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基于虚拟仪器的盾构机故障预测与健康管理研究

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基于虚拟仪器的盾构机故障预测与健康管理研究

作者：米珂石家庄铁道大学

学位级别：硕士

盾构机在我国基础设施建设、城市市政建设中担任着至关重要的角色。针对盾构机在使用过程中各种数据管理效率低、故障查找困难、故障修复不及时、故障数据利用率低等问题造成盾构机故障恶化、工程长时间停工等现象,本文开发了一套基于... 详细信息

盾构机在我国基础设施建设、城市市政建设中担任着至关重要的角色。针对盾构机在使用过程中各种数据管理效率低、故障查找困难、故障修复不及时、故障数据利用率低等问题造成盾构机故障恶化、工程长时间停工等现象,本文开发了一套基于虚拟仪器的盾构机故障预测与健康管理系统。本文首先确定盾构机的监测对象,同时分析这些监测对象可能发生的故障原因以及对应的故障诊断方法或趋势预测方法。然后对系统的体系结构进行了设计,通过LabVIEW搭建了基于NI OPC的盾构机基本状态数据采集平台和基于NI DAQ的振动数据采集平台,且实现了这两部分数据的本地存储。对通过NI OPC采集到下位机PLC中的基本状态数据实现了实时显示、报警,且对这部分基本状态数据建立了模糊诊断的智能故障识别方法,并通过模糊矩阵的自动更新提高了模糊诊断的正确率。重点建立了盾构主电机模糊诊断方案以及盾构推进系统模糊诊断方案。并对采集的基本状态数据建立ARIMA模型完成健康趋势预测,通过对南京长江隧道在1-172环施工过程中某些状态数据建立ARIMA模型并验证其模型的有效性。对通过NI DAQ采集的振动数据实现了振动烈度的标准管理以及振动等级测定。并对这部分数据通过LabVIEW软件建立小波-神经网络诊断方案完成智能故障识别。将采集到的具有故障信息的振动信号导入系统中,使用三层小波包对该振动信号分解得到八个频段内的信号并求其信号能量,将求得的能量组成一个特征向量。求多个不同故障的特征向量并将其输入一种改进的BP神经网络进行神经网络训练,最终利用该神经网络训练结果对采集的故障信号作出故障识别。最后完善了该故障预测与健康管理系统,包括在线监测模块、故障诊断模块、故障预测模块、各种信息管理模块、数据导入导出模块、成员管理等模块。该管理系统实现了盾构机的状态数据实时监测、故障分析、设备健康趋势预测、数据存储等功能,使盾构机从被动维修变为主动维护,提高盾构机数据的利用率、降低重大故障发生的概率、降低了施工成本,保障了施工安全。

关键词：盾构机虚拟仪器模糊诊断 ARIMA模型小波-神经网络

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石家庄异型烟自动分拣设备的研发

石家庄异型烟自动分拣设备的研发

作者：段琦石家庄铁道大学

学位级别：硕士

卷烟物流中心的主要工作是对卷烟进行仓储、拣选、配送。石家庄卷烟物流中心建于2010年,2012年开始正式生产,存储、拣选、配送在石家庄进行销售的卷烟。异型包装卷烟是指扁盒、宽盒等与常规卷烟外观不同的香烟,以下简称异型烟。2015年,... 详细信息

卷烟物流中心的主要工作是对卷烟进行仓储、拣选、配送。石家庄卷烟物流中心建于2010年,2012年开始正式生产,存储、拣选、配送在石家庄进行销售的卷烟。异型包装卷烟是指扁盒、宽盒等与常规卷烟外观不同的香烟,以下简称异型烟。2015年,烟草国家局为适应市场对异型包装需求,大力推进异型烟包装卷烟的销售工作。石家庄异型烟包装卷烟的销量由日均2 000条,迅速提升至日均20 000条。目前使用的手工分拣作业由于效率低、劳动强度大、差错率高,已无法完成日常的拣选工作。因此,专门研发出一套用于异型烟分拣的自动化设备,变得尤为重要。以石家庄市卷烟物流配送中心异型烟自动分拣设备的研发实践过程,结合机械设备方案设计、电控技术的应用实践、信息软件的配套支持,完成了整体的异型烟自动分拣设备的研发工作,解决了石家庄现有的异型烟分拣难题。研究的主要内容如下:首先进行了异型烟分拣系统整体方案描述,介绍了系统各机械结构的功能、信息管理软件设计、电气控制系统设计。分析了异型烟的特点和传统分拣方案的不足,基于虚拟托盘队列思想设计了异型烟分拣方案,结合异型烟分拣作业流程,对分拣系统进行了整体设计;其次分析了异型烟控制环节的需求,叙述了控制系统的设计原则、系统组成、安全保护等要求。介绍了在项目实施过程中控制系统PLC硬件组态,关键控制环节程序编写、故障检测、状态监控等控制系统功能的实现过程。再次分析了异型烟信息管理软件的需求,叙述了信息软件的组成和控制系统如何衔接。在实施过程中如何进行数据库搭建和C#程序编写,开发了OPC SERVER程序、数据优化程序和分拣监控程序。研究结果表明,通过异型烟分拣设备的研发,使异型烟拣选效率达到了每小时3 580,实现了准确、快捷的异型烟自动拣选。

