主要内容

상태모니터링및예측정비를위한데이터앙상블

데이터분석은모든상태모니터링및예측정비활동의핵심입니다。预见性维护工具箱™는예측정비알고리즘설계에필요한대규모복합데이터세트를만들고,레이블을지정하고,관리하기위한앙상블데이터저장소라는툴을제공합니다。

데이터는가속도계,압력계,온도계,고도계,전압계,회전속도계와같은센서를사용해시스템에서측정한값으로부터수집할수있습니다。예를들어,다음으로부터측정된데이터를사용할수있습니다。

  • 정상시스템작동

  • 결함상태에서작동하는시스템

  • 시스템작동의수명기록,즉RTF (run-to-failure)데이터

알고리즘설계에는다양한작동상태와결함상태에서시스템의Simulink金宝app®모델을실행하여생성된시뮬레이션된데이터를사용할수도있습니다。

측정데이터와생성된데이터중하나를사용하든둘다를사용하든,일정한시간범위또는여러시간범위를아우르는다양한신호를사용하게되는경우가많습니다。그뿐아니라여러기계로부터생성된신호가있을수도있습니다(예:동일한사양으로제조된100개의개별엔진의측정값)。정상작동상태와결함상태를나타내는데이터도있을수있습니다。어떤경우든,예측정비를위해알고리즘을설계하려면다량의데이터를구성및분석하는동시에데이터가나타내는시스템과상태를지속적으로추적해야합니다。

앙상블데이터저장소는데이터가로컬에저장되어있든Amazon S3™(简单存储服务),Windows Azure®Blob Storage및Hadoop®分布式文件系统(HDFS™)을사용한클라우드저장공간과같은원격위치에저장되어있든상관없이이러한데이터로작업하는데도움이될수있습니다。

데이터앙상블

预见性维护工具箱에서다면적인데이터세트를구성하고관리하기위한기본단위는데이터앙상블입니다。앙상블이란다양한상태에서시스템을측정또는시뮬레이션하여만든데이터세트의모음을의미합니다。

예를들어,진동측정을위한가속도계와엔진축회전의측정을위한회전속도계가있는변속기를살펴보겠습니다。엔진을5분동구동하고측정된신호를시간의함수로기록한다고가정하겠습니다。주행거리(마일)로측정되는엔진사용기간도기록합니다。이러한측정값은다음과같은데이터세트를생성합니다。

이번에는여러개의동일한엔진이있고모든엔진의데이터를기록한다고가정하겠습니다。이렇게하면일군의데이터세트가생성됩니다。

이일군의데이터세트를앙상블이라고하며,앙상블의각행은해당앙상블의멤버입니다。

앙상블의멤버는동일한데이터변수를포함한다는점에서서로관련이있습니다。예를들어,그림에나온앙상블에서모든멤버는엔진식별자,진동신호,회전속도계신호,엔진사용기간이라는4개의동일한변수를갖습니다。이예에서각멤버는서로다른기계에대응됩니다。앙상블은동일한기계에서서로다른시간에기록된데이터변수세트를포함할수도있습니다。예를들어,다음그림은엔진사용기간으로기록한동일한엔진의여러데이터세트를포함하는앙상블을보여줍니다。

실제현장에서는보통각앙상블멤버의데이터가별도의데이터파일에저장됩니다。따라서9500마일시점에서의엔진01의데이터를포함하는파일이하나있고,21250마일시점에서의엔진01의데이터를포함하는또다른파일이하나있는식일수있습니다。

시뮬레이션된앙상블데이터

대부분의경우시스템의실제고장데이터가없거나결함상태에있는시스템의한정된데이터만존재합니다。실제시스템의동작을근사하는仿真软件金宝app모델이있다면여러상태에서반복적으로모델을시뮬레이션한다음시뮬레이션된데이터를기록하여데이터앙상블을생성할수있습니다。예를들어다음과같은작업을수행할수있습니다。

