工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與高端裝備健康管理課件

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與高端裝備健康管理201804工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與高端裝備健康管理參考書目參考書目目錄工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的前世今生什么是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)？工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)有何特點(diǎn)？工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)解決什么問題？工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)及架構(gòu)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用場景及典型案例應(yīng)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(guān)鍵技術(shù)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的機(jī)遇與挑戰(zhàn)機(jī)遇挑戰(zhàn)目錄工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的前世今生什么是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)？工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是基于工業(yè)數(shù)據(jù)，運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)，貫穿于工業(yè)生產(chǎn)的設(shè)計(jì)、工藝、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等全生命周期，使工業(yè)系統(tǒng)具備描述、診斷、預(yù)測、決策、控制等智能化功能的模式和結(jié)果。什么是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)？工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是基于工業(yè)數(shù)據(jù)，運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)回顧工業(yè)發(fā)展歷史1860年代-19世紀(jì)中19世紀(jì)中-20世紀(jì)初20世紀(jì)四五十年代-現(xiàn)在現(xiàn)在-未來工業(yè)1.0機(jī)械化工業(yè)2.0電氣化與自動化工業(yè)3.0信息化與數(shù)字化工業(yè)4.0智能化與物聯(lián)網(wǎng)回顧工業(yè)發(fā)展歷史1860年代-19世紀(jì)中19世紀(jì)中-20世紀(jì)信息化時代的發(fā)展歷程信息化時代的發(fā)展歷程大數(shù)據(jù)發(fā)展歷程1956，人工智能，圖靈測試1960，機(jī)器學(xué)習(xí)DeepBlueAlphaGo1995，數(shù)據(jù)挖掘，互聯(lián)網(wǎng)2012，大數(shù)據(jù)，工業(yè)4.0…,WhatisNEXT?大數(shù)據(jù)發(fā)展歷程1956，人工智能，圖靈測試1960，機(jī)器學(xué)習(xí)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的誕生德國工業(yè)4.02013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(shù)戰(zhàn)略2020》，工業(yè)4.0是該戰(zhàn)略確定的十大未來項(xiàng)目之一美國CPS工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)2012年11月，GE發(fā)布《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)—沖破思維與機(jī)器的邊界》報(bào)告，將工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)稱之為200年來的“第三波”創(chuàng)新與變革中國制造20252015年3月5日，李克強(qiáng)兩會上作《政府工作報(bào)告》時首次提出“中國制造2025”的宏大計(jì)劃2015年5月8日，國務(wù)院正式印發(fā)《中國制造2025》工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的誕生德國2013年4月漢諾威工業(yè)博覽會上由德國政工業(yè)4.0的基礎(chǔ)架構(gòu)企業(yè)運(yùn)營層基礎(chǔ)平臺設(shè)備連接層工業(yè)4.0的基礎(chǔ)架構(gòu)企業(yè)運(yùn)營層基礎(chǔ)平臺設(shè)備連接層工業(yè)2025的內(nèi)涵工業(yè)2025的內(nèi)涵一個網(wǎng)絡(luò)，二個主題，三個集成一個網(wǎng)絡(luò)CPS網(wǎng)絡(luò)兩個主題智能工廠智能生產(chǎn)三個集成縱向集成端到端集成橫向集成一個網(wǎng)絡(luò)，二個主題，三個集成一個網(wǎng)絡(luò)CPS網(wǎng)絡(luò)兩個主題智能工CPS網(wǎng)絡(luò)CPS網(wǎng)絡(luò)智慧工廠與智能生產(chǎn)智能生產(chǎn)系統(tǒng)實(shí)時感知優(yōu)化決策動態(tài)執(zhí)行智慧工廠與智能生產(chǎn)智能生產(chǎn)系統(tǒng)實(shí)時優(yōu)化動態(tài)三個集成三個集成工業(yè)4.0四化特征工業(yè)4.0數