[发明专利]面向实时数据流的动态生产环境异常监测系统

权利要求书

1.面向实时数据流的动态生产环境异常监测系统，其特征是：包括实时数据收集模块、单节点稀疏离散编码器生成模块、单节点实时异常监测模块、全流程所有节点并行实时监测模块和生产模式更新模块；

实时数据收集模块用于采集各节点的数值，并整合成多维度的样本，各节点与生产过程中的各生产环节一一对应；

单节点稀疏离散编码器生成模块用于生成多个稀疏离散编码器，各稀疏离散编码器与各节点一一对应，各稀疏离散编码器用于将各节点的数值进行稀疏离散编码；

所有的稀疏离散编码器的参数n相同，所有的稀疏离散编码器的参数 w 相同，所有的稀疏离散编码器的参数 tol 相同， n表示稀疏离散编码器中所有二进制位的总数量，w表示在所有n个二进制位中处于激活状态的总数量，tol表示系统对于噪声的容忍度；

所有的稀疏离散编码器的参数c_m相互独立，c_m表示稀疏离散编码器中间区域编码的取值，其下标代表第m个节点，m＝1_,2_,3,...,M，M代表节点的个数；

构造稀疏离散编码器时各稀疏离散编码器能够编码的有效取值范围为其中，

单节点实时异常监测模块用于将各节点对应的稀疏离散编码器的c_m经其对应的稀疏离散编码器得到的稀疏离散编码与各节点对应的数值经其对应的稀疏离散编码器得到的稀疏离散编码进行对比，根据二者重叠的激活位数的数量判断数值是否异常；

重叠的激活位数的数量即两个稀疏离散编码的逻辑与运算后的结果，重叠的激活位数的数量小于则判定为异常，其中表示向上取整；反之，则判定为正常；

全流程所有节点并行实时监测模块用于并行实时监测所有节点，根据决策矩阵识别各节点的噪声干扰和概念漂移，决策矩阵是指以节点为行同时以生产时刻为列的矩阵，矩阵中的每一个元素以0或1表示，0代表数值正常，1代表数值异常，当某节点对应的矩阵的一行全为1，说明发生了概念漂移；当某节点对应的矩阵的一行出现1，但不全为1，说明发生了噪声干扰；

生产模式更新模块用于在确定发生了概念漂移时，变更生产模式；在确定发生了噪声干扰时，判断是否发生在初始阶段，如果是，则用初始阶段时间内所有数值的平均值替换c_m；反之，则进行人工排查并清除干扰源或修复机械故障；

变更生产模式即变更当前时刻当前节点的稀疏编码对于下一时刻下一节点稀疏离散编码的预测权重W_efg与偏置b_e1g，其中，e表示当前时刻当前节点的稀疏离散编码中的第e位，e＝1,2,3,...,n，f表示下一时刻下一节点的稀疏离散编码中的第f位，f＝1,2,3,...,n，g表示第g个节点，g＝1,2,3,...,n，l表示向量；变更公式如下：

y_threshold＝Y(w+1)；

o(y_fg)＝y_fg-y_threshold；

r′_fg＝r_fg·y_threshold；

EG＝r′_fg-o(y_fg)；

b_e1g＝y_fg·(Y(w)-y_threshold)；

式中，X表示当前时刻当前节点中数值的稀疏离散编码，x_eg表示节点g的二进制编码向量中第e位的状态，Y表示下一时刻下一节点中数值的预测值向量，y_fg表示第g个节点中的第f位编码数值大小，y_threshold表示确定节点的激活阈值，o(y_fg)表示第g个节点中的第f位编码在去除激活阈值后的输出值，输出后的二进制编码用p_fg表示，其中1表示节点激活，0表示节点未激活；r_fg表示第g个节点中的第f位的真实二进制编码，r’_fg是通过乘以激活阈值的第g个节点中第f位数值的数值表示，用来与o(y_fg)计算差值，从而形成预测误差EG，通过EG反向调整W_efg和b_e1g。