工業(yè)大數據與高端裝備健康管理

1、工業(yè)大數據與高端裝備健康管理向永清2016/11/26參考書目鉗燉5AlilftitUiililliiuna.i匸業(yè)4.0實戰(zhàn)裝笛制造業(yè)數字化之道INDUSTRIALBIG DATAMarafacturing匸業(yè)大數據U14丿：ent的工坐轉3偷創(chuàng)謖目錄工業(yè)大數據的前世今生什么是工業(yè)大數據？工業(yè)大數據有何特點？工業(yè)大數據解決什么問題？工業(yè)大數據的核心技術及架構工業(yè)大數據核心技術工業(yè)大數據架構工業(yè)大數據的應用場景及典型案例 應用場景典型案例高端裝備的健康管理健康管理定義健康管理的關鍵技術工業(yè)大數據的機遇與挑戰(zhàn)機遇挑戰(zhàn)什么是工業(yè)大數據?工業(yè)大數據是基于工業(yè)數據，運用大數 據技術，貫穿于工業(yè)生產的設

2、計、工藝、 生產、管理、服務等全生命周期，使工 業(yè)系統(tǒng)具備描述、診斷、預測、決策、 控制等智能化功能的模式和結果。:ANALYTICSFarrIintwJ|lO»SEIS亠vaq»Srami i TKHN010GIES8 丿冠|叩 伸aw肖爲呎回顧工業(yè)發(fā)展歷史工業(yè)1.0時化工業(yè)2.0電氣化與自動化智能化與物聯(lián)網工業(yè)3.0信息化與數字化現在未來20世紀四五十年代現在19世紀中20世紀初1860年代9世紀中信息化時代的發(fā)展歷程八基于物聯(lián)網與服務的智能環(huán)境發(fā)展過程中央計算機1個計算機：多個用戶一智能化環(huán)境嵌入式計算機智能工廠PC90%的計算機都是 嵌入式1個計算機：1個 用戶ll

3、ndustr, “°智能手魯智能？多個計算機：1個用戶大數據發(fā)展歷程，Whatis NEXT?2012,大數據，工業(yè)4.0下95,數據挖掘，互聯(lián)網1960,機器學習 Deep Blue AlphaGo1956,人工智能，圖靈測試工業(yè)大數據的誕生德國工業(yè)4.0 2013年4月漢諾 威工業(yè)博覽會上 由德國政府提出 2013年7月，德 國政府發(fā)布高 技術戰(zhàn)略2020, 工業(yè)4. 0是該戰(zhàn) 略確定的十大未 來項目之一美國CPS工業(yè)互聯(lián)網 2012年門月，GE 發(fā)布工業(yè)互聯(lián) 網一沖破思維與 機器的邊界報 告，將工業(yè)互聯(lián) 網稱之為200年 來的“第三波” 創(chuàng)新與變革中國制造20252015年3月

4、5日, 李克強兩會上作政府工作報告 時首次提出“中 國制造2025"的 宏大計劃2015年5月8日, 國務院正式印發(fā)中國制造2025工業(yè)4LQ的基礎架構移動物聯(lián)網排產制造交貨模塊化設計工廠優(yōu)化與執(zhí)行層定制化需求配置平臺需求與供給計劃平臺庫存優(yōu)化端到端智能績效分析訂單計劃制造.庫存，質量能源企業(yè)運營協(xié)同層II制適平臺1協(xié)同平臺排產優(yōu)化1企業(yè)運營層基礎平臺設備連接層國家制造業(yè)創(chuàng)新中心建設工程大力推逬 智能制造高端歸創(chuàng)新工程十大重點 領域術器人大丟H船舶裝備聶疇 電力裝備 新材料汽車生物醫(yī)藥 及高性能 醫(yī)療器械工業(yè)2Q25的內涵2015年已通過近期印發(fā)中國制造2025+ Wl+Xw實施方案