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化自動化智能化工業(yè)4.0四化特征工業(yè)4.0數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化自動化智能化工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)多源性獲取，數(shù)據(jù)分散，非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)比例大數(shù)據(jù)蘊(yùn)含信息復(fù)雜，關(guān)聯(lián)性強(qiáng)持續(xù)采集，具有鮮明的動態(tài)時空特性采集、存貯、處理實(shí)時性要求高與具體工業(yè)領(lǐng)域密切相關(guān)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)多源性獲取，數(shù)據(jù)分散，非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)比例大數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)來源機(jī)器設(shè)備采集數(shù)據(jù)傳感器儀表盤BUS企業(yè)內(nèi)部管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)ERP供銷存客戶關(guān)系企業(yè)外部相關(guān)數(shù)據(jù)客戶需求物流政策數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)來源機(jī)器設(shè)備采集數(shù)據(jù)傳感器儀表盤BUS企業(yè)內(nèi)部管理系統(tǒng)數(shù)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)全景視圖工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)全景視圖大數(shù)據(jù)解決什么問題？大數(shù)據(jù)解決什么問題？大數(shù)據(jù)如何解決問題？工業(yè)生產(chǎn)解決方案大數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)中的質(zhì)量缺陷，設(shè)備故障，銷售下滑等從5M要素獲取數(shù)據(jù)，通過建模發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中有價值的信息，提出解決方案新的解決方案應(yīng)用指導(dǎo)工業(yè)生產(chǎn)，形成新的生產(chǎn)力大數(shù)據(jù)如何解決問題？工業(yè)生產(chǎn)解決方案大數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)中的質(zhì)目錄工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的前世今生什么是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)？工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)有何特點(diǎn)？工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)解決什么問題？工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)及架構(gòu)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用場景及典型案例應(yīng)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(guān)鍵技術(shù)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的機(jī)遇與挑戰(zhàn)機(jī)遇挑戰(zhàn)目錄工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的前世今生工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)九大支柱技術(shù)九大支柱技術(shù)云計(jì)算技術(shù)云計(jì)算技術(shù)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)人工智能-圖靈測試人工智能-圖靈測試虛擬現(xiàn)實(shí)虛擬現(xiàn)實(shí)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)安全工業(yè)網(wǎng)絡(luò)安全3D打印3D打印知識工作流自動化知識工作流自動化工業(yè)機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人大數(shù)據(jù)技術(shù)大數(shù)據(jù)技術(shù)目錄工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的前世今生什么是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)？工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)有何特點(diǎn)？工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)解決什么問題？