[发明专利]一种基于大数据的仪器设备故障预测与健康管理方法

权利要求书

1.一种基于大数据的仪器设备故障预测与健康管理方法，其特征在于，所述方法包括：

通过应力传感器、声学传感器和震动传感器采集仪器设备的信号数据，并将所述信号数据发送至设备管理中心，同时，通过机床接口将所述仪器设备的实时运行参数发送至设备管理中心；

所述设备管理中心通过Kafka工具对所述信号数据和运行参数进行存储，包括：通过Kafka工具接收到数据，通过Kafka消息总线将接收到的数据发送至数据库缓存区域；所述数据库缓存区域在接收到所述数据后按照数据类型对所述信号数据和运行参数进行分类，并按照数据生成的时间顺序将所述信号数据和运行参数在各自对应的数据类型中进行排序，获得数据集合；所述数据库缓存区域提取所述数据集合的数据所占用的存储空间值，并按照请求发送时间间隔向各数据库发送存储请求和各数据集合所需存储空间值；所述各数据库在接收到存储请求后和各数据集合所需存储空间值，检测自身是否完成上一次数据存储的动作，若完成数据存储动作，则将所述数据库上一次进行数据存储所用时间和存储空间剩余量值发送至所述数据库缓存区域中；若没有完成数据存储动作，则向所述数据库缓存区域发送暂停存储请求，并在完成数据存储动作后，将数据存储所用时间进行缓存；所述数据库缓存区域将返回存储空间剩余量对应的数据库作为候选存储数据库，并提取所述候选存储数据库上一次返回的存储空间剩余量，并将候选存储数据库当前返回的存储空间剩余量与上一次返回的存储空间剩余量进行比较，获得剩余量差值；当所述剩余量差值超过第一预设差值阈值时，取消所述候选存储数据库的候选资格；当所述剩余量差值超过第二预设差值阈值且未超过第一预设差值阈值，或，所述剩余量差值未超过第二预设差值阈值时，保留所述候选存储数据库的候选资格；所述数据库缓存区域将所述数据集合个数与所述候选存储数据库的个数进行比较，根据比较结果按照存储规则进行数据存储；所述数据库缓存区域在接收到全部所述数据库反馈的同一批次的数据存储所用时间后，通过如下公式对请求发送时间间隔进行调整：

其中，T表示发送请求时间间隔；m表示所述数据库的个数；T₀表示发送请求时间间隔初始默认值；T_i表示第i个数据库反馈的同一批次存储数据所用的数据存储时间；T_max表示同一批次存储过程中，所述数据库进行数据存储所用最大时间值；T_min表示同一批次存储过程中，所述数据库进行数据存储所用最小时间值；

对发送至设备管理中心的信号数据和运行参数进行预处理，获得预处理后的数据；

利用仿真工具针对所述预处理后的数据进行数字孪生设备的仿真分析，获得仿真数据；

根据所述仿真数据与所述仪器设备的实际数据进行数据特征提取，获取数据特征；

根据所述数据特征，利用前馈神经网络算法对所述仪器设备和/或所述仪器设备的关键部件的损耗和故障进行预测，获得预测结果。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述存储规则为：

当所述数据集合个数小于所述候选存储数据库的个数时，按照所述剩余量差值从小到大的顺序筛选出与所述数据集合个数对应的数量的候选数据库，并依次将每个数据集合按照数据所占存储空间由大到小的顺序依次存储到按照所述剩余量差值从小到大的顺序排列的候选数据库中；

当所述数据集合个数大于所述候选存储数据库的个数时，将所述数据集合按照数据所占存储空间由大到小的顺序依次排列，获得数据集合序列；并将所述数据集合序列中的前A个数据集合存储至所述剩余量差值未超过第二预设差值阈值的候选数据库中，将按顺序的B个数据集合存储至所述剩余量差值超过第二预设差值阈值且未超过第一预设差值阈值的候选数据库中，在完成A个数据集合和B个数据集合存储之后，将C个数据集合存储至所述剩余量差值最小的一个候选数据库中；

其中，A对应所述剩余量差值未超过第二预设差值阈值的候选数据库的个数值，B对应所述剩余量差值超过第二预设差值阈值且未超过第一预设差值阈值的候选数据库的个数值，C对应所述数据集合个数与所述候选存储数据库的个数之间的差值。