关键词：烟草异型卷烟自动拣选 PLC

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全断面掘进机故障预测与健康管理系统研究

全断面掘进机故障预测与健康管理系统研究

作者：袁冯丹石家庄铁道大学

学位级别：硕士

全断面掘进机在我国基础设施建设、城市市政建设中担任至关重要的角色。针对全断面掘进机人工检修、故障及时修复率低等问题造成的全断面掘进机故障恶化、零件疲劳损坏、导致工程停工甚至发生事故等现象,本文开发了一套故障预测与健康... 详细信息

全断面掘进机在我国基础设施建设、城市市政建设中担任至关重要的角色。针对全断面掘进机人工检修、故障及时修复率低等问题造成的全断面掘进机故障恶化、零件疲劳损坏、导致工程停工甚至发生事故等现象,本文开发了一套故障预测与健康管理系统,实现全断面掘进机运行状态监测、故障识别、健康趋势预测等功能,使全断面掘进机从被动维修转为主动维护,提高自身可靠性及有效性,降低了施工成本,同时保障施工安全。本文首先对全断面掘进机施工机理进行了研究,在此基础上确定全断面掘进机故障预测与健康管理系统的监测对象,同时分析了利用LabVIEW进行系统软件编程的优越性。对系统的体系结构进行了设计,搭建了基于NI Compact DAQ和PLC的数据采集硬件平台,并编写了基于LabVIEW的数据采集程序,实现了数据的采集和本地存储。研究了基于集合经验模态分解的振动信号特征提取方法和基于支持向量机的智能故障识别方法,以及基于灰色理论的健康趋势预测方法,实现全断面掘进机关键部件的状态监测与健康管理。开发了健康管理中心软件程序,包括监测对象信息管理、状态监测、故障诊断、健康预测、故障报表生成和查看历史数据等功能模块。

关键词：全断面掘进机故障诊断健康管理 LabVIEW SVM

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基于油液分析的工程机械状态检测技术研究

基于油液分析的工程机械状态检测技术研究

作者：杨仕通石家庄铁道大学

学位级别：硕士

工程机械设备在我国的基础设施建设、城市的市政建设中发挥着至关重要的作用。工程机械设备所处的施工环境相对恶劣,及易发生故障导致整个设备停机甚至瘫痪,不仅影响施工进度甚至有可能发生事故。油液分析是对工程机械设备进行“抽血体... 详细信息

工程机械设备在我国的基础设施建设、城市的市政建设中发挥着至关重要的作用。工程机械设备所处的施工环境相对恶劣,及易发生故障导致整个设备停机甚至瘫痪,不仅影响施工进度甚至有可能发生事故。油液分析是对工程机械设备进行“抽血体检”,可以对工程机械设备的运行状态进行实时监测和预测故障发生,从而避免因为故障停机影响工程的进度。因此利用油液检测技术对工程机械设备进行状态检测研究至关重要。本文以工程机械挖掘机为研究对象,针对挖掘机关键部位的结构特点的不同分别研究了油液离线检测技术和在线检测技术。对于挖掘机的减速器采取油液离线检测技术,结合理化性能、铁谱分析、光谱分析等油液分析技术对采集的油液进行了实验分析,并开发了基于LabVIEW的油液分析管理系统,能够对实验数据进行分析,并得出相应结论为挖掘机故障诊断提供依据。对于挖掘机的液压系统研究了油液污染度在线检测技术,设计了模糊控制器,利用LabVIEW进行了模糊控制的仿真,结果表明利用模糊控制能够有效的对油液污染度进行控制,从而为挖掘机液压系统油液污染度控制提供了有效方法和依据。对于挖掘机的柴油机,主要是对柴油机润滑油的磨粒进行了在线检测,并利用LabVIEW进行油液磨粒在线检测系统的设计,通过测得的数据进行分析对柴油机的磨损状态做出了等级评价。