5、和規(guī)劃體系髙猛領域技術路線圖的綠皮書一條主線互聯(lián)網+信息化與工#化深度融合智能制造核心關曬創(chuàng)極動、iZZ網毗數報、智能化綠色發(fā)展工程一個網絡，二個主題，三個集成 CPS網絡一個網絡兩個主題三個集成智能工廠智能生產縱向集成端到端集成 橫向集成CPS網絡人類互聯(lián)網智能電智能建筑 智能家居智能工r 智能車間服務型 互聯(lián)網商業(yè)網 站互聯(lián)網 濟及 其他交 通工具社交媒 體CPS 系統(tǒng)平臺薩式、智能化、網絡恤世昂建立信息物理系統(tǒng)（CPS ）后#就可以將物 理設備（各類傳感器）連接到互聯(lián)網上,讓 物理設備具備計算、通信、精確控制、遠程 協(xié)調、自治、數據采集等功能，從而實現虛 擬網絡世界與現實物理世界的融合。

6、CPS可以將資源、信息、物體以及人緊密聯(lián) 系在一起，從而創(chuàng)造物聯(lián)網及相關服務，并 將生產工廠轉變?yōu)閒智能環(huán)境。這是實現 工11R4.0的基礎。智慧工廠與智能生產智能生產系統(tǒng)12三個集成縱向集成（車間）端到端集成（產業(yè)鏈橫向集成（生態(tài)）為了實現橫向集成，需 要幫助企業(yè)實現數字化 工廠，數字化工廠是工 業(yè)4.0演進的基礎。如果不能很好實現供應 鏈和服務互聯(lián)網（IoS） 的整合，橫向集成也很 難輕松實現。丄業(yè)大數據可能戰(zhàn)勝消 費大數據，成為橫向集 成的爆破點，并成為未 來制造牛態(tài)的粘合劑。WQBLD WITEGY BIGDAUJ工業(yè)革命4.0圖Q綠色代表企業(yè)馬I：可以實施 例黃色代表企業(yè)實施有難度&

7、#174; 紅色代衣基木無企業(yè)可以實規(guī)工業(yè)4.Q四化特征網絡化工業(yè)4.0自動化智能化工業(yè)大數據的特點多源性獲取，數據分散，非結構化數據比例大數據蘊含信息復雜，關聯(lián)性強持續(xù)采集，具有鮮明的動態(tài)時空特性采集、存貯、處理實時性要求高與具體工業(yè)領域密切相關機器設備I企業(yè)內部 采集數據I管理系統(tǒng) 傳感器I數據企業(yè)外部 相關數據客戶需求物流政策數據數據來源儀表盤ERPBUSI 供銷存I客戶關系工業(yè)大數據全景視圖大數據解決什么問題?預防解決可見問題不可見問題大數據如何解決問題?工業(yè)生產發(fā)現工業(yè)生產新的解決方案的質量缺陷,設備故障, 銷售下滑等應用指導工業(yè) 生產，形成新 的生產力大數據解決方案從5M要素獲取數

8、據，通過建模發(fā)現數據中有價值的信息，提出解決方案目錄工業(yè)大數據的前世今生什么是工業(yè)大數據？工業(yè)大數據有何特點？工業(yè)大數據解決什么問題？工業(yè)大數據的核心技術及架構工業(yè)大數據核心技術工業(yè)大數據架構工業(yè)大數據的應用場景及典型案例 應用場景典型案例高端裝備的健康管理健康管理定義健康管理的關鍵技術工業(yè)大數據的機遇與挑戰(zhàn)機遇挑戰(zhàn)工業(yè)大數據技術架構康材科 損塊化智能工廠7智能制適企業(yè)客戶云安全大政據更哥的網塔保護和數據保護j |更強的異地數SB存儲.備份數據| |數爵處理.數SB分析河視化.協(xié)同制直 創(chuàng)斷1物聯(lián)網1芯片/傳感器制造管理系統(tǒng)159.可険可亟C用系統(tǒng);生產全履數字世理：舁地工廠住間網絡化連 接，

