述齒輪箱的故障數(shù)據(jù)，其中，所述故障診斷模型為機(jī)器學(xué)習(xí)模型；

其中，所述第一特征工程單元，還用于對(duì)提取出的相關(guān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行聚合，聚合區(qū)間為按分鐘劃分的時(shí)間段，選取分鐘內(nèi)數(shù)據(jù)段的部分統(tǒng)計(jì)量作為所述基礎(chǔ)統(tǒng)計(jì)特征；根據(jù)數(shù)據(jù)探索與測(cè)點(diǎn)篩選階段得到的信息，對(duì)齒輪箱故障前后各個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)，速度測(cè)點(diǎn)以及部分電壓、電流測(cè)點(diǎn)的連續(xù)變化量計(jì)算出每分鐘變化速率，作為測(cè)點(diǎn)的所述變化速率特征；對(duì)各項(xiàng)基礎(chǔ)統(tǒng)計(jì)特征以及變化速率特征進(jìn)行時(shí)間窗口的平滑處理，分別提取時(shí)間窗口內(nèi)的均值、最大值、最小值和累計(jì)值作為所述時(shí)間窗口特征；對(duì)同車各個(gè)齒輪箱與其他齒輪箱的基礎(chǔ)統(tǒng)計(jì)特征和變化速率特征分別進(jìn)行對(duì)比，得到所述競(jìng)爭(zhēng)特征。