[發(fā)明專利]一種基于遷移學(xué)習(xí)的船用滑動(dòng)軸承剩余壽命預(yù)測(cè)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210048864.5
• 申請(qǐng)日: 2022-01-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114548152A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-05-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 丁寧;李虎林;顏康;呂昱昊;武宸亮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G06K9/00
• 分類號(hào): G06K9/00;G06K9/62;G06N3/04;G06N3/08;G01D21/02
• 代理公司: 上海段和段律師事務(wù)所 31334
• 代理人: 施嘉薇

本發(fā)明提供了一種基于遷移學(xué)習(xí)的船用滑動(dòng)軸承剩余壽命預(yù)測(cè)方法，包括：步驟1：開(kāi)展不同材料船用滑動(dòng)軸承抗咬合性能試驗(yàn)，采集整個(gè)退化過(guò)程中不同材料滑動(dòng)軸承的多傳感器信號(hào)數(shù)據(jù)；步驟2：進(jìn)行時(shí)域和頻域多傳感器特征提取，形成多維多傳感器特征向量，并進(jìn)行歸一化處理；步驟3：搭建遷移學(xué)習(xí)壽命預(yù)測(cè)模型，通過(guò)引入域分類損失、MMD損失和CORAL損失來(lái)縮小兩個(gè)域之間的差異，采用RMSprop優(yōu)化算法對(duì)剩余壽命預(yù)測(cè)模型進(jìn)行迭代訓(xùn)練，最終輸出目標(biāo)域材料滑動(dòng)軸承的剩余壽命預(yù)測(cè)結(jié)果。本發(fā)明縮小不同材料滑動(dòng)軸承失效數(shù)據(jù)分布之間的一階和二階特征差異，同時(shí)提升壽命預(yù)測(cè)模型的通用性和預(yù)測(cè)精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及軸承剩余壽命預(yù)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種基于遷移學(xué)習(xí)的船用滑動(dòng)軸承剩余壽命預(yù)測(cè)方法。

背景技術(shù)

在船用柴油機(jī)中，滑動(dòng)軸承起著支撐動(dòng)載荷并將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的重要作用。在長(zhǎng)期高循環(huán)動(dòng)載荷的工作條件下，疲勞破壞是滑動(dòng)軸承的一種常見(jiàn)損傷形式。此外，由于過(guò)大的循環(huán)動(dòng)載荷導(dǎo)致的惡劣潤(rùn)滑狀態(tài)會(huì)誘導(dǎo)瓦背溫度突增，加劇滑動(dòng)軸承的退化，嚴(yán)重時(shí)甚至發(fā)生滑動(dòng)軸承抱軸、燒傷等重大故障。如果能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)軸承剩余使用壽命并追蹤軸承的退化狀態(tài)，就能夠及時(shí)實(shí)現(xiàn)軸承的維護(hù)和更換，避免重大故障引起的經(jīng)濟(jì)損失。

隨著傳感器監(jiān)測(cè)技術(shù)的興起和迅速發(fā)展，使設(shè)備及部件剩余使用壽命可視化成為可能。當(dāng)部件的性能退化機(jī)理不明確或難以建立具體準(zhǔn)確的物理模型時(shí)，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法應(yīng)運(yùn)而生。數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型能夠在不依賴設(shè)備失效機(jī)理的條件下，融合具有較高容錯(cuò)性、互補(bǔ)性和實(shí)時(shí)性的多傳感器信息進(jìn)行特征分析，擁有優(yōu)異的對(duì)復(fù)雜設(shè)備剩余壽命的判斷和預(yù)測(cè)能力，已成為目前關(guān)注的焦點(diǎn)。基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的壽命預(yù)測(cè)方法主要包括信號(hào)獲取與傳感技術(shù)、信號(hào)處理與特征提取、退化機(jī)理與征兆聯(lián)系、退化狀態(tài)識(shí)別分類與剩余壽命預(yù)測(cè)等幾個(gè)方面。常用的傳統(tǒng)機(jī)器學(xué)習(xí)模型包括支持向量機(jī)、支持向量回歸、最小二乘支持向量機(jī)等。常用的深度學(xué)習(xí)模型包括自動(dòng)編碼器、卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。而長(zhǎng)短期記憶神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及其變體在解決消失梯度和有效處理長(zhǎng)期依賴問(wèn)題方面具有很大的優(yōu)勢(shì)。

專利文獻(xiàn)CN112949097A(申請(qǐng)?zhí)枺篊N202110416141.1)公開(kāi)了一種基于深度遷移學(xué)習(xí)的軸承剩余壽命預(yù)測(cè)模型，基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練實(shí)現(xiàn)，所述預(yù)測(cè)模型包括：自適應(yīng)特征提取模塊和指標(biāo)回歸預(yù)測(cè)模塊；自適應(yīng)特征提取模塊用于提取未標(biāo)注的振動(dòng)數(shù)據(jù)樣本的自適應(yīng)深度特征，并根據(jù)所述自適應(yīng)深度特征衍生相對(duì)應(yīng)的輸入特征和標(biāo)注標(biāo)簽；指標(biāo)回歸預(yù)測(cè)模塊用于對(duì)所述輸入特征標(biāo)注用于體現(xiàn)剩余壽命的預(yù)測(cè)標(biāo)簽，指標(biāo)回歸預(yù)測(cè)模塊基于相對(duì)應(yīng)的輸入特征和標(biāo)注標(biāo)簽構(gòu)成的訓(xùn)練樣本進(jìn)行訓(xùn)練。

盡管基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的壽命預(yù)測(cè)方法已經(jīng)表現(xiàn)出令人滿意的性能，但仍然存在一定的局限性。在實(shí)際應(yīng)用中，所使用的船用滑動(dòng)軸承可能由不同性能材料加工而成。由于滑動(dòng)軸承材料之間的抗疲勞性、抗咬合性、磨粒嵌藏性、順應(yīng)性等存在差異，受此影響不同材料滑動(dòng)軸承的退化和失效數(shù)據(jù)可能位于不同的邊際概率分布，并且針對(duì)每種材料滑動(dòng)軸承均采集充足的失效樣本量較為困難。然而，大多數(shù)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)壽命預(yù)測(cè)方法需要大量的訓(xùn)練樣本進(jìn)行學(xué)習(xí)，并且假設(shè)訓(xùn)練樣本和測(cè)試樣本具有相同的域，忽略了兩者之間分布差異對(duì)預(yù)測(cè)精度的影響。因此針對(duì)滑動(dòng)軸承材料多樣性且樣本量積累不易的情況，很難獲得魯棒性好的壽命預(yù)測(cè)模型。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種基于遷移學(xué)習(xí)的船用滑動(dòng)軸承剩余壽命預(yù)測(cè)方法。

根據(jù)本發(fā)明提供的基于遷移學(xué)習(xí)的船用滑動(dòng)軸承剩余壽命預(yù)測(cè)方法，包括：

步驟1：在滑動(dòng)軸承疲勞試驗(yàn)機(jī)上安裝Y向和Z向加速度傳感器、瓦背溫度傳感器、供油流量及供油壓力傳感器，開(kāi)展不同材料船用滑動(dòng)軸承抗咬合性能試驗(yàn)，并采集整個(gè)退化過(guò)程中不同材料滑動(dòng)軸承振動(dòng)、瓦背溫度、供油流量及供油壓力傳感器信號(hào)數(shù)據(jù)；

步驟2：根據(jù)采集到的傳感器信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)域和頻域多傳感器特征提取，形成多維多傳感器特征向量，并進(jìn)行歸一化處理；