用于預(yù)測(cè)組件或系統(tǒng)狀況的方法和設(shè)備及計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于組件或系統(tǒng)的時(shí)間相關(guān)的系列數(shù)據(jù)點(diǎn)的過(guò)程的趨勢(shì)預(yù)測(cè)的設(shè)備和方法，尤其涉及用于飛行器或航天器的組件或系統(tǒng)，其包括如下步驟：提供優(yōu)化的決策樹(shù)，該決策樹(shù)的輸入節(jié)點(diǎn)用于輸入輸入向量，該決策樹(shù)的節(jié)點(diǎn)包含各輸入向量的數(shù)據(jù)點(diǎn)，并且決策樹(shù)的每個(gè)葉包含外推函數(shù)；迭代地計(jì)算將來(lái)的數(shù)據(jù)點(diǎn)，其中各時(shí)間相關(guān)的系列數(shù)據(jù)點(diǎn)被輸入到?jīng)Q策樹(shù)中作為輸入向量并且決策樹(shù)以自動(dòng)的方式從中計(jì)算輸入向量的最后一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的后續(xù)的數(shù)據(jù)點(diǎn)，所計(jì)算出的后續(xù)數(shù)據(jù)點(diǎn)被添加到時(shí)間相關(guān)的系列數(shù)據(jù)點(diǎn)中作為下一步迭代計(jì)算所用的新的輸入向量。本發(fā)明更進(jìn)一步地涉及一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。
【專利說(shuō)明】用于預(yù)測(cè)組件或系統(tǒng)狀況的方法和設(shè)備及計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種計(jì)算機(jī)實(shí)施的方法和設(shè)備，對(duì)通過(guò)測(cè)量在組件或系統(tǒng)處確定的時(shí)間相關(guān)的系列數(shù)據(jù)點(diǎn)的過(guò)程進(jìn)行趨勢(shì)預(yù)測(cè)，來(lái)預(yù)測(cè)特別是用于飛行器或航空器的組件或系統(tǒng)的狀況。本發(fā)明還涉及一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。
【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)由測(cè)量確定的數(shù)據(jù)池的分析具有廣泛的應(yīng)用。該分析包括數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)相關(guān)性的相互關(guān)系的統(tǒng)計(jì)分析，和針對(duì)這些數(shù)據(jù)的未來(lái)發(fā)展的分析，也就是說(shuō)，被稱為趨勢(shì)預(yù)測(cè)。對(duì)于趨勢(shì)預(yù)測(cè)，通?；趥鹘y(tǒng)的時(shí)間序列分析方法來(lái)建立趨勢(shì)模型。趨勢(shì)分析和趨勢(shì)預(yù)測(cè)是統(tǒng)計(jì)工具，可以更好地解釋測(cè)量數(shù)據(jù)或從其他途徑確定的數(shù)據(jù)。趨勢(shì)分析可用于趨勢(shì)預(yù)測(cè)，以便能夠構(gòu)造和驗(yàn)證與測(cè)量數(shù)據(jù)的趨勢(shì)相關(guān)的聲明。
[0003]盡管原則上測(cè)量確定的時(shí)間相關(guān)的系列數(shù)據(jù)可在任意趨勢(shì)預(yù)測(cè)方法中使用，下文所述的本發(fā)明和本發(fā)明所處理的問(wèn)題是關(guān)于用于趨勢(shì)預(yù)測(cè)的方法和設(shè)備的，該趨勢(shì)預(yù)測(cè)是用于飛行器或航天器的。特別地，下文所述的本發(fā)明是關(guān)于根據(jù)所測(cè)量到的飛行器的組件或系統(tǒng)的振蕩的趨勢(shì)預(yù)測(cè)。
[0004]例如在美國(guó)2011/0040470A1中描述了一種用于預(yù)測(cè)飛行器中燃?xì)廨啓C(jī)的故障的方法。