关键词：挖掘机油液分析 LabVIEW 模糊控制状态评价

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挖掘机液压系统的仿真分析及泵控制器研究

挖掘机液压系统的仿真分析及泵控制器研究

作者：王浩石家庄铁道大学

学位级别：硕士

液压挖掘机是集挖掘、装载、平整、抢险等多种功能为一体的土石方挖掘机械。液压挖掘机作为一种大功率输出的工程机械,它的发动机与液压泵匹配状态能够影响设备运行的稳定性。针对挖掘机施工过程出现的发动机功率匹配问题,本课题提出一... 详细信息

液压挖掘机是集挖掘、装载、平整、抢险等多种功能为一体的土石方挖掘机械。液压挖掘机作为一种大功率输出的工程机械,它的发动机与液压泵匹配状态能够影响设备运行的稳定性。针对挖掘机施工过程出现的发动机功率匹配问题,本课题提出一种通过优化液压挖掘机泵控制器控制算法来改善发动机-泵功率匹配状态的方案,课题主要研究内容如下:首先,概述了国内外液压挖掘机功率匹配节能技术和液压仿真技术的发展现状,研究了液压挖掘机主泵系统和主阀系统的运行原理,分析挖掘机在作业过程中存在的功率损失形式。其次,为了研究挖掘机施工过程中液压系统运行状况,在AMESim仿真平台上搭建主泵系统和主阀系统的液压模型。通过设置模型参数,仿真得出挖掘机在不同工况、动作下液压系统的压力、流量等参数的数据变化。根据仿真数据,可以分析出挖掘机在相应条件下的功率变化图。同时搭建基于NI Compact DAQ和LabVIEW的挖掘机液压数据采集平台和数据测试系统。数据采集平台作为硬件平台,主要在进行挖掘机实机测试中采集相关的试验数据。数据测试系统作为软件程序,用于显示试验数据以及与AMESim建立联合仿真,对比仿真数据和试验数据,验证仿真数据的真实性和模型的准确性。最后,通过仿真和研究不同工况、动作下液压系统参数变化和功率变化,提出采用单神经元PID控制算法优化液压挖掘机泵控制器的方案。同时使用matlab仿真单神经元PID控制算法。仿真结果表明,单神经元PID控制算法的自学习、自适应性对液压挖掘机泵控制器优化具有一定的实际意义。

关键词：液压挖掘机泵控制器联合仿真 AMESim LabVIEW

基于交互式智能标注的装备操作键位样本集构建与识别

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基于交互式智能标注的装备操作键位样本集构建与识别

作者：刘梦琪石家庄铁道大学

学位级别：硕士

新型复杂装备的操作训练是部队日常训练的重要内容,装备操作虚拟训练是当前发展的一个重要研究方向,其中复杂新型装备通常有多个分系统。因此新型装备操作键位识别问题是虚拟装备操作训练、辅助实际装备操作等的必要手段。然而目前存在... 详细信息

