[發明專利]一種大尺寸鋁合金零件生產線健康狀態評估方法

有效

• 申請號: 202011180938.8
• 申請日: 2020-10-29
• 公開（公告）號: CN112270095B
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發明（設計）人: 李波;馮樂樂;胡家文;鐘其水
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06K9/62;G06F119/02;G06F119/04
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 陳一鑫

1.一種大尺寸鋁合金零件生產線的健康狀態評估方法，該方法包括：

步驟1：基于聚類方法建立大尺寸鋁合金零件生產線中各設備的健康狀態評估模型，計算各設備健康系數；

步驟1.1：標準狀態特征參數集獲取：以設備由正常運行到故障整個過程的特征參數集作為數據輸入，對特征參數進行歸一化，選用K-means聚類算法進行聚類運算，得到該設備各個標準狀態的特征參數集；

步驟1.2：設備健康狀態量化：計算設備實時監測到的特征樣本與設備健康狀態特征參數集之間的馬氏距離；其中具體計算步驟如下：

1)計算每個特征信號X_i＝(x_i1,x_i2…x_in)的平均值與標準差：

其中，為每個特征信號的平均值，s_i為其標準差；

2)將特征信號正交獲得Z_ij，并求其轉置矩陣Z^T；計算正交矩陣的相關矩陣，其中每個元素：

則正交矩陣的相關矩陣

3)計算馬氏距離d_MD：

d_MD＝Z^TA^-1Z

4)歸一化得到設備的健康系數：

式中，b為歸一化參數，通過參數b使Val為0到1的數值，Val越小則代表設備越健康；

步驟2：設備初始權重設置：根據節點重要度計算各個設備的初始權重，根據初始權重和健康系數計算設備的加權健康系數V_i；

步驟3：對并聯結構做特殊處理：對于并聯結構，同一分支的設備加權健康系數相乘，取分支之間的最小值；

步驟4：根據數據重要度，選擇合適閾值將各個設備的系統健康系數劃分兩個集合；

步驟4.1：計算得到的集合V＝{V₁，V₂，…，V_n}中每個元素的數據重要度，其中數據重要度的定義為：去掉該元素形成新的集合V′，新的集合與原來集合的Hausdorff距離，Hausdorff距離定義為：

H(V,V′)＝max(h(V,V′),h(V′,V))

其中

h(V,V′)表示從點集V到點集V′的單向Hausdorff距離，h(V′,V)表示從點集V′到點集V的單向Hausdorff距離，v_i，v_j表示集合V中的元素，v′_i，v′_j表示集合V′中的元素；

步驟4.2：選擇閾值k，數據重要度低于k的元素歸入集合V₁，數據重要度大于k的元素歸入集合V₂；

步驟5：對于數據重要度高的集合V₁，取其中的最大值S₁；數據重要度高的集合中的數據是冗余度低的一部分數據，這些數據的特點是：在距離空間中相隔遠；所以在系統健康狀態評估中，不需要考慮這些設備衰退程度的累加結果，只需求得這些設備中最差健康狀態設備的健康指數；

步驟6：對于數據重要度低的集合，求出每個數據的擁擠度，將擁擠度歸一化作為權重，計算得出該集合最終值；

步驟6.1：計算集合V₂中每個元素的數據擁擠度，定義為：

步驟6.2：將每個元素的數據擁擠度進行歸一化：

步驟6.3：計算集合V₂的融合值：

步驟7：計算最終的系統健康指數：

S＝1-S₁S₂

其中，S為最終的系統健康指數，S為0到1的值，S越小則代表系統中的設備整體健康狀態越好。

2.如權利要求1所述的一種大尺寸鋁合金零件生產線的健康狀態評估方法，其特征在于，所述步驟2的詳細方法為：

步驟2.1：根據大尺寸鋁合金零件生產線中各設備輸入輸出之間的關系得到系統結構有向圖；

步驟2.2：計算每個設備的節點重要度：在有向圖中每個節點設備的節點重要度I_i為該節點向后傳播的度S_i與以該節點為起點向后傳播的最長路徑長度L^w的乘積；

I_i＝(S_i×L^w)

步驟2.3：將每個設備的節點重要度進行歸一化得到每個設備的初始權重C_i，然后得到每個設備的加權健康系數V_i；

V_i＝C_i×Val。