  • 결함의존재또는부재를반하도록파라미터값바꾸기。예를들어,낮은저항값을사용하여단락회로를모델링합니다。

  • 신호결함주입。측정된신호의센서드리프트와외란은측정된데이터값에향을줍니다。모델에근사신호를추가하여이러한변화를시뮬레이션할수있습니다。예를들어,센서에오프셋을추가하여드리프트를나타내거나모델의특정위치에서신호를주입하여외란을모델링할수있습니다。

  • 시스템동특성바꾸기。구성소의동작을제어하는방정식은정상작동과결함작동에서달라질수있습니다。이경우동일한구성소를변형하여서로다른동특성을구현할수있습니다。

예를들어,기어박스시스템을기술하는Simul金宝appink모델이있다고가정하겠습니다。이모델은진동센서의드리프트를나타내는파라미터를포함합니다。이모델을서로다른센서드리프트값에서시뮬레이션하고,각시뮬레이션에대해진동신호와회전속도계신호를기록하도록모델을구성합니다。이러한시뮬레이션은일정범위의작동상태를포괄하는앙상블을생성합니다。각앙상블멤버는하나의시뮬레이션에대응되며,특정상태세트하에서동일한데이터변수를기록합니다。

generateSimulationEnsemble명령은모델의특정특성을바꾸어서결함상태를시뮬레이션할수있는모델로부터이러한데이터세트를생성하는데유용합니다。

앙상블변수

앙상블의변수는저마다다른목적을가지며,그에따라다음과같은유형으로그룹화할수있습니다。

  • 데이터변수——앙상블멤버의주된내용물로,예측정비알고리즘의분석및개발에사용하는측정데이터와도출된데이터를포함합니다。예를들어,그림에나온기어박스앙상블예에서振动转速表는데이터변수입니다。데이터변수는신호의평균값,신호스펙트럼의피크크기의주파수와같은도출된값도포함할수있습니다。

  • 독립 변수——앙상블멤버를식별하거나멤버의순서를정하는변수로,타임스탬프,작동기간(시간),기계식별자등이있습니다。측정된기어박스데이터의앙상블에서年龄는독립변수입니다。

  • 상태 변수-앙상블멤버의결함상태또는작동상태를기술하는변수입니다。상태변수는결함상태나그밖의작동상태(주변온도등)의존재또는부재를기록할수있습니다。시뮬레이션된기어박스데이터의앙상블에서SensorDrift는상태변수입니다。상태변수는결함상태와작동상태를부호화하는단일스칼라값과같은도출된값일수도있습니다。

실제현장에서는데이터변수,독립변수,상태변수가모두서로다른변수세트입니다。

预测性维护工具箱의앙상블데이터

预测性维护工具箱에서는整体数据存储객체를사용하여앙상블데이터를관리하고앙상블데이터와상호작용할수있습니다。MATLAB®에서시계열데이터는벡터나时间表로저장되는경우가많습니다。그밖의데이터는스칼라값(예:엔진사용기간),논리값(예:결함의존재여부),문자열(예:식별자)또는테이블로저장될수있습니다。앙상블은응용사례를기록하는데유용한어떠한데이터형도포함할수있습니다。앙상블에서각멤버의데이터는일반적으로별도의파일로저장됩니다。整体数据存储객체를사용하면앙상블데이터를구성하고레이블을지정하고처리하는데도움이됩니다。어느合奏数据存储객체를사용할것인지는디스크에있는측정데이터로작업하는지아니면仿真软件모델에서시뮬레이션된데이터를생성하는지金宝app에따라달라집니다。

整体数据存储객체는디스크에저장된데이터에대한정보를포함하며,이데이터와상호작용할수있도록지원합니다。따라서사용자는앙상블에서matlab작업공간으로데이터를추출하는와앙상블에데이터를쓰는writeToLastMemberRead와같은명령을사용할수있습니다。

마지막으로읽은멤버

앙상블로작업할때어느앙상블멤버를가장최근에읽었는지가추적됩니다。를호출하면다음으로읽을멤버가자동으로선택되며그멤버가반되도록앙상블의LastMemberRead속성이업데이트됩니다。다음번에writeToLastMemberRead를호출하면그멤버에기록됩니다。