新型复杂装备的操作训练是部队日常训练的重要内容,装备操作虚拟训练是当前发展的一个重要研究方向,其中复杂新型装备通常有多个分系统。因此新型装备操作键位识别问题是虚拟装备操作训练、辅助实际装备操作等的必要手段。然而目前存在诸多的因素及问题导致实际训练中往往不能满足实装操作要求,例如装备列装数量少,只能满足少数人员同时训练的需要,装备空间通常比较狭小,装备价值昂贵。且现阶段的军工装备教学系统由于安装在装备车上会随时进行移动,所以会高频率发生各种极端环境,如光线不均匀、装备车颠簸导致的图像模糊等,这些极端条件的出现,会对预设引导教学装备产生较大的干扰性。而针对上述问题,本文提出了一种基于交互式智能标注的装备操作键位样本集构建与识别通过远程操作来代替人工现场教学,主要研究内容如下:(1)采用Faster RCNN网络进行装备按键的识别,然而由于军工装备的保密性装备键位的样本量通常很少,实际应用中的样本更是难以获得。针对此类少量样本的情况,提出了优化后的Faster RCNN网络,通过更改主干网络以及对区域生成网络和感兴趣区域的优化。最后尽管利用少量人工采集的样本集训练,优化后的网络与传统的Faster RCNN网络相比,有很高的识别效率。(2)提出在复杂背景下对输入图像复原以及光照补偿的预处理方法来减少复杂环境的干扰,减小样本集总量小的压力。同时为了使模型的识别效率有进一步提高,希望对样本集的多样性及数量进行扩充,在人工建立小样本集的基础上,提出了一种交互式半自动样本标注与样本集扩充机制。即对目标按键识别并跟踪,同时自动裁剪并标注预样本,通过智能交互的方式人工进行正样本集筛选。最后将正样本通过图像增强、数据增强以及生成对抗网络完成了样本集的扩充,解决了装备按键难以获取大量复杂样本的困难。(3)为了测试新生成样本集的质量,由于军工装备操作及教学训练系统的特殊性,即可能随时加入一些新的装备按键来进行教学。每次有新类别或旧类别样本集的更新,对此进行重新训练并不现实,耗时且耗力。所以提出使用Faster RCNN的增量学习网络保证可以随时加入新的样本集而不破坏原有模型,以此训练出可以在外部复杂环境下适用的教学装备,来解决装备教学系统与复杂情景、高频迭代间的矛盾。最后通过各个迭代层的损失函数也表明新扩充后的样本集可以保证正常训练,且通过增量学习后的旧类别样本的P-R曲线面积趋近于1,表明识别效率很优秀。本文的研究内容较好地解决了军工装备操作及教学训练系统获取样本困难的问题,并且即使在极端环境下也可以有较好的识别效果。同时实现了利用远程教学来代替人工现场教学,解决了装备数量少以及空间不足带来的问题。

关键词：网络结构优化交互式半自动图像标注图像增强与数据增强生成对抗网络增量学习

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基于虚拟仪器的工程机械状态评价技术研究

基于虚拟仪器的工程机械状态评价技术研究

作者：王岩石家庄铁道大学

学位级别：硕士

本文以目前二手工程机械的交易广泛开展但是缺乏专业的评价手段的现状为研究背景,介绍了工程机械的各个重要组成部分,将工程机械划分为三大主要部分进行故障原理的研究,从而制定出工程机械的评价依据。最后结合LabVIEW软件开发平台,开... 详细信息

本文以目前二手工程机械的交易广泛开展但是缺乏专业的评价手段的现状为研究背景,介绍了工程机械的各个重要组成部分,将工程机械划分为三大主要部分进行故障原理的研究,从而制定出工程机械的评价依据。最后结合LabVIEW软件开发平台,开发出便携式的基于虚拟仪器的工程机械评价系统。利用各类传感器和数据采集系统搭建了工程机械状态数据采集硬件系统,作为了解工程机械工作状态的手段。通过实验采集到的数据结合国家标准对于工程机械检测评价的要求进行了频域积分算法、EMD算法、发动机无负荷测功算法、轴承振动时域指标等研究,为工程机械的评价做有力的支撑。利用LabVIEW软件开发平台,结合工程机械状态参数数据采集硬件系统,开发了基于虚拟仪器的工程机械动力系统评价系统,工程机械传动系统评价系统,工程机械液压系统评价系统。利用开发的系统对工程机械发动机的温度、发动机的振动情况、发动机的起动性能、减速机齿轮的振动情况、减速机轴承的振动情况、减速机轴承的EMD算法、液压泵的温度、液压泵的压力、液压泵的振动情况等进行了分析与评价,为确定工程机械综合模糊评价系统的因素集权重打下基础。阐述了模糊综合评价的原理和流程,研究了层次分析法确定评价系统的权重。对隶属度进行了研究分析,对重置成本法进行了研究分析。利用LabVIEW软件开发平台,将以上这些研究分析的结果都应用于工程机械状态评价的模块当中。最后对某挖掘机进行了模糊综合评价。本研究利用虚拟仪器技术,搭建了工程机械虚拟仪器评价平台,实现了传统仪器和虚拟仪器的良好结合,也同时实现了虚拟仪器和工程机械评价的良好结合。并且进行了初步的验证实验,验证了本系统具有一定的使用价值。为工程机械的状态评价提供了参考和借鉴。

关键词：虚拟仪器 LabVIEW 工程机械检测评价模糊综合评判