9、機器同實現完全旦®1完全目動化生產過程全程可追蹤自動車輛/S1道車輛/3DBfg 超高速3D打印納米技術機器人/智能機床 瞻 WWAR/VR標準優(yōu) 零配件 供貨向用戶提供聖 3方設計SI務 設計炊件向誘 坊開SW8 口快速境制/還原,快 遼大規(guī)橫定制可持緒便用、可變性 壁逼.壘便于加工和 組養(yǎng).技術挺舁化生產更加智腿彌和 自動化；生產數據透 明化.生產全程可控智能物流清潔能源可普代.非傳統(tǒng).清潔能源車I哥內流程優(yōu)化.提升 效率、燧升安全性、節(jié)大規(guī)損定制 制客戶與市場證切相關書戶需求與生產規(guī)模 完養(yǎng)匹配、按需生產 思廈靈活性智聶物流個人客戶單品定制豐接與市場對擾高 度定制匕按需生產.

10、対設計良有更渥的嬰智能物流工業(yè)4.0九大技術支柱云計算技術數字出版互聯(lián)網+政務網pc/瀏覽器移動終端設備軟件即服務(SAAS)動漫渲染基礎平臺身份認證工作'凌I訪問控制報表管理數據挖握目錄養(yǎng)理1統(tǒng)一通訊共享交換中間件(SOA% ESB、Workload Mgr)基礎展務基礎設施基礎設施即服務(IAAS)工業(yè)物聯(lián)網集3系統(tǒng)4供應商斤聯(lián)冋網關¥Ej企業(yè)備仁號 瀘號2-企業(yè)服務總線資產管氏CRFCKMB2B防帯設苛在制品 追琮器WfdJ.401nSEE 來彙ih人工智能圖靈測試叢 叢己經不1to滴I己宅竟是誨3圖靈測試轍處加分誦： 說赧測試者令他為自己是電訪.你如渚碼低說旳這警話*

11、由祺有宙理虛擬現實用戶交互技術1 V 實現用戶與物理環(huán)燒中的虛 7 報對象之間更自然的交耳鯛定位技術 實時儉測觀鮒的位耳 規(guī)域/ 方向.運動的情況.幫助系統(tǒng)i 決宦顯示何沖虛擬對熟跟蹤' 定位技術分為：基于硬件設備” 計篦肌視覺兩種.L計算與存儲設爸r系統(tǒng)顯示技術JS強現買系統(tǒng)謖計最基本的 昆實 wci信息和物 理世畀的融合.f虛冥融合技術 對虛實環(huán)境逬行準確的配準e 實現遮捋、陰彩和光囲一致 性，同時支持自然的交互/ 虛腮坡數據庫工業(yè)網絡安全來自互聯(lián)兩攻圭工揑妾統(tǒng)人仗應場卄包人民3D打印3D模型縮放和修補 V打印實物Yes知識工作流自動化數據分析與日志組織/角色適配流轉控制適配集成服

12、算接口統(tǒng)一服務接入口動作/事件響應動態(tài)預處理條件分豆計算予腫過濾模史裝配處理任雋分配模魚數據存諸適配統(tǒng)一服勢接入口基礎服努層 （服務容器、集琵 酉己置項、緩存）工業(yè)機器人通信技術：Wi-Fk4G感知；導航和傳感處理；強大的計算能 力（摩爾定律移動：Segway意識：智能互動（五至十年）操作：成本較低的H/W和組件（三至五年）大數據技術分布式隊I分布式鎖I數據挖掘 列服務I服務I服務S1網貞庫11鏈接庫1信息庫存儲計算數據庫數據挖掘分布式文件系統(tǒng)批處理計算平臺KV存儲數據庫商業(yè)智能PHDFSMapReduc)9HbaseBIEEafi) s分布式對象系統(tǒng)流計算平臺非關系數據庫數據倉庫BC-oNe

