在制造業(yè)生產(chǎn)線上，工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備都會受到持續(xù)的振動和沖擊，這導(dǎo)致設(shè)備材料和零件的磨損老化，從而導(dǎo)致工業(yè)設(shè)備容易產(chǎn)生故障，而當(dāng)人們意識到故障時，可能已經(jīng)產(chǎn)生了很多不良品，甚至整個工業(yè)設(shè)備已經(jīng)奔潰停機(jī)，從而造成巨大的損失。

如果能在故障發(fā)生之前進(jìn)行故障預(yù)測，提前維修更換即將出現(xiàn)問題的零部件，這樣就可以提高工業(yè)設(shè)備的壽命以及避免某個設(shè)備突然出現(xiàn)故障對整個工業(yè)生產(chǎn)帶來嚴(yán)重的影響。

隨著工業(yè)4.0的到來，智能工廠的工業(yè)設(shè)備都配上了各種感應(yīng)器，采集其振動、溫度、電流、電壓等數(shù)據(jù)顯得輕而易舉，通過分析這些實(shí)時的傳感數(shù)據(jù)，對工業(yè)設(shè)備進(jìn)行故障預(yù)測將是一種行之有效的措施。

因此設(shè)備故障預(yù)測方案成為了制造行業(yè)所青睞的解決方案，其具備的核心功能有：

• 故障超前預(yù)警，減少設(shè)備停機(jī)時間；

• 分析結(jié)果實(shí)時推送，減少人工成本；

• 適用于企業(yè)各種類型的設(shè)備，通用性強(qiáng)。

本次慧都科技就設(shè)備故障預(yù)測方案分享一個落地的案例，就案例本身的效果來為大家介紹他的核心功能和實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用價值。

項目背景

該客戶主要是已開發(fā)、設(shè)計、制造、銷售汽車及汽車零部件（包括新能源汽車及其電池、電機(jī)、整車控制技術(shù)）、電子電器、金屬機(jī)械、鑄金鍛件、粉末冶金、設(shè)備、工具和模具的一家汽車制造商公司。在整車生產(chǎn)過程中，需要利用沖壓設(shè)備將鋼板鍛造成型，沖壓設(shè)備故障會對生產(chǎn)過程帶來不必要的損失，并存在以下三個痛點(diǎn)：

• 傳統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)維運(yùn)維人員需要積累豐富的運(yùn)維經(jīng)驗，時間、人力成本高；

• 對于設(shè)備故障的類型和程度等級難以做出準(zhǔn)確的判斷；

• 對故障的發(fā)生時間以及可能性無法做出精準(zhǔn)的預(yù)測。

溝通調(diào)研

慧都大數(shù)據(jù)團(tuán)隊根據(jù)通過遠(yuǎn)程以及現(xiàn)場溝通的方式先為客戶提供了基于設(shè)備故障預(yù)警方案應(yīng)用的全面咨詢服務(wù)。根據(jù)咨詢反饋項目組團(tuán)隊入駐客戶現(xiàn)場調(diào)研，針對客戶現(xiàn)場生產(chǎn)狀況以及客戶訴求，結(jié)合大數(shù)據(jù)分析產(chǎn)品，完成定制項目搭建方案。通過前期的咨詢與調(diào)研，項目組團(tuán)隊基于客戶訴求啟動項目研發(fā)工作，項目組完成設(shè)備故障預(yù)警的算法模塊，離線測試通過（不和生產(chǎn)線對接）。

數(shù)據(jù)準(zhǔn)備與方案實(shí)施

數(shù)據(jù)描述：液壓測試狀態(tài)監(jiān)控平臺，共有17個傳感器，每個傳感器每秒鐘每赫茲讀取的數(shù)據(jù)。標(biāo)簽共有五類，也就是五種故障類型，分別是冷卻狀態(tài)(3個類別)，閥門狀態(tài)(4個類別)，內(nèi)泵泄露(3個類別)，水壓累積(4個類別)，穩(wěn)定性(2個類別)。

數(shù)據(jù)特征提取：調(diào)用慧都AI DRIVER的時間序列特征抽取工具的API，計算一些特征的統(tǒng)計矩、熵、譜，進(jìn)行特征組合后，一共有2205條樣本，85個特征。

數(shù)據(jù)的特征選擇和降維：運(yùn)用了Filter方法，Wrapper方法，Embedded方法，進(jìn)行特征選擇，結(jié)合降維方法PCA、LDA，對數(shù)據(jù)進(jìn)行降維處理，以減少特征數(shù)量、數(shù)據(jù)降維，使模型泛化能力更強(qiáng)，更穩(wěn)定，同時增強(qiáng)對特征和特征值之間的理解（如圖一）。再加上數(shù)據(jù)歸一化處理，讓數(shù)據(jù)區(qū)分度明顯提高（如圖二），

圖一

圖二

使用產(chǎn)品：慧都DataForce、慧都生產(chǎn)制造BI、慧都工業(yè)AI模型

建立故障預(yù)測模型：為了找到的合理預(yù)測時長，比較了慧都AI模型的多個模型對設(shè)備五個故障預(yù)測目標(biāo)的準(zhǔn)確率指標(biāo)和F1分?jǐn)?shù)隨時間變化的趨勢。整體預(yù)測效果在時間步長為10分鐘時是最佳的，慧都建議企業(yè)按照10分鐘來進(jìn)行預(yù)測，同時安排設(shè)備維護(hù)計劃。

完成了咨詢、調(diào)研、研發(fā)后慧都大數(shù)據(jù)通過實(shí)施工程師和客戶對接，將我們的產(chǎn)品和方案，集成到客戶設(shè)備運(yùn)維系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障的預(yù)測和分析。

效果展示

慧都大數(shù)據(jù)團(tuán)隊對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，選擇最優(yōu)的預(yù)測模型，對傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性探索，找到故障發(fā)生的所有相關(guān)數(shù)據(jù)特征（如圖方框選擇的數(shù)據(jù)區(qū)域所示），從而預(yù)測出故障會在接下來的某個時間點(diǎn)出現(xiàn)故障（如圖橢圓形區(qū)域）。我們的預(yù)測模型準(zhǔn)確度在90%以上。

模型效果

沖壓設(shè)備故障5分鐘的預(yù)測狀況

沖壓設(shè)備故障10分鐘的預(yù)測狀況

效果界面

總結(jié)

慧都設(shè)備故障預(yù)測解決方案項目團(tuán)隊在實(shí)施完成后，為客戶進(jìn)行了一個月的項目運(yùn)行維護(hù)，做到了三分鐘響應(yīng)，半小時處理，能夠完美融入客戶現(xiàn)場生產(chǎn)過程，客戶非常滿意。最終實(shí)現(xiàn)：

• 故障預(yù)測準(zhǔn)確率93%以上；

• 預(yù)測時間只需要100毫秒；

• 節(jié)省人工成本現(xiàn)在只需要1個運(yùn)維人員；

• 方案線上全自動預(yù)測，實(shí)現(xiàn)了完全的自動化。

慧都工業(yè)大數(shù)據(jù)分析平臺致力于打造國內(nèi)第一個端到端的工業(yè)大數(shù)據(jù)分析平臺，為企業(yè)提供產(chǎn)品全生命周期數(shù)據(jù)管理和分析方案，為您提供從數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、數(shù)據(jù)建模、可視化分析的端到端解決方案。

歡迎撥打慧都熱線023-68661681或，我們有專業(yè)的大數(shù)據(jù)團(tuán)隊，為您提供免費(fèi)大數(shù)據(jù)相關(guān)業(yè)務(wù)咨詢！