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数据驱动的机械设备健康状态监控及故障诊断

张美华 陶然

张美华, 陶然. 数据驱动的机械设备健康状态监控及故障诊断[J]. 上海工程技术大学学报, 2025, 39(4): 435-441. doi: 10.12299/jsues.24-0180
引用本文: 张美华, 陶然. 数据驱动的机械设备健康状态监控及故障诊断[J]. 上海工程技术大学学报, 2025, 39(4): 435-441. doi: 10.12299/jsues.24-0180
ZHANG Meihua, TAO Ran. Data driven health monitoring and fault diagnosis of mechanical equipment[J]. Journal of Shanghai University of Engineering Science, 2025, 39(4): 435-441. doi: 10.12299/jsues.24-0180
Citation: ZHANG Meihua, TAO Ran. Data driven health monitoring and fault diagnosis of mechanical equipment[J]. Journal of Shanghai University of Engineering Science, 2025, 39(4): 435-441. doi: 10.12299/jsues.24-0180

数据驱动的机械设备健康状态监控及故障诊断

doi: 10.12299/jsues.24-0180
基金项目: 国家自然科学基金(52375503)
详细信息
    作者简介:

    张美华(1978 − ),女,讲师,博士,研究方向为智能制造、生产过程优化等。E-mail:zhang_meihua@126.com

  • 中图分类号: TP391.9

Data driven health monitoring and fault diagnosis of mechanical equipment

  • 摘要: 针对机械设备故障数据利用不完全、传统健康状态监控及故障诊断方法存在局限的问题,构建一种数据驱动的设备健康状态监控及故障诊断系统架构。提出一种基于数字孪生的健康状态监控方法,结合机械设备脆弱性监控健康状态。研究一种数据驱动的故障诊断方法,运用非线性核映射算法分析故障的历史数据,确定设备异常边界,通过分析相关实时数据确定设备是否异常及导致异常的关键因素。最后以某装配生产线机械手臂为例进行实证分析,结果表明,所提方法可有效识别导致设备异常的性能参数,提高了车间对机器故障的动态响应能力。
  • 图  1  数据驱动的机械设备健康状态监控及故障诊断系统架构

    Figure  1.  Architecture of data-driven mechanical equipment health status monitoring and fault diagnosis system

    图  2  系统数据流

    Figure  2.  System data flow

    图  3  机械设备反脆弱性值与健康状态对应关系图

    Figure  3.  Correspondence between mechanical equipment anti-vulnerability value and health status

    图  4  机械设备脆弱性评估模型

    Figure  4.  Vulnerability assessment model of mechanical equipment

    图  5  基于数字孪生的机械设备健康状态监控

    Figure  5.  Health status monitoring of mechanical equipment based on digital twin

    图  6  数据驱动的机械设备故障检测流程

    Figure  6.  Data-driven mechanical equipment fault detection process

    图  7  虚拟装配线

    Figure  7.  Virtual assembly line

    图  8  数字孪生虚拟机械臂

    Figure  8.  Virtual robotic arm based on digital twin

    图  9  机械臂健康状态监控

    Figure  9.  Health status monitoring of robotic arm

    图  10  机械臂异常状态检测边界

    Figure  10.  Abnormal state detection boundary for robotic arms

    图  11  实时数据驱动的机械臂异常检测

    Figure  11.  Real-time data-driven abnormal detection of robotic arm

    图  12  各性能参数对机械臂异常的影响程度

    Figure  12.  Influence degree of each performance parameter on mechanical arm abnormality

    表  1  各性能参数指标统计表

    Table  1.   Statistical table of each performance parameter index

    变量 最大值 最小值 平均值
    伺服电机温度/℃ 79 16 49
    电机响应时间/ms 20 6 10
    下载: 导出CSV

    表  2  增加扰动后实时采集到的机械臂性能参数

    Table  2.   Performance parameters of robotic arm collected in real time after addition of disturbance

    机械臂性能参数 参数值
    关节1处伺服电机温度/℃ 80
    关节1处伺服电机响应时间/ms 17
    关节2处伺服电机温度/℃ 40
    关节2处伺服电机响应时间/ms 19
    关节3处伺服电机温度/℃ 30
    关节3处伺服电机响应时间/ms 18
    关节4处伺服电机温度/℃ 48
    关节4处伺服电机响应时间/ms 16
    关节5处伺服电机温度/℃ 36
    关节5处伺服电机响应时间/ms 14
    关节6处伺服电机温度/℃ 45
    关节6处伺服电机响应时间/ms 17
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-06-20
  • 网络出版日期:  2026-02-02
  • 刊出日期:  2025-12-01

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