13、stStormMongoDBHuxetable / GrecnPlum圖計算平臺分布式關系數據庫ETL工具BC-BSPRDBFlumeKettle硬件資源池虛擬化資源管理目錄工業(yè)大數據的前世今生什么是工業(yè)大數據？工業(yè)大數據有何特點？工業(yè)大數據解決什么問題？工業(yè)大數據的核心技術及架構工業(yè)大數據核心技術工業(yè)大數據架構工業(yè)大數據的應用場景及典型案例 應用場景典型案例高端裝備的健康管理健康管理定義健康管理的關鍵技術工業(yè)大數據的機遇與挑戰(zhàn)機遇挑戰(zhàn)biuni 人 際網烙務任分a©«可覆化遠儀安;處的丄mu#wEB»»e»THiaG9M-uor CS 內 C

14、MBP彬嚀“ RH0Mx«“cmeix 二口加速產品創(chuàng)新產品故障診斷與預測wot優(yōu)化工藝和生產流程全球泯財網絡金It*戶兩絡海爾文化R1海爾集團塑于mySAP原捋程枝擬排程訂單1訂單2 |訂單3i訂單4幼單2 :屢甸仃單訂單3 訂單4，向訂單計劃結東L刻Z worKs工業(yè)大數據應用場景案例仏海爾數字化網絡化生產線圍繞用戶價值，實現全流程端對端互聯(lián)，對家電制造業(yè)進行水平整 合和垂直整合，打造冰箱、空調、洗衣機等家電互聯(lián)型智能工廠 三層互聯(lián)：用戶、企業(yè)和資源連接實現內外互聯(lián)、信息互聯(lián)、虛實 互聯(lián)三個轉變：內部評價二用戶評價；采購零件二模塊供貨方參與設 計的模塊采購；各方博弈關系二價值共同

15、體共創(chuàng)共享海爾洗衣機互聯(lián)工廠在50萬用戶參與交互中，從79個模塊方案中確 定2個最佳組合投產。設計的水晶滾筒洗衣機能耗比歐洲A+標準節(jié) 能40%20132014年，海爾累計裁掉2.6萬名員匚2014年海爾銷售收入增長們,利潤增長39%。2015年初海爾家電出口逆勢增29%案例2：空氣壓縮機喘振預測分析案例2：空氣壓縮機喘振預測分析輸入數據有/無喘振現象數據案例3：工廠機器人健康預測分析案例四=服裝定制制造業(yè)典范（紅領）2014年，以零庫存實現150%的業(yè)績增長大規(guī)模定制生產，每天能設計.生產2000種不同的個性化定制產品 公司核心競爭力是一套大數據信息系統(tǒng)，任何一項數據的變動能驅 動其余900

16、0多項數據的同步變動10年時間自主研發(fā)由不同體型身材尺寸集合而成的大數據處理系統(tǒng) 2014年5月CCTV新聞聯(lián)播3分鐘報道；張、馬參觀后震驚目錄工業(yè)大數據的前世今生什么是工業(yè)大數據？工業(yè)大數據有何特點？工業(yè)大數據解決什么問題？工業(yè)大數據的核心技術及架構工業(yè)大數據核心技術工業(yè)大數據架構工業(yè)大數據的應用場景及典型案例 應用場景典型案例高端裝備的健康管理健康管理定義健康管理的關鍵技術工業(yè)大數據的機遇與挑戰(zhàn)機遇挑戰(zhàn)健康管理（PHM）定義故障預測與健康管理（PHM）技術作為實現武 器裝備基于狀態(tài)的維修（CBM）、自主式保障、感知與響應后勤等新思想、新方案的關鍵 廣應用。包括兩層含義，一是故障預測，即 預

17、先診斷部件或系統(tǒng)完成其功能的狀態(tài)，確 定部件正常工作的時間長度；二是健康管理 ,即根據診斷/預測信息、可用資源和使用需 求對維修活動做出適當決策的能力。技術，受到美英等軍事強國的高度重視和推lit;PHM與醫(yī)學類比醫(yī)學疾病診斷通過觀測、化驗和醫(yī)療儀器,結論由醫(yī)生給出工程故障診斷通過傳感器、信號處理和檢測儀結論由診斷軟件給出多科會診多科醫(yī)生一同診斷當前疾病綜合診斷運用多種診斷技術診斷當前故障故障預測與健康管理健康監(jiān)測、高級故障診斷、故障/壽命預測（健康、亞健康、故障、部件壽命預測） 疾病預防與保健體檢、疾病預測、保健體系（健康、亞健康、疾病、壽命預測）PHM技術發(fā)展階段發(fā)展階段:應用層次:部件級

