[發(fā)明專利]云、霧、邊緣端協(xié)同的軸承狀態(tài)監(jiān)測(cè)與管理方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110639226.6
• 申請(qǐng)日: 2021-06-08
• 公開（公告）號(hào): CN113465920B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曹宏瑞;羅楊;彭城;陳雪峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G01M13/04
• 分類號(hào): G01M13/04;G01M13/045;G06F30/17
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 王艾華

1.云、霧、邊緣端協(xié)同的軸承狀態(tài)監(jiān)測(cè)與管理方法，其特征在于，包括以下步驟：

在霧端初始化軸承數(shù)字孿生模型，云端加載通用診斷預(yù)測(cè)模型；

獲取軸承運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)以及軸承工作環(huán)境狀態(tài)信號(hào)；

根據(jù)得到的軸承運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)以及軸承工作環(huán)境狀態(tài)信號(hào)，邊緣端對(duì)軸承運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)以及軸承工作環(huán)境狀態(tài)信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理，計(jì)算得到軸承運(yùn)行狀態(tài)指標(biāo)；

邊緣端根據(jù)所述軸承運(yùn)行狀態(tài)指標(biāo)，利用簡(jiǎn)單軸承故障診斷算法進(jìn)行軸承故障識(shí)別，若某監(jiān)測(cè)指標(biāo)超出閾值則及時(shí)告警，若沒有指標(biāo)超出閾值則認(rèn)為被監(jiān)測(cè)軸承沒有發(fā)生失效行為；

邊緣端根據(jù)所述軸承運(yùn)行狀態(tài)指標(biāo)，在滿足設(shè)定條件時(shí)向霧端上傳指標(biāo)數(shù)據(jù)片段及其對(duì)應(yīng)的軸承工作環(huán)境狀態(tài)信號(hào)；

霧端根據(jù)邊緣端上傳的指標(biāo)數(shù)據(jù)片段，對(duì)各軸承數(shù)字孿生體模型進(jìn)行更新，并將指標(biāo)數(shù)據(jù)片段和更新后的孿生體模型參數(shù)上傳至云端；

霧端根據(jù)更新后的軸承數(shù)字孿生模型，融合軸承工作環(huán)境狀態(tài)信號(hào)，利用云端的壽命預(yù)測(cè)模型和智能診斷模型，對(duì)軸承進(jìn)行剩余壽命計(jì)算和早期損傷辨識(shí)；

云端根據(jù)霧端上傳的指標(biāo)數(shù)據(jù)片段和更新后的孿生體模型參數(shù)，索引該霧端的時(shí)空數(shù)據(jù)，結(jié)合通用診斷預(yù)測(cè)模型為該霧端訓(xùn)練針對(duì)性診斷預(yù)測(cè)模型并發(fā)送回該霧端；

云端根據(jù)各霧端上傳的指標(biāo)數(shù)據(jù)片段和更新后的孿生體模型參數(shù)更新時(shí)空索引，持續(xù)訓(xùn)練通用診斷預(yù)測(cè)模型，并計(jì)算服役條件對(duì)軸承壽命的主要影響因素，提供運(yùn)維建議。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的云、霧、邊緣端協(xié)同的軸承狀態(tài)監(jiān)測(cè)與管理方法，其特征在于，在霧端初始化軸承數(shù)字孿生模型，云端加載通用診斷預(yù)測(cè)模型時(shí)，在霧端依據(jù)軸承型號(hào)初始化軸承數(shù)字孿生模型，云端初始診斷預(yù)測(cè)模型為利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)集訓(xùn)練得到的深度學(xué)習(xí)算法模型。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的云、霧、邊緣端協(xié)同的軸承狀態(tài)監(jiān)測(cè)與管理方法，其特征在于，所述的軸承運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)包括且不限于振動(dòng)信號(hào)和溫度信號(hào)，所述振動(dòng)信號(hào)和溫度信號(hào)至少來自于軸承安裝座和軸承部件，所述振動(dòng)信號(hào)通過傳感器測(cè)得，為軸承的振動(dòng)位移、速度以及加速度響應(yīng)；軸承工作環(huán)境狀態(tài)信號(hào)至少包括溫度和濕度。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的云、霧、邊緣端協(xié)同的軸承狀態(tài)監(jiān)測(cè)與管理方法，其特征在于，邊緣端對(duì)軸承運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)以及軸承工作環(huán)境狀態(tài)信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理時(shí)，所采用的信號(hào)處理方法采用時(shí)域分析、頻域分析或小波分析，其處理結(jié)果為軸承運(yùn)行狀態(tài)指標(biāo)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的云、霧、邊緣端協(xié)同的軸承狀態(tài)監(jiān)測(cè)與管理方法，其特征在于，所述設(shè)定條件為達(dá)到設(shè)定時(shí)間間隔或軸承發(fā)某項(xiàng)運(yùn)行狀態(tài)指標(biāo)的變化量超過設(shè)定的閾值。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的云、霧、邊緣端協(xié)同的軸承狀態(tài)監(jiān)測(cè)與管理方法，其特征在于，所述的數(shù)字孿生模型至少包括結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型、熱力耦合模型、應(yīng)力分析模型和損傷演化模型。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的云、霧、邊緣端協(xié)同的軸承狀態(tài)監(jiān)測(cè)與管理方法，其特征在于，所述壽命預(yù)測(cè)與故障診斷模型采用機(jī)器學(xué)習(xí)方法。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的云、霧、邊緣端協(xié)同的軸承狀態(tài)監(jiān)測(cè)與管理方法，其特征在于，所述早期損傷辨識(shí)至少包含剝落、點(diǎn)蝕和打滑的典型故障。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的云、霧、邊緣端協(xié)同的軸承狀態(tài)監(jiān)測(cè)與管理方法，其特征在于，對(duì)各軸承數(shù)字孿生體模型進(jìn)行更新時(shí)，通過調(diào)整各軸承數(shù)字孿生體模型的內(nèi)部參數(shù)實(shí)現(xiàn)，所述內(nèi)部參數(shù)的調(diào)整更新方法采用擴(kuò)展卡爾曼濾波算法；所述內(nèi)部參數(shù)包括被監(jiān)測(cè)軸承的工況/環(huán)境參數(shù)和模型參數(shù)。

