[發明專利]一種分層式模塊化工程機械機云協同故障診斷系統及方法

有效

• 申請號: 202110454209.5
• 申請日: 2021-04-26
• 公開（公告）號: CN113204227B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 褚福常;劉建;韓建立
• 申請（專利權）人: 江蘇徐工工程機械研究院有限公司
• 主分類號: G05B23/02
• 分類號: G05B23/02;H04L67/12
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 俞翠華

1.一種分層式模塊化工程機械機云協同故障診斷系統，其特征在于，包括順次相連的車載診斷單元、通信聯絡層和云端診斷單元；

所述車載診斷單元從機側采集故障數據，并基于采集到的故障數據進行故障診斷；所述車載診斷單元還將采集到的故障數據發送至云端診斷單元；

所述云端診斷單元基于接收到的故障數據進行故障診斷；

所述車載診斷單元包括：

端口驅動模塊，實時讀取機側故障數據；

端口數據采集模塊，與所述端口驅動模塊相連；

總線數據采集模塊，與所述端口驅動模塊相連；

端口診斷邏輯模塊，與所述端口數據采集模塊相連，基于從端口數據采集模塊接收到的故障數據進行端口故障診斷；

總線診斷邏輯模塊，與所述總線數據采集模塊相連，基于從總線數據采集模塊接收到的故障數據進行總線故障診斷；

本地/遠程切換模塊，分別與所述端口數據采集模塊和總線數據采集模塊相連，控制所述端口數據采集模塊和總線數據采集模塊向端口診斷邏輯模塊和總線診斷邏輯模塊輸出故障數據或向云端診斷單元輸出故障數據；

所述云端診斷單元包括：

云端數據交換模塊，與所述通信聯絡層相連，接收由所述車載診斷單元發送的故障數據；

診斷建模模塊，與所述云端數據交換模塊相連，用于進行診斷模型的訓練，獲得訓練好的診斷模型；

參數尋優模塊，與所述診斷建模模塊相連，用于進行參數尋優，獲得最優參數；

存儲模塊，分別與所述診斷建模模塊和參數尋優模塊相連，保存訓練好的診斷模型和最優參數；

診斷識別模塊，分別與所述存儲模塊和云端數據交換模塊相連，當所述診斷識別模塊在進行故障診斷時，基于從所述存儲模塊中調用的訓練好的診斷模型和最優參數進行故障的診斷識別，并將識別出來的故障信息發送給云端數據交換模塊；

車載診斷單元中將端口數據采集模塊、總線數據采集模塊和端口驅動模塊的分離，達到與底層硬件進行分離的效果；

云端診斷單元中僅云端數據交換模塊與機側進行數據交換，遵循相應的數據交換協議，其他模塊均完全獨立于硬件設計。

2.根據權利要求1所述的一種分層式模塊化工程機械機云協同故障診斷系統，其特征在于：所述通信聯絡層包括CAN接口和無線收發接口；所述CAN接口與所述車載診斷單元相連；所述無線收發接口與所述云端診斷單元無線連接。

3.根據權利要求1所述的一種分層式模塊化工程機械機云協同故障診斷系統，其特征在于，所述參數尋優模塊包括獨立設置的粒子群尋優子模塊、遺傳算法尋優子模塊和梯度下降法尋優子模塊，三者的輸入端分別與所述診斷建模模塊相連，三者的輸出端分別與所述存儲模塊相連，分別用于進行參數尋優。

4.根據權利要求1所述的一種分層式模塊化工程機械機云協同故障診斷系統，其特征在于：所述診斷建模模塊包括獨立設置的模糊神經網絡子模塊、支撐向量機子模塊和決策樹子模塊，三者的輸入端均與所述云端數據交換模塊相連，三者的數據端均與所述參數尋優模塊的輸入端相連。

5.根據權利要求1所述的一種分層式模塊化工程機械機云協同故障診斷系統，其特征在于：所述云端診斷單元還包括數據預處理模塊，所述數據預處理模塊與所述云端數據交換模塊相連，對接收到的故障數據進行預處理。

6.根據權利要求1所述的一種分層式模塊化工程機械機云協同故障診斷系統，其特征在于：所述數據預處理模塊包括順次相連的濾波子模塊、無效值剔除子模塊、變量篩選子模塊和主成分分析子模塊；所述濾波子模塊對接收到的故障數據進行濾波處理，將處理后的數據傳輸給無效值剔除模塊進行無效值的剔除，然后傳輸給變量篩選子模塊進行相關變量的篩選，最后經主成分分析模塊處理，將數據維度進行進一步壓縮。

7.根據權利要求1所述的一種分層式模塊化工程機械機云協同故障診斷系統，其特征在于：所述分層式模塊化工程機械機云協同故障診斷系統還包括顯示屏，所述顯示屏分別與所述車載診斷單元、云端診斷單元相連，用于進行故障顯示，以及對所述車載診斷單元、云端診斷單元進行控制和參數設置。

8.一種分層式模塊化工程機械機云協同故障診斷方法，其特征在于，包括：

利用車載診斷單元從機側采集故障數據，并基于采集到的故障數據進行故障診斷；

和/或，利用所述車載診斷單元將采集到的故障數據發送至云端診斷單元，由云端診斷單元基于接收到的故障數據進行故障診斷；

所述車載診斷單元包括：

端口驅動模塊，實時讀取機側故障數據；

端口數據采集模塊，與所述端口驅動模塊相連；

總線數據采集模塊，與所述端口驅動模塊相連；

端口診斷邏輯模塊，與所述端口數據采集模塊相連，基于從端口數據采集模塊接收到的故障數據進行端口故障診斷；

總線診斷邏輯模塊，與所述總線數據采集模塊相連，基于從總線數據采集模塊接收到的故障數據進行總線故障診斷；

本地/遠程切換模塊，分別與所述端口數據采集模塊和總線數據采集模塊相連，控制所述端口數據采集模塊和總線數據采集模塊向端口診斷邏輯模塊和總線診斷邏輯模塊輸出故障數據或向云端診斷單元輸出故障數據；

所述云端診斷單元包括：

云端數據交換模塊，與通信聯絡層相連，接收由所述車載診斷單元發送的故障數據；

診斷建模模塊，與所述云端數據交換模塊相連，用于進行診斷模型的訓練，獲得訓練好的診斷模型；

參數尋優模塊，與所述診斷建模模塊相連，用于進行參數尋優，獲得最優參數；

存儲模塊，分別與所述診斷建模模塊和參數尋優模塊相連，保存訓練好的診斷模型和最優參數；

診斷識別模塊，分別與所述存儲模塊和云端數據交換模塊相連，當所述診斷識別模塊在進行故障診斷時，基于從所述存儲模塊中調用的訓練好的診斷模型和最優參數進行故障的診斷識別，并將識別出來的故障信息發送給云端數據交換模塊；

車載診斷單元中將端口數據采集模塊、總線數據采集模塊和端口驅動模塊的分離，達到與底層硬件進行分離的效果；

云端診斷單元中僅云端數據交換模塊與機側進行數據交換，遵循相應的數據交換協議，其他模塊均完全獨立于硬件設計。