面向服务的滚齿机故障诊断模式及关键支撑技术研究

论文摘要

服务型制造是传统制造业延长和提升产品价值链的重要发展方向,而故障诊断服务是服务型制造的核心共性内容。目前,国内外在通用设备及产品的故障诊断服务技术及方法方面开展了大量研究,取得了一系列研究和应用成果。滚齿机应用面虽广,但由于结构复杂、故障率高、对诊断人员的专业知识要求高,国内外对面向服务的滚齿机故障诊断模式及支撑技术研究还较少。本课题研究针对上述问题展开,有助于解决滚齿机制造企业重制造、轻服务问题,具有重要的科学意义和应用价值。针对滚齿机生产厂商和用户对故障诊断新模式的强烈需求,提出了一种面向服务的滚齿机故障诊断模式。首先,分析了滚齿机结构复杂性导致的故障诊断知识高度专业化需求,以及应用广泛性带来的故障诊断知识异地化等特殊需求;其次,在分析故障诊断网格拓扑结构的基础上,提出了一种由资源层、支撑技术层、应用求解层和用户层组成的面向服务的滚齿机故障诊断模式,该模式具有共享性、协作性、廉价性、动态性和方便性等特点;第三,设计了该服务模式的网格实现方法,设计了基于该模式下的兼容OGSA体系架构的网格体系结构实现方法,研究了基于Grid Services的服务封装技术;最后,明确提出了实现该模式的关键支撑技术。针对故障信息的知识化处理问题需要,提出了一种基于多源故障信息采集的滚齿机知识获取方法及基于半结构化描述的知识处理方法。按照知识化处理的实现次序,重点开展了以下5个方面的研究:首先,研究了基于直接读取滚齿机状态参数、故障代码或人工输入等方式获取底层故障数据的方法;其次为消除信息的不确定性,对采集到的数据进行前置处理和数据融合处理研究;第三,为了计算机能方便对故障知识的语法及语义进行分析和实现,研究了故障知识半结构化描述方法的实现;第四,为实现故障知识的提取,研究了基于KDD的自动知识获取框架;第五,为消除知识组织上的异构性,采用基于本体元建模方法,构建了故障诊断本体,对故障知识进行XML描述,解决了故障知识在网格环境下的传输和应用问题。在分析了故障诊断网格具有的分布式特性、层次特性的基础上,提出一种基于柔性元件的SPF树故障诊断服务方法。首先,为解决知识的注册、发布和访问同步问题,提出了一种基于“间接寻址”的资源和服务调用模式;其次针对滚齿机故障诊断网格的特点,提出一种基于检索效率最大化的网格资源和服务注册中心位置选择策略,对网格中心节点和外围节点的知识发现问题,采用两种不同的检索方法,即对于联通中心节点的核心链路,采用基于Chord环的核心链路知识发现策略,对于大量的外围链路,采用基于洪泛法的外围链路知识发现策略。最后综合前述知识,提出了一种基于柔性元件的SPF树故障诊断服务方法,SPF树是由基于迭代算法的柔性元件生成的虚数枝构成,故障查找时只展开部分树枝,SPF树表达直观形象、对新知识具有自主学习能力。基于某滚齿机生产企业的实际需求,结合文中提出的故障诊断模式、知识处理技术和网格服务技术,开发一种面向服务的滚齿机故障诊断网格原型系统,并对其应用案例进行分析。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 论文相关领域研究应用现状
• 1.2.1 服务型制造的国内外研究现状
• 1.2.2 滚齿机故障诊断技术及模式研究应用现状
• 1.2.3 滚齿机故障诊断网格关键支撑技术研究应用现状
• 1.2.4 研究现状分析
• 1.3 课题研究的目的意义及课题来源
• 1.3.1 课题研究的目的意义
• 1.3.2 课题来源及项目支持
• 1.4 研究内容安排
• 2 面向服务的滚齿机故障诊断模式研究
• 2.1 面向服务的滚齿机故障诊断模式需求分析