[0005]在飛行器中，尤其是在客機(jī)中，出于安全原因，總是遵守固定的預(yù)定維護(hù)間隔，在間隔期間必須檢查、維護(hù)和修復(fù)飛行器的組件和系統(tǒng)。這些間隔以這種方式確定:確保到下一個(gè)維護(hù)間隔為止，各個(gè)組件和系統(tǒng)是足夠安全的并且功能正常。因此，相應(yīng)的維護(hù)間隔通常與延緩時(shí)間一起選擇，以便相應(yīng)地適當(dāng)間隔。
[0006]然而，成問(wèn)題的是，利用這種方式，盡管事實(shí)上飛行器的系統(tǒng)還處在例如功能完全正常并且其維護(hù)事實(shí)上是不必要的情況下，有時(shí)也會(huì)對(duì)其進(jìn)行維護(hù)。因此很明顯，以這種方式，由于對(duì)實(shí)際情形的無(wú)知而進(jìn)行的不必要的維護(hù)，導(dǎo)致了額外的費(fèi)用。
[0007]此外，以客機(jī)為例，可用于維護(hù)工作的時(shí)間周期非常短。通常，這項(xiàng)工作是在飛行器到達(dá)航站樓和再次離開(kāi)航站樓之間的固定時(shí)間內(nèi)完成的，通常只有大約90分鐘的短時(shí)間周期可用。這意味著期望收集與飛行器的系統(tǒng)或組件的狀況相關(guān)的之前的相應(yīng)結(jié)果。
[0008]空調(diào)系統(tǒng)，通常也被稱為HVAC (加熱、制冷和空氣調(diào)節(jié))，由于功能性也由于乘客的舒適性而在飛行器中尤其重要?？照{(diào)系統(tǒng)用于給飛行器上的乘客提供新鮮、溫和的空氣，又要冷卻電子系統(tǒng)。為此目的，空調(diào)系統(tǒng)使用再循環(huán)風(fēng)扇和過(guò)濾器來(lái)形成循環(huán)，并由此凈化艙內(nèi)空氣。然而，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，所用的過(guò)濾器可能被堵塞，相應(yīng)的供應(yīng)管線可能變臟，并且例如風(fēng)扇可能出現(xiàn)故障，例如由于電機(jī)故障或由于風(fēng)扇葉片的斷裂。這里，成問(wèn)題的是，由于總是依賴于各過(guò)濾器的周圍環(huán)境和應(yīng)用的場(chǎng)合，過(guò)濾器的堵塞尤其難以預(yù)測(cè)。這樣導(dǎo)致這些過(guò)濾器在現(xiàn)場(chǎng)被頻繁檢查，而這些也在飛行器的固定時(shí)間周期中包含了額外的檢查時(shí)間。
[0009]可理解地，應(yīng)該避免這種狀況的發(fā)生。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]由此而論，本發(fā)明的目的是能夠提供改進(jìn)的組件或系統(tǒng)的趨勢(shì)預(yù)測(cè)，尤其是在當(dāng)其應(yīng)用在飛行器或航空器內(nèi)的情況下。
[0011]根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)具備權(quán)利要求1的特征的方法和/或通過(guò)具備權(quán)利要求14的特征的設(shè)備和/或通過(guò)具備權(quán)利要求15的特征的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品來(lái)達(dá)成目的。
[0012]相應(yīng)地，提供如下:
[0013]一種用于預(yù)測(cè)組件或系統(tǒng)的狀況的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法，特別用于飛行器或航空器，通過(guò)對(duì)由測(cè)量在組件或系統(tǒng)處確定的時(shí)間相關(guān)的系列數(shù)據(jù)點(diǎn)的過(guò)程進(jìn)行趨勢(shì)預(yù)測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)，包括如下步驟:
[0014]提供優(yōu)化的決策樹(shù)，所述決策樹(shù)的輸入節(jié)點(diǎn)用于輸入輸入向量，所述決策樹(shù)的節(jié)點(diǎn)包含各個(gè)輸入向量的屬性，并且所述決策樹(shù)的每個(gè)葉都包含用于趨勢(shì)預(yù)測(cè)的外推函數(shù)；