10.云、霧、邊緣端協(xié)同的軸承狀態(tài)監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)，其特征在于，包括云端、霧端以及邊緣端，云端、霧端以及邊緣端之間相互通信連接，云端、霧端以及邊緣端中均布置有計(jì)算服務(wù)器，所述計(jì)算服務(wù)器均包括處理器以及存儲(chǔ)器，云端、霧端以及邊緣端的存儲(chǔ)器中均存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，霧端處理器運(yùn)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)能初始化軸承數(shù)字孿生模型，根據(jù)邊緣端上傳的指標(biāo)數(shù)據(jù)片段，對(duì)各軸承數(shù)字孿生體模型進(jìn)行更新，并將指標(biāo)數(shù)據(jù)片段和更新后的孿生體模型參數(shù)上傳至云端，并根據(jù)更新后的軸承數(shù)字孿生模型，融合軸承工作環(huán)境狀態(tài)信號(hào)，利用云端的壽命預(yù)測(cè)模型和智能診斷模型，對(duì)軸承進(jìn)行剩余壽命計(jì)算和早期損傷辨識(shí)；

云端處理器運(yùn)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)加載通用診斷預(yù)測(cè)模型，根據(jù)霧端上傳的指標(biāo)數(shù)據(jù)片段和更新后的孿生體模型參數(shù)，索引該霧端的時(shí)空數(shù)據(jù)，結(jié)合通用診斷預(yù)測(cè)模型為該霧端訓(xùn)練針對(duì)性診斷預(yù)測(cè)模型并發(fā)送回該霧端，同時(shí)根據(jù)各霧端上傳的指標(biāo)數(shù)據(jù)片段和更新后的孿生體模型參數(shù)更新時(shí)空索引，持續(xù)訓(xùn)練通用診斷預(yù)測(cè)模型，并計(jì)算服役條件對(duì)軸承壽命的主要影響因素，提供運(yùn)維建議；

邊緣端處理器運(yùn)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)根據(jù)得到的軸承運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)以及軸承工作環(huán)境狀態(tài)信號(hào)，對(duì)軸承運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)以及軸承工作環(huán)境狀態(tài)信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理，計(jì)算得到軸承運(yùn)行狀態(tài)指標(biāo)，同時(shí)根據(jù)所述軸承運(yùn)行狀態(tài)指標(biāo)，利用簡(jiǎn)單軸承故障診斷算法進(jìn)行軸承故障識(shí)別，若某監(jiān)測(cè)指標(biāo)嚴(yán)重超出閾值則及時(shí)告警，若沒有指標(biāo)超出閾值則認(rèn)為被監(jiān)測(cè)軸承沒有發(fā)生失效行為；并根據(jù)所述軸承運(yùn)行狀態(tài)指標(biāo)，在滿足設(shè)定條件時(shí)向霧端上傳指標(biāo)數(shù)據(jù)片段和軸承工作環(huán)境狀態(tài)信號(hào)。