工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)及架構(gòu)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用場景及典型案例應(yīng)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(guān)鍵技術(shù)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的機(jī)遇與挑戰(zhàn)機(jī)遇挑戰(zhàn)目錄工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的前世今生工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景案例1：海爾數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化生產(chǎn)線圍繞用戶價值，實(shí)現(xiàn)全流程端對端互聯(lián)，對家電制造業(yè)進(jìn)行水平整合和垂直整合，打造冰箱、空調(diào)、洗衣機(jī)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(shí)現(xiàn)內(nèi)外互聯(lián)、信息互聯(lián)、虛實(shí)互聯(lián)三個轉(zhuǎn)變：內(nèi)部評價=》用戶評價；采購零件=》模塊供貨方參與設(shè)計(jì)的模塊采購；各方博弈關(guān)系=》價值共同體共創(chuàng)共享海爾洗衣機(jī)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(chǎn)。設(shè)計(jì)的水晶滾筒洗衣機(jī)能耗比歐洲A+++標(biāo)準(zhǔn)節(jié)能40%2013～2014年，海爾累計(jì)裁掉2.6萬名員工，2014年海爾銷售收入增長11%，利潤增長39%。2015年初海爾家電出口逆勢增29%案例1：海爾數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化生產(chǎn)線圍繞用戶價值，實(shí)現(xiàn)全流程端對端案例2：空氣壓縮機(jī)喘振預(yù)測分析輸入數(shù)據(jù)有/無喘振現(xiàn)象數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)降維——主成分分析從顯著性變量組成的向量中提取特征值支持向量機(jī)分類尋找最佳的喘振線預(yù)測分析工具在線監(jiān)控和優(yōu)化控制喘振預(yù)警與報(bào)警案例2：空氣壓縮機(jī)喘振預(yù)測分析輸入數(shù)據(jù)有/無喘振現(xiàn)象數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)案例3：工廠機(jī)器人健康預(yù)測分析案例3：工廠機(jī)器人健康預(yù)測分析案例四：服裝定制制造業(yè)典范(紅領(lǐng))2014年，以零庫存實(shí)現(xiàn)150%的業(yè)績增長大規(guī)模定制生產(chǎn)，每天能設(shè)計(jì)、生產(chǎn)2000種不同的個性化定制產(chǎn)品公司核心競爭力是一套大數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)，任何一項(xiàng)數(shù)據(jù)的變動能驅(qū)動其余9000多項(xiàng)數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)處理系統(tǒng)2014年5月CCTV新聞聯(lián)播3分鐘報(bào)道；張、馬參觀后震驚案例四：服裝定制制造業(yè)典范(紅領(lǐng))2014年，以零庫存實(shí)現(xiàn)1目錄工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的前世今生什么是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)？工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)有何特點(diǎn)？工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)解決什么問題？工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)及架構(gòu)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用場景及典型案例應(yīng)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(guān)鍵技術(shù)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的機(jī)遇與挑戰(zhàn)機(jī)遇挑戰(zhàn)目錄工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的前世今生健康管理（PHM）定義故障預(yù)測與健康管理（PHM）技術(shù)作為實(shí)現(xiàn)武器裝備基于狀態(tài)的維修（CBM）、自主式保障、感知與響應(yīng)后勤等新思想、新方案的關(guān)鍵技術(shù)，受到美英等軍事強(qiáng)國的高度重視和推廣應(yīng)用。包括兩層含義，一是故障預(yù)測，即預(yù)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(jù)診斷/預(yù)測信息、可用資源和使用需求對維修活動做出適當(dāng)決策的能力。健康管理（PHM）定義故障預(yù)測與健康管理（PHM）技術(shù)作為實(shí)PHM與醫(yī)學(xué)類比醫(yī)學(xué)