[0015]迭代計(jì)算將來(lái)的數(shù)據(jù)點(diǎn)，其中輸入向量源自時(shí)間相關(guān)的系列數(shù)據(jù)點(diǎn)，并且所述決策樹(shù)以自動(dòng)方式從輸入向量計(jì)算所述時(shí)間相關(guān)的系列數(shù)據(jù)點(diǎn)的最后一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的后續(xù)數(shù)據(jù)點(diǎn)，所計(jì)算出的后續(xù)數(shù)據(jù)點(diǎn)被添加到所述時(shí)間相關(guān)的系列數(shù)據(jù)點(diǎn)中，以用于形成下一個(gè)迭代步驟的新的輸入向量。
[0016]一種用于預(yù)測(cè)組件或系統(tǒng)的狀況的設(shè)備，特別用于飛行器或航空器的組件或系統(tǒng)，尤其是利用了根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，包括:測(cè)量裝置，配置為測(cè)量所述組件或系統(tǒng)的物理測(cè)量值來(lái)生成時(shí)間相關(guān)的系列數(shù)據(jù)點(diǎn)；存儲(chǔ)器，其中存儲(chǔ)至少一個(gè)時(shí)間相關(guān)的系列數(shù)據(jù)點(diǎn)；和計(jì)算和評(píng)估裝置，配置為根據(jù)所述至少一個(gè)時(shí)間相關(guān)的系列數(shù)據(jù)點(diǎn)來(lái)生成優(yōu)化的決策樹(shù)并根據(jù)由此生成的決策樹(shù)來(lái)執(zhí)行趨勢(shì)預(yù)測(cè)。
[0017]一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其中存儲(chǔ)有被配置為執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的計(jì)算機(jī)程序。
[0018]對(duì)本發(fā)明基礎(chǔ)的理解在于:大多數(shù)系統(tǒng)具有特性的、系統(tǒng)固有的操作屬性，從而允許對(duì)各系統(tǒng)的屬性和狀況得出結(jié)論。例如，可以近似固定的間隔來(lái)測(cè)量系統(tǒng)或組件的振蕩或溫度。概念是:以這種方式收集的數(shù)據(jù)是所要檢驗(yàn)的系統(tǒng)或其相關(guān)組件的狀況和屬性的測(cè)量值。對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕忉?，就可以?duì)此系統(tǒng)或組件的屬性和狀況的變化得出結(jié)論。尤其是在隨著系統(tǒng)或組件使用壽命的增加，其狀況是在退化而不是在改進(jìn)的前提下，通過(guò)利用額外的假設(shè)和使用適當(dāng)?shù)孬@得的決策樹(shù)，可得出關(guān)于系統(tǒng)或組件的狀況未來(lái)發(fā)展的結(jié)論。
[0019]利用趨勢(shì)分析，通過(guò)最初被構(gòu)建后來(lái)被優(yōu)化的近似分析模型來(lái)估計(jì)所分析的測(cè)量數(shù)據(jù)的未來(lái)過(guò)程的趨勢(shì)。通過(guò)適當(dāng)選擇的決策樹(shù)來(lái)形成此分析模型。對(duì)此分析模型，不必要明確了解所要檢驗(yàn)的對(duì)象的本質(zhì)，例如物理屬性和其結(jié)構(gòu)等。借助于趨勢(shì)分析，借助分析模型對(duì)數(shù)據(jù)的分析和評(píng)估，可以對(duì)于要檢驗(yàn)對(duì)象的本質(zhì)、明確的結(jié)構(gòu)和屬性上得出結(jié)論。這樣，也能夠針對(duì)使用和維護(hù)需求來(lái)檢查例如相應(yīng)的系統(tǒng)。
