[發(fā)明專利]一種基于邊緣計算的故障診斷與監(jiān)測系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2021-06-22
• 公開（公告）號: CN113255584B
• 公開（公告）日: 2021-10-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馮小圣;徐華東;張忠學(xué)
• 申請（專利權(quán)）人: 德明通訊（上海）股份有限公司
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06K9/62;G06F9/50;H04L29/08
• 代理公司: 北京中索知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11640
• 代理人: 陳江

本發(fā)明提供了一種基于邊緣計算的故障診斷與監(jiān)測系統(tǒng)，包括：智能儀表設(shè)備端和邊緣計算服務(wù)設(shè)備端，智能儀表設(shè)備端包括：邊緣計算組件，傳感器組件，智能儀表網(wǎng)絡(luò)通信組件；邊緣計算組件包括：過程趨勢診斷模型模塊、數(shù)據(jù)預(yù)測模型模塊、傳感器故障特征計算模塊；邊緣計算服務(wù)設(shè)備端包括：數(shù)據(jù)存儲組件，特征篩選算法組件，故障診斷模型組件，邊緣計算服務(wù)網(wǎng)絡(luò)通信組件。本發(fā)明在部分傳感器發(fā)生故障時通過特征篩選算法自動更新特征和模型參數(shù)完成故障檢測；解決了傳統(tǒng)主流儀器儀表系統(tǒng)功能單一、計算資源有限、自處理能力弱的缺點，減少了傳統(tǒng)云計算模式造成的網(wǎng)絡(luò)延遲；增加了儀表的智能化程度，與邊緣計算共同協(xié)作完成系統(tǒng)的故障診斷與監(jiān)測。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)故障診斷及儀表狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種基于邊緣計算的故障診斷與監(jiān)測系統(tǒng)。

背景技術(shù)

年來，隨著萬物互聯(lián)時代的快速到來和無線網(wǎng)絡(luò)的普及，網(wǎng)絡(luò)邊緣的設(shè)備數(shù)量和所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)都在快速增長。據(jù)IDC預(yù)測，到2025年，全球數(shù)據(jù)總量將大于180澤字節(jié)（zettabyte,ZB），而物聯(lián)網(wǎng)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)的70%以上都將在網(wǎng)絡(luò)邊緣進(jìn)行處理。在這種情況下，以云計算模式為核心的集中式處理模式將無法高效處理邊緣設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。為了解決傳統(tǒng)云計算實時性不夠、帶寬不足、能耗較大的缺點，面向邊緣設(shè)備所產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)來進(jìn)行計算的邊緣計算模型應(yīng)運而生。相比于傳統(tǒng)云計算，邊緣計算具備幾個明顯的優(yōu)點：首先，數(shù)據(jù)在邊緣端進(jìn)行處理，極大地減輕了網(wǎng)絡(luò)帶寬和數(shù)據(jù)中心的壓力。其次，服務(wù)請求不需要等待云計算中心的處理結(jié)果，減少了網(wǎng)絡(luò)延遲，提升了服務(wù)質(zhì)量。最后，用戶隱私數(shù)據(jù)不再上傳，而是存儲在網(wǎng)絡(luò)邊緣設(shè)備上，減少網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)泄露的風(fēng)險，保護(hù)了用戶數(shù)據(jù)安全和隱私。

隨著計算機(jī)處理能力的不斷提升，人工智能迎來了高潮。以深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為代表的深度學(xué)習(xí)算法在諸多人工智能應(yīng)用中取得了很好的效果。傳統(tǒng)的人工智能應(yīng)用采取云計算模式，即將數(shù)據(jù)傳輸至云端，然后在云端運行算法并返回結(jié)果。隨著邊緣計算的發(fā)展，越來越多的人工智能應(yīng)用遷移到邊緣進(jìn)行。邊緣計算和人工智能的結(jié)合孕育出了邊緣智能，由于邊緣端的計算和內(nèi)存資源不像云端那樣豐富，因此在開發(fā)智能算法時應(yīng)盡可能壓縮模型，使其輕量化，同時應(yīng)開發(fā)智能硬件，完成邊物協(xié)同以加強(qiáng)邊緣端和儀器儀表端的協(xié)作能力。

2015年國務(wù)院正式印發(fā)《中國制造2025》，部署全面推進(jìn)實施制造強(qiáng)國戰(zhàn)略，同時要求智能制造以及智能裝備機(jī)械智能化、規(guī)模化，機(jī)械與機(jī)械之間的耦合程度越來越高，如何實現(xiàn)對智能裝備的故障預(yù)測、診斷，對實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的安全性和可靠性具有十分重要的意義。目前為止，國內(nèi)外因機(jī)組設(shè)備發(fā)生故障而引發(fā)的重大事故依然時有發(fā)生，在生產(chǎn)過程中對大型成套機(jī)械設(shè)備的實時在線故障檢測十分重要。同時石化、電力、冶金等基礎(chǔ)原材料行業(yè)是我國國民經(jīng)濟(jì)的支柱和基礎(chǔ)，也是我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長的重要支撐力量，然而在這方面總體效能上仍與國際先進(jìn)水平存在差距。面對人工智能的發(fā)展浪潮，利用新技術(shù)實現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化轉(zhuǎn)型的迫切需求與重大歷史機(jī)遇。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于此，本發(fā)明的目的是為了解決傳統(tǒng)主流儀器儀表系統(tǒng)功能單一、計算資源有限、自處理能力弱的缺點，傳統(tǒng)的主流儀控系統(tǒng)是儀表負(fù)責(zé)測量，控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)計算與控制，這種模式可能因延遲與不同步，難以滿足智能工廠更高的測量與控制精度要求。針對上述問題，本發(fā)明提出了一種基于邊緣智能儀表的故障診斷與監(jiān)測系統(tǒng)，采用邊緣計算的技術(shù)來減少傳統(tǒng)云計算模式造成的在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中往往不能容忍的網(wǎng)絡(luò)延遲，同時為了解決智能算法的資源需求與邊緣設(shè)備受限于資源之間的矛盾，提出了一種特征篩選算法和輕量化的故障診斷模型來滿足邊緣設(shè)備有限的資源問題。最后采用了邊物協(xié)同的模式，在儀表端中加入了邊緣計算層，增加了儀表的智能化程度，與邊緣計算服務(wù)器共同協(xié)作完成了系統(tǒng)的故障診斷與監(jiān)測。

本發(fā)明提供一種基于邊緣計算的故障診斷與監(jiān)測系統(tǒng)，包括：

智能儀表設(shè)備端和邊緣計算服務(wù)設(shè)備端，其中：

所述智能儀表設(shè)備端包括：邊緣計算組件，傳感器組件，智能儀表網(wǎng)絡(luò)通信組件；