工程疾病診斷故障診斷通過觀測、化驗(yàn)和醫(yī)療儀器,通過傳感器、信號處理和檢測儀結(jié)論由醫(yī)生給出結(jié)論由診斷軟件給出多科會診綜合診斷多科醫(yī)生一同診斷當(dāng)前疾病運(yùn)用多種診斷技術(shù)診斷當(dāng)前故障疾病預(yù)防與保健故障預(yù)測與健康管理體檢、疾病預(yù)測、保健體系健康監(jiān)測、高級故障診斷、故障/壽命預(yù)測(健康、亞健康、疾病、壽命預(yù)測）(健康、亞健康、故障、部件壽命預(yù)測）PHM與醫(yī)學(xué)類比醫(yī)學(xué)PHM技術(shù)發(fā)展階段外部測試機(jī)內(nèi)測試（BIT）智能BITPHM綜合診斷發(fā)展階段：應(yīng)用層次：部件級分系統(tǒng)級系統(tǒng)集成（區(qū)域管理器）PHM技術(shù)發(fā)展階段外部測試機(jī)內(nèi)測試智能BITPHM綜合診斷發(fā)PHP出現(xiàn)的技術(shù)基礎(chǔ)需求牽引：系統(tǒng)復(fù)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(diǎn)已由傳統(tǒng)的以機(jī)械修復(fù)為主，逐步轉(zhuǎn)變?yōu)橐孕畔⒌墨@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經(jīng)無法很好地滿足現(xiàn)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(jì)90年代末引入民用領(lǐng)域的CBM,作為一項(xiàng)戰(zhàn)略性的裝備保障策略，其目的是對裝備狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時的或近實(shí)時的監(jiān)控，根據(jù)裝備的實(shí)際狀態(tài)確定最佳維修時機(jī)，以提高裝備的可用度和任務(wù)可靠性。技術(shù)推動：大數(shù)據(jù)技術(shù)、高速傳輸和處理、信息融合、MEMS、網(wǎng)絡(luò)等信息技術(shù)和高新技術(shù)的迅速發(fā)展。契機(jī)：美軍重大項(xiàng)目F-35聯(lián)合攻擊機(jī)（JSF）項(xiàng)目的啟動。PHP出現(xiàn)的技術(shù)基礎(chǔ)需求牽引：系統(tǒng)復(fù)雜性、信息化和綜合化程度健康診斷與故障預(yù)測流程健康診斷與故障預(yù)測流程PHM的主要技術(shù)組成故障檢測故障隔離性能監(jiān)控部件壽命跟蹤性能降級趨勢跟蹤輔助決策和資源管理故障選擇性報(bào)告殘余使用壽命預(yù)計(jì)關(guān)鍵系統(tǒng)和部件的故障預(yù)測PHM的功能PHM的主要技術(shù)組成故障檢測部件壽命跟蹤性能降級輔助決策和故PHP系統(tǒng)技術(shù)特征通過測試和計(jì)算關(guān)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(yīng)與該系統(tǒng)模型的響應(yīng)做比較使用老化模型計(jì)算關(guān)鍵部件的剩余壽命用理論推導(dǎo)方法或?qū)μ囟ú糠肿瞿p試驗(yàn)得到老化模型PHP系統(tǒng)技術(shù)特征通過測試和計(jì)算關(guān)鍵部件的剩余壽命來主動地監(jiān)故障診斷與預(yù)測技術(shù)基于數(shù)學(xué)模型的故障檢測與診斷方法特點(diǎn)是必須將故障數(shù)學(xué)模型化，有時建立模型很困難不依賴實(shí)例和經(jīng)驗(yàn)，適用于新的沒有成熟經(jīng)驗(yàn)的診斷基于參數(shù)估計(jì)的故障檢測與診斷方法特點(diǎn)是須先確定一個信任域，當(dāng)參數(shù)超出域時認(rèn)為故障適用于故障能由參數(shù)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(jìn)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(shù)學(xué)模型，能模擬人的思維過程，具有自學(xué)習(xí)、自組織、自推理能力故障診斷與預(yù)測技術(shù)基于數(shù)學(xué)模型的故障檢測與診斷方法故障診斷與預(yù)測技術(shù)基于實(shí)例的故障檢測與診斷方法是一種使用過去的經(jīng)驗(yàn)實(shí)例指導(dǎo)解決新問題的方法優(yōu)點(diǎn)是不需從實(shí)例中提取規(guī)則，求解快；不足是能搜集的實(shí)例是有限的，求解時可能出現(xiàn)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(guān)系往往具有模糊特性，模糊語言變量能更準(zhǔn)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)則；如何實(shí)現(xiàn)模糊語言變量與隸屬度間的推理轉(zhuǎn)換基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障檢測與診斷方法利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)想、推理和記憶能力進(jìn)行知識處理適用于復(fù)雜多模式的診斷，有離線和在線診斷兩種方式故障診斷與預(yù)測技術(shù)基于實(shí)例的故障檢測與診斷方法機(jī)器學(xué)習(xí)在PHM中應(yīng)用故障診斷智能化水平與系統(tǒng)的機(jī)器學(xué)習(xí)能力密切相關(guān)，機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)是提高智能故障診斷能力主要途徑：知識獲取技術(shù)深淺知識集成表示方法規(guī)則更新方法4機(jī)器學(xué)習(xí)策略機(jī)器學(xué)習(xí)在PHM中應(yīng)用故障診斷智能化水平與系統(tǒng)的機(jī)器學(xué)習(xí)能力機(jī)器學(xué)習(xí)-知識獲取技術(shù)知識獲取是構(gòu)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：通過知識工程師獲取知識通過知識編輯器獲取知識通過學(xué)習(xí)程序獲取知識復(fù)雜設(shè)備的智能故障診斷系統(tǒng)，知識獲取方法：從文本文獻(xiàn)資料直接獲取知識專家與診斷系統(tǒng)交互獲取知識從經(jīng)驗(yàn)或現(xiàn)有知識中學(xué)習(xí)獲取知識機(jī)器學(xué)習(xí)-知識獲取技術(shù)知識獲取是構(gòu)造智能診斷系統(tǒng)的一個“瓶頸機(jī)器學(xué)習(xí)-深淺知識集成表示一般說來，淺知識（人類專家的經(jīng)驗(yàn)知識）的知識表達(dá)直觀、形式統(tǒng)一、模塊性強(qiáng)、推理速度快，但對于復(fù)雜過程，很難完整地表示診斷對象的領(lǐng)域知識，此時只有使用深知識（診斷對象的模型、原理知識）進(jìn)行診斷，因此必須將深淺知識結(jié)合起來。深淺知識的集成表示模型——