[0020]本發(fā)明使得在沒(méi)有具體的數(shù)學(xué)概念知識(shí)的前提下，可以對(duì)所要檢驗(yàn)的組件和系統(tǒng)尤其是位于飛行器內(nèi)的組件和系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)趨勢(shì)預(yù)測(cè)。根據(jù)本發(fā)明，趨勢(shì)分析是在測(cè)量數(shù)據(jù)的時(shí)間系列分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，從測(cè)量數(shù)據(jù)中得出已知的數(shù)據(jù)點(diǎn)。數(shù)據(jù)點(diǎn)代表數(shù)據(jù)信號(hào)的離散數(shù)據(jù)值，而數(shù)據(jù)信號(hào)已經(jīng)通過(guò)例如采樣或其他方式而決定。時(shí)間系列代表時(shí)間相關(guān)的系列數(shù)據(jù)點(diǎn)，通常不代表數(shù)學(xué)意義上的序列。時(shí)間系列分析是與時(shí)間系列的數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析相關(guān)的規(guī)則，并與預(yù)測(cè)其未來(lái)發(fā)展或者被稱為趨勢(shì)相關(guān)。
[0021]對(duì)于趨勢(shì)預(yù)測(cè)，需要盡可能地模擬數(shù)據(jù)的可能過(guò)程的合適的外推函數(shù)。為此，初始提供了適當(dāng)選擇的決策樹(shù)，根據(jù)本發(fā)明，其被用于選擇分析和評(píng)估所需的外推函數(shù)。在這種情況下，決策樹(shù)來(lái)自測(cè)量數(shù)據(jù)。借助于被應(yīng)用于決策樹(shù)中的適當(dāng)?shù)膶W(xué)習(xí)或訓(xùn)練的概念，所述決策樹(shù)可進(jìn)一步以如下方式被優(yōu)化到目前的狀態(tài):用于趨勢(shì)分析的外推函數(shù)的選擇被優(yōu)化。這樣就可以執(zhí)行趨勢(shì)分析和趨勢(shì)預(yù)測(cè)，該分析和預(yù)測(cè)適用于給定的環(huán)境，并且已經(jīng)考慮到所要檢驗(yàn)的系統(tǒng)或組件的動(dòng)態(tài)行為。以這種方式，尤其針對(duì)長(zhǎng)期預(yù)測(cè)提升了趨勢(shì)分析和趨勢(shì)預(yù)測(cè)的可靠性。
[0022]借助于本發(fā)明的趨勢(shì)分析和趨勢(shì)預(yù)測(cè)方法，現(xiàn)在可以有利的方式來(lái)確定未來(lái)的維護(hù)時(shí)間，使得該時(shí)間也是適應(yīng)各個(gè)所要檢驗(yàn)的系統(tǒng)或組件的實(shí)際狀況。這樣，可在不必對(duì)系統(tǒng)或所檢驗(yàn)組件的分析的狀況執(zhí)行預(yù)先的、明確的調(diào)查的前提下，以非常精確的方式來(lái)排列未來(lái)的維護(hù)和維修周期。尤其避免了不必要的維護(hù)。這會(huì)帶來(lái)明顯的費(fèi)用降低。相反，防止維護(hù)工作錯(cuò)誤地不被執(zhí)行，雖然根據(jù)系統(tǒng)或組件的狀況該工作是必要的。對(duì)相關(guān)乘客也提高了相關(guān)的舒適性。
[0023]適當(dāng)選擇的決策樹(shù)是本發(fā)明的關(guān)鍵部分。決策樹(shù)是顯示了決策規(guī)則的有組織的、有目標(biāo)的樹(shù)圖。決策樹(shù)分層顯示時(shí)序的決策。對(duì)許多需要自動(dòng)分類或從實(shí)際知識(shí)中表述或得出正式規(guī)則的領(lǐng)域，決策樹(shù)很重要。決策樹(shù)是用于將目標(biāo)數(shù)據(jù)自動(dòng)分類并由此解決決策問(wèn)題的方法。決策樹(shù)也可用于清楚地表示形式規(guī)則。