18、10>分系統(tǒng)級皿=>系統(tǒng)集成（區(qū)域管理器）PHP出現的技術基礎需求牽弓I:系統(tǒng)復雜性、信息化和綜合化程度大幅度提高裝備維修保障工作重點已由傳統(tǒng)的以機械修復為主，逐步轉變?yōu)橐孕畔?的獲取、處理和傳輸并做出維修決策為主。以往的事后維修和定期維修已技術推動:經無法很好地滿足現代戰(zhàn)爭和武器裝備對裝備保障的要求，在這種情況下， 美軍20世紀90年代末引入民用領域的CBM,作為一項戰(zhàn)略性的裝備保障策略, 其目的是對裝備狀態(tài)進行實時的或近實時的監(jiān)控，根據裝備的實際狀態(tài)確 定最佳維修時機，以提高裝備的可用度和任務可靠性。大數據技術、高速傳輸和處理、信息融合、MEMS.網絡 等信息技術和高新技術的迅

19、速發(fā)展o契機： 美軍重大項目F-35聯(lián)合攻擊機(JSF)項目的啟動。健康診斷與故障預測流程數據 融合融合狀杰監(jiān)a»q 、傳夠器1傳憊器211傳感器N理數據傳輸特征提取aK診斷融合保障決策產甜鞋tt/Ki®PHM的主要技術組成PHP系統(tǒng)技術特征通過測試和計算關鍵部件的剩余壽命來主動地監(jiān)視系統(tǒng)的健 康狀態(tài)健康信息用于優(yōu)化維修活動及后勤保障 最好PHM系統(tǒng)勿需增加傳感器從已有的傳感器獲取健康信息 基本方法是將傳感器測到的對象系統(tǒng)的響應與該系統(tǒng)模型的響應做比較 使用老化模型計算關鍵部件的剩余壽命用理論推導方法或對特定部分做磨損試驗得到老化模型故障診斷與預測技術基于數學模型的故障檢測

20、與診斷方法特點是必須將故障數學模型化，有時建立模型很困難 不依賴實例和經驗，適用于新的沒有成熟經驗的診斷基于參數估計的故障檢測與診斷方法特點是須先確定一個信任域，當參數超出域時認為故障適用于故障能由參數的顯著變化來描述的診斷基于信號處理的故障檢測與診斷方法通過對檢測信號的分析處理，利用特征信號對故障進行識 別和診斷。典型方法：小波變換、模態(tài)分解等基于知識的故障檢測與診斷方法不需精確的數學模型，能模擬人的思維過程，具有自學習 、自組織、自推理能力故障診斷與預測技術基于實例的故障檢測與診斷方法是一種使用過去的經驗實例指導解決新問題的方法 優(yōu)點是不需從實例中提取規(guī)則，求解快；不足是能搜集的 實例是有

21、限的，求解時可能出現誤診或漏診基于模糊理論的故障檢測與診斷方法征兆的描述、故障與征兆的關系往往具有模糊特性”模糊 語言變量能更準確地表示這種模糊性的征兆和故障問題在于知識獲取困難：如何確定故障與征兆間的模糊規(guī) 貝IJ;如何實現模糊語言變量與隸屬度間的推理轉換基于神經網絡的故障檢測與診斷方法利用神經網絡的聯(lián)想、推理和記憶能力進行知識處理 適用于復雜多模式的診斷，有離線和在線診斷兩種方式機器學習在PHM中應用»故障診斷智能化水平與系統(tǒng)的機器學習能力密切相關,機器學習技術是提高智能故障診斷能力主要途徑: 知識獲取技術 深淺知識集成表示方法 規(guī)則更新方法4機器學習策略機器學習知識獲取技術知識獲取是構造智能診斷系統(tǒng)的一個“瓶頸”問題傳統(tǒng)的知識獲取方法:通過知識工程