• 2.1.1 滚齿机结构复杂性及其对故障诊断模式的影响
• 2.1.2 滚齿机应用的广泛性对故障诊断模式的影响
• 2.2 一种面向服务的滚齿机故障诊断模式
• 2.2.1 面向服务的滚齿机故障诊断模式的网络特性分析
• 2.2.2 面向服务的滚齿机故障诊断模式
• 2.2.3 面向服务的滚齿机故障诊断模式的特点
• 2.3 面向服务的滚齿机故障诊断模式的网格实现方法
• 2.3.1 面向服务的滚齿机故障诊断模式的网格模型
• 2.3.2 体系结构设计与实现
• 2.3.3 基于Grid Services 的服务封装技术
• 2.4 支撑面向服务的滚齿机故障诊断模式的关键支撑技术
• 2.4.1 信息采集与知识获取
• 2.4.2 知识表示与组织
• 2.4.3 知识服务与应用
• 2.4.4 网格管理与网格服务
• 2.5 本章小结
• 3 滚齿机故障诊断网格的知识获取与组织方法
• 3.1 基于多源信息采集的滚齿机故障知识处理框架
• 3.2 滚齿机故障信息的前置处理过程与方法
• 3.3 滚齿机故障知识的半结构化处理
• 3.3.1 滚齿机状态信息的特性分析
• 3.3.2 基于半结构化描述的故障知识规范化组织方法
• 3.4 基于KDD 的滚齿机故障知识获取方法
• 3.4.1 滚齿机故障知识获取的基本任务
• 3.4.2 基于KDD 的滚齿机故障知识获取基本步骤
• 3.4.3 基于KDD 的知识自动获取框架模型
• 3.5 基于本体的滚齿机故障知识组织与描述
• 3.5.1 使用本体进行故障知识组织和描述的优势
• 3.5.2 故障诊断本体的构建原则
• 3.5.3 故障诊断本体的定义和形式化描述
• 3.6 本章小结
• 4 滚齿机故障诊断网格的服务技术研究
• 4.1 故障诊断网格的基本特性
• 4.1.1 故障诊断网格的相关定义
• 4.1.2 滚齿机故障信息网格的特性和稳定性分析
• 4.2 滚齿机故障诊断网格的知识服务策略
• 4.2.1 基于“间接寻址”的资源和服务调用模式
• 4.2.2 “间接寻址”资源发布模式下的知识服务步骤
• 4.3 滚齿机故障诊断网格的知识发现过程
• 4.3.1 网格资源检索常见方法分析
• 4.3.2 网格的层次结构对资源发现方式的影响
• 4.3.3 基于Chord 环的核心链路知识发现策略
• 4.3.4 基于洪泛法的外围链路资源发现机制
• 4.4 一种基于柔性元件的SPF 树故障诊断方法
• 4.4.1 SPF 树的定义和描述
• 4.4.2 SPF 树的性质
• 4.4.3 SPF 树的优化和学习过程
• 4.4.4 基于SPF 树的检索与统计
• 4.5 本章小结
• 5 滚齿机故障诊断网格原型系统开发与分析
• 5.1 引言
• 5.2 面向滚齿机的网格化故障诊断系统需求分析
• 5.3 面向滚齿机的故障诊断模式原型系统的设计
• 5.4 面向滚齿机的故障资源知识化处理
• 5.4.1 数据采集和知识获取
• 5.4.2 故障知识的组织
• 5.4.3 面向滚齿机的网格化知识服务
• 5.5 原型系统及应用效果
• 5.5.1 滚齿机故障诊断网格服务的功能设计
• 5.5.2 原型系统实现
• 5.5.3 应用效果分析
• 5.6 本章小结
• 6 结论
• 6.1 结论
• 6.2 论文不足和后续研究
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A 攻读博士学位期间发表的论文目录
• B 攻读博士学位期间参加的主要科研项目
• C 攻读博士学位期间申请的发明专利
• D 攻读博士学位期间获得的成果奖励