引言

設(shè)備健康狀態(tài)評(píng)估目的在于利用現(xiàn)代測(cè)控技術(shù)監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)變化,預(yù)測(cè)白車身焊接生產(chǎn)線相關(guān)設(shè)備的性能劣化趨勢(shì),根據(jù)健康狀態(tài)評(píng)估結(jié)果采取必要的措施進(jìn)行維護(hù)檢修。

隱馬爾科夫模型(HiddenMarkovModel,HMM)是一種統(tǒng)計(jì)模型,它基于Markov鏈,并以此為基礎(chǔ)擴(kuò)展為一個(gè)觀測(cè)序列可見但狀態(tài)隱含的雙重隨機(jī)過程?；贖MM模型的設(shè)備部件健康狀態(tài)評(píng)估,雖然已取得一些進(jìn)展,但由于白車身焊接生產(chǎn)線生產(chǎn)過程中涉及的設(shè)備較多,且生產(chǎn)過程中存在設(shè)備部件和材料的不可預(yù)測(cè)失效等不確定性,在生產(chǎn)過程中會(huì)隨機(jī)出現(xiàn)設(shè)備突發(fā)大故障。對(duì)于突發(fā)大故障這種發(fā)生概率低但危害大的健康狀態(tài),現(xiàn)有理論研究還需要進(jìn)一步深入。

本文首先分析白車身焊接生產(chǎn)線的設(shè)備構(gòu)成和特點(diǎn),對(duì)白車身焊接生產(chǎn)線設(shè)備組件進(jìn)行劃分,并引入設(shè)備突發(fā)大故障狀態(tài),利用HMM模型對(duì)設(shè)備健康狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估。

1設(shè)備健康狀態(tài)評(píng)估基礎(chǔ)及劃分

一般采用等級(jí)標(biāo)度法來劃分白車身焊接生產(chǎn)線健康狀態(tài),采用運(yùn)行狀況和危險(xiǎn)度兩方面的意義來表示所劃分的等級(jí)。本文參照專家經(jīng)驗(yàn),并考慮到設(shè)備突發(fā)大故障具有發(fā)生概率低但危害極大的特點(diǎn),采用定性方法,將白車身焊接生產(chǎn)線設(shè)備健康狀態(tài)劃分為健康、亞健康、正常、異常、故障和突發(fā)大故障狀態(tài)。白車身焊接生產(chǎn)線的健康狀態(tài)劃分為6個(gè)等級(jí),如表1所示。

2設(shè)備健康狀態(tài)評(píng)估模型建立

白車身焊接生產(chǎn)線設(shè)備健康狀態(tài)評(píng)估流程包括設(shè)備健康狀態(tài)數(shù)據(jù)處理、HMM模型訓(xùn)練和健康狀態(tài)評(píng)估三個(gè)部分。設(shè)備健康狀態(tài)數(shù)據(jù)包括白車身焊接生產(chǎn)線設(shè)備的歷史數(shù)據(jù)和狀態(tài)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),采集并轉(zhuǎn)化為觀測(cè)序列,輸入HMM模型進(jìn)行參數(shù)訓(xùn)練,得到合理的HMM評(píng)估模型,在此基礎(chǔ)上評(píng)估白車身焊接生產(chǎn)線設(shè)備的健康狀態(tài)。設(shè)備健康狀態(tài)評(píng)估是將采集的白車身焊接生產(chǎn)線設(shè)備健康狀態(tài)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為觀測(cè)序列輸入到訓(xùn)練完成的HMM評(píng)估模型入=(m,A,B)。

首先,在修正后的HMM重估公式代入新的模型參數(shù)入=(m,A,B),有:

設(shè)備健康狀態(tài)參數(shù)觀測(cè)序列的狀態(tài)轉(zhuǎn)移可以利用前向一后向算法計(jì)算出來,則白車身焊接生產(chǎn)線設(shè)備在1時(shí)刻處于狀態(tài)9i的概率為:

根據(jù)上式,可計(jì)算1時(shí)刻設(shè)備在不同健康狀態(tài)的概率。為了判斷設(shè)備處于的健康狀態(tài),采用最大隸屬度原則,則設(shè)備在1時(shí)刻以最大概率隸屬于該健康狀態(tài)。

3算例驗(yàn)證

首先實(shí)時(shí)采集滾珠絲杠的數(shù)據(jù),采用訓(xùn)練得出的HMM評(píng)估模型即可獲取設(shè)備在該時(shí)刻下處于不同健康狀態(tài)的概率,然后利用最大隸屬度原則,評(píng)估設(shè)備的健康狀態(tài)。圖1展示了某時(shí)刻的評(píng)估結(jié)果,根據(jù)最大隸屬度原則,設(shè)備以54%的概率處于突發(fā)大故障狀態(tài),評(píng)估該設(shè)備現(xiàn)在處于突發(fā)大故障狀態(tài)。

圖2展示了設(shè)備健康狀態(tài)的變化趨勢(shì),從圖中可以看出,剛開始對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí),設(shè)備健康狀態(tài)良好,處于健康狀態(tài)。隨著設(shè)備的磨損程度增加,設(shè)備處于健康狀態(tài)的趨勢(shì)下降,隨著加工時(shí)間的增加,設(shè)備逐漸從健康狀態(tài)過渡到亞健康、正常、異常、常規(guī)故障狀態(tài),最后逐漸轉(zhuǎn)移到突發(fā)大故障狀態(tài)。從實(shí)例可以看出,本文提出的設(shè)備健康狀態(tài)的轉(zhuǎn)移過程與實(shí)際設(shè)備的劣化過程一致,驗(yàn)證了本文評(píng)估方法的有效性。

4結(jié)語

本文介紹了設(shè)備健康狀態(tài)評(píng)估的劃分標(biāo)準(zhǔn)以及依據(jù),并考慮到設(shè)備突發(fā)大故障具有概率低以及危害大的特點(diǎn),在設(shè)備健康狀態(tài)中引入突發(fā)大故障狀態(tài),構(gòu)建了設(shè)備健康狀態(tài)的HMM評(píng)估模型,并利用焊接設(shè)備的滾珠絲杠數(shù)據(jù)進(jìn)行了HMM評(píng)估模型的實(shí)例驗(yàn)證,證明了方法的有效性。