예를들어,시뮬레이션된기어박스데이터의앙상블을살펴보겠습니다。generateSimulationEnsemble을사용하여이앙상블을생성하면실행된각시뮬레이션의데이터가디스크에있는별도의파일에기록됩니다。사용자는해당파일에있는데이터를가리키는simulationEnsembleDatastore객체를만듭니다。合奏객체의속성을설정하여변수를독립변수또는상태변수와같은그룹으로분리할수있습니다。

이번에는ensemble객체系综에서일부데이터를읽어들였다고가정하겠습니다。

数据=读取(集成);

앙상블에대해를처음호출하면앙상블의한멤버가읽어들일첫번째멤버로지정됩니다。해당멤버에서선택된변수가읽혀matlab작업공간에있는数据라는表格로들어오게됩니다。(선택된변수란系综SelectedVariables속성에지정된변수를말합니다。)合奏。LastMemberRead속성이해당멤버의파일이름으로업데이트됩니다。

사용자가를다시호출하기전까지,마지막으로읽은멤버지정은소프트웨어가지정해준앙상블멤버에서그대로유지됩니다。따라서예를들어진동신호스펙트럼VibPeak의피크값의주파수와같은도출된변수를계산하기위해数据를처리한다고가정하겠습니다。도출된값을그에대응되는,여전히마지막으로읽은멤버로지정되어있는앙상블멤버에추가할수있습니다。이렇게하려면먼저새로운변수를포함하도록系综의데이터변수목록을확장하십시오。

合奏。DataVariables = [ensemble.DataVariables;“VibPeak”

이작업은다음그림에서볼수있듯이앙상블에새열을추가하는것과같습니다。새로운변수는처음에각앙상블에서누락값으로채워집니다。(자세한내용은失踪을참조하십시오。)

이제writeToLastMemberRead를사용하여마지막으로읽은멤버에새로운변수의값을채웁니다。

newdata = table(VibPeak,“VariableNames”, {“VibPeak”});writeToLastMemberRead(合奏,newdata);

앙상블에새로운값이존재하며,마지막으로읽은멤버지정은동일한멤버에남아있습니다。

다음번에앙상블에대해를호출하면다음으로읽을멤버가정해지고해당멤버로부터선택된변수가반환됩니다。마지막으로읽은멤버지정은해당멤버로넘어갑니다。

hasdata명령은앙상블의모든멤버를읽었는지여부를알려줍니다。重置명령은다음번호출이앙상블의첫번째멤버를대상으로동작하도록모든멤버에서“읽”음지정을지웁니다。重置연산은앙상블의LastMemberRead속성은지우지만DataVariablesSelectedVariables와같은다른앙상블속성은변경하지않습니다。앙상블에다시쓴데이터도변경하지않습니다。생성된데이터의앙상블과의상호작용을자세히보여주는예제는시뮬레이션된데이터앙상블생성및사용하기항목을참조하십시오。

측정된데이터읽기

앞에서는시뮬레이션된앙상블을예로사용했지만,fileEnsembleDatastore로관리하는측정된데이터로구성된앙상블에서도마지막으로읽은멤버지정이동일하게동작합니다。그러나측정된데이터로작업할때는명령과writeToLastMemberRead명령에데이터가디스크에서어떻게저장되고구성될지를알려주는정보를제공해야합니다。

이렇게하려면fileEnsembleDatastore객체의속성을사용자가작성하는함수로설정해야합니다。ReadFcn속성을데이터파일에서데이터변수를읽는방법을기술하는함수의핸들로설정하십시오。를호출하면이함수를사용하여다음앙상블파일에액세스하고그파일에서앙상블데이터저장소의SelectedVariables속성에지정된변수를읽어들입니다。마찬가지로,fileEnsembleDatastore객체의WriteToMemberFcn속성을사용하여앙상블멤버에데이터를쓰는방법을기술하는함수를제공하십시오。

디스크에있는측정된데이터의앙상블과이러한상호작용을수행하는방법을보여주는예제는다음항목을참조하십시오。

앙상블과MATLAB데이터저장소

预见性维护工具箱의앙상블은MATLAB데이터저장소의특화된유형입니다(데이터저장소시작하기참조)。명령과writeToLastMemberRead명령에는앙상블데이터저장소에만적용되는동작이있습니다。,또한다음MATLAB데이터저장소명령MATLAB은데이터저장소에서작동하는것과동일한방식으로앙상블데이터저장소에서작동합니다。

