基于预测和描述性机器学习方法的工业过程故障诊断
1. 引言
过程监控和故障诊断对于工业过程的安全、生产力和可持续性至关重要。大量工业数据(即海量数据或大数据)的出现,为实现高效的故障诊断提供了重要资源。然而,工业过程的复杂性使得工程师和操作员进行故障诊断变得极为困难,因此人们迫切需要能够自动诊断故障的决策支持工具。
目前大多数故障检测与诊断(FDD)方法都有特定的假设和近似条件,部分是数学层面的,部分与实际应用问题相关,如验证诊断方法所需的数据质量和数量。这导致许多诊断方法对于从业者来说难以处理或不易获取。工业界的开发者在尝试特定诊断方法之前,往往希望避免潜在风险。因此,在实际应用中选择合适的诊断方法时,不仅要从数学角度理解每种方法,还需了解特定工业应用如何使用该方法及其输出结果。
开发对最终用户有用且友好的诊断方法所面临的挑战,取决于所应用的算法及其计算基础设施。因此,测试、比较和验证不同的诊断方法至关重要。由于工业故障诊断问题的复杂性,有时需要综合运用多种不同方法来提高故障诊断任务的效率。而最大的挑战在于开发一个决策代理,将这些方法结合起来,以得出统一且正确的诊断决策。
FDD方法大致可分为基于模型和数据驱动两类。基于模型的方法需要深入理解和分析目标过程中的物理现象,以推导精确的数学模型。但在实际应用中,由于工厂中不同组件的故障情况各异,且获取有效的详细模型困难、耗时且成本高昂,特别是对于具有众多变量的大规模过程,这种方法可能无法捕捉难以描述的详细动态,导致模型准确性降低。即使为某个过程构建了精确的数学模型,对其进行实验评估也是一项繁琐的任务。因此,对于像纸浆厂这样的复杂工业过程,构建基于模型的故障诊断方法并不具有优势。
近年来,许多实
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