  • hasdata-앙상블데이터저장소에아직읽어들이지않은멤버가있는지확합니다。

  • 重置-앙상블데이터저장소를어떤멤버도읽히지않은상태로복원합니다。이상태에서는현재멤버가없습니다。앙상블에서이미읽어들데이터를다시읽을때이명령을사용하십시오。

  • -앙상블데이터저장소를高형테이블로변환합니다。(메모리에담을수없는큰데이터를위한高형배열항목을참조하십시오。)

  • 进步-앙상블데이터저장소를읽은비율을확합니다。

  • 分区-병렬연산을위해앙상블데이터저장소를여러개의앙상블데이터저장소로분할합니다。(앙상블데이터저장소의경우分区(n, ds指数)구문을사용하십시오。)

  • numpartitions-데이터저장소파티션개수를확합니다。

여러앙상블멤버에서읽기

기본적으로명령은한번에하나의앙상블멤버에서데이터를반환합니다。한번에둘이상의앙상블멤버의데이터를처리하려면合奏数据存储객체의ReadSize를1보다큰값으로설정하십시오。예를들어,ReadSize를3으로설정하면를호출할때마다3개의행이있는테이블이반환되고3개의앙상블멤버가마지막으로읽은멤버로지정됩니다。자세한내용은fileEnsembleDatastoresimulationEnsembleDatastore함수도움말페이지를참조하십시오。

앙상블데이터를高형테이블로변환하기

다수의통계분석함수와같은일부함수는高형테이블에있는데이터를대상으로동작할수있습니다。이경우메모리에담을수없는데이터도데이터저장소를이용해처리할수있습니다。명령을사용하여앙상블데이터저장소의데이터를高형테이블로변환하면이러한분석명령에서사용할수있습니다。

긴시계열신호와같은대규모앙상블데이터로작업할때는일반적으로writeToLastMemberRead를사용하여앙상블의멤버별로처리합니다。사용자는해당앙상블멤버의유용한상태지표로기능할수있는데이터의특정특징을계산하기위해데이터를처리합니다。

일반적으로상태지표는스칼라값이거나처리되지않은원래신호보다메모리공간을덜차지하는다른어떤값입니다。따라서이값을데이터저장소에쓴후에는收集를사용해상태지표를메모리로추출하여분류기훈련과같은후속통계처리에이용할수있습니다。

예를들어,앙상블의각멤버가시계열진동데이터를포함한다고가정하겠습니다。각멤버에서앙상블데이터를읽어들인다음신호분석과정에서도출된스칼라값인상태지표를계산합니다。도출된값을멤버에다시씁니다。도출된값이指示器라는앙상블변수에속하고,이앙상블멤버에대한정보(예:결함상태)를포함하는레이블은标签이라는변수에들어있다고가정하겠습니다。앙상블에대한후속분석을수행하려할때,많은양의진동데이터를읽어들이지않고도상태지표와레이블을메모리로읽어들일수있습니다。이렇게하려면앙상블의SelectedVariables속성을읽어들이려는변수로설정하십시오。그런 다음을사용하여선택된변수로구성된高형테이블을만들고收集를사용하여값을메모리로읽어들입니다。

合奏。SelectedVariables = [“指标”“标签”];featureTable =高(集合);featureTable = gather(featureTable);

결과로생성되는변수featureTable은matlab작업공간에존재하는일반적테이블입니다。이테이블은MATLAB表형을지원하는어떤함수로도처리할수있습니다。

收集를사용하여예측정비분석을위해앙상블데이터를조작하는방법을보여주는예제는다음항목을참조하십시오。

앙상블데이터처리하기

예측정비알고리즘설계에서,앙상블에데이터를구성한후수행해야할다음단계는데이터를전처리하여정리하거나변환하는것입니다。그런다음데이터를처리하여상태지@ @를추출합니다。상태지@ @는정상작동과결함작동을구분하는데사용할수있는데이터특징입니다。자세한내용은다음을참조하십시오。

참고 항목

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관련 항목