[0024]決策樹(shù)總是由用作輸入向量的輸入節(jié)點(diǎn)的根節(jié)點(diǎn)、任意數(shù)量的內(nèi)部節(jié)點(diǎn)和至少兩個(gè)葉組成。每個(gè)節(jié)點(diǎn)代表一條邏輯規(guī)則，也被稱為屬性。與決策樹(shù)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的性質(zhì)被分配給一個(gè)屬性，這樣該性質(zhì)總體上用作節(jié)點(diǎn)的特征、指標(biāo)或詳細(xì)信息。葉與分類相對(duì)應(yīng)。每個(gè)葉包含對(duì)復(fù)雜決策問(wèn)題也可稱為分類的答案。這樣，或多或少的復(fù)雜的分類函數(shù)與葉相關(guān)聯(lián)。規(guī)則的復(fù)雜性和語(yǔ)義從開(kāi)始未受限制。在二叉決策樹(shù)的情況下，每條規(guī)則表達(dá)式只能到達(dá)兩個(gè)值中的一個(gè)。
[0025]為了讀取在決策樹(shù)中單個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象的分類，對(duì)決策樹(shù)從根節(jié)點(diǎn)開(kāi)始向下跟隨。在每個(gè)節(jié)點(diǎn)處，查詢特性并對(duì)后續(xù)節(jié)點(diǎn)的選擇作出決策。持續(xù)該過(guò)程直到達(dá)到葉。該葉對(duì)應(yīng)于分類。
[0026]決策樹(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)在于:其易于解釋和理解。這允許用戶對(duì)結(jié)果進(jìn)行評(píng)估，并識(shí)別出關(guān)鍵特性。尤其是如果一開(kāi)始不了解數(shù)據(jù)的基本屬性，那么非常有幫助。在數(shù)據(jù)挖掘領(lǐng)域，決策樹(shù)的引入也是一個(gè)重要方法。數(shù)據(jù)挖掘被理解為:意味著通常是以數(shù)理統(tǒng)計(jì)為基礎(chǔ)的、對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的方法的系統(tǒng)化應(yīng)用，并且目標(biāo)是要從中識(shí)別出模式或趨勢(shì)。
[0027]在進(jìn)一步的從屬權(quán)利要求和參考附圖在說(shuō)明書中提供本發(fā)明的有益配置和發(fā)展。
[0028]在優(yōu)選配置中，在迭代計(jì)算之前初始地提供至少一個(gè)輸入向量。該輸入向量被提供作為決策樹(shù)的輸入向量。該輸入向量源自預(yù)定長(zhǎng)度的時(shí)間相關(guān)的系列數(shù)據(jù)點(diǎn)，所述數(shù)據(jù)點(diǎn)代表要被檢驗(yàn)的所述組件或系統(tǒng)的測(cè)量的物理值。該數(shù)據(jù)點(diǎn)例如以時(shí)間連續(xù)的數(shù)據(jù)測(cè)量信號(hào)的形式可用。典型地，掃描模擬數(shù)據(jù)測(cè)量信號(hào)來(lái)生成時(shí)間相關(guān)的系列數(shù)據(jù)點(diǎn)，目的是確定作為結(jié)果的離散數(shù)據(jù)點(diǎn)。為了確定輸入向量，提供其中存在預(yù)定數(shù)目的數(shù)據(jù)點(diǎn)的預(yù)定時(shí)間周期。在這種情況下，固定的預(yù)定數(shù)目的數(shù)據(jù)點(diǎn)，也就是說(shuō)預(yù)定長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)點(diǎn)系列，總是被用做各輸入向量。優(yōu)選的但非必須的，將在此時(shí)間周期內(nèi)的數(shù)據(jù)點(diǎn)彼此等距地排列。
[0029]在典型配置里，在迭代計(jì)算過(guò)程中，每次新計(jì)算出的數(shù)據(jù)點(diǎn)被添加到所述時(shí)間相關(guān)的系列數(shù)據(jù)點(diǎn)中時(shí)，移除時(shí)間相關(guān)的系列數(shù)據(jù)點(diǎn)中最早的數(shù)據(jù)點(diǎn)。以這種方式提供新提供的輸入向量而不存在最早的數(shù)據(jù)點(diǎn)。這樣，對(duì)于將來(lái)數(shù)據(jù)點(diǎn)的迭代計(jì)算，總是用最新的數(shù)據(jù)點(diǎn)來(lái)生成輸入向量。
[0030]在優(yōu)選配置中，在預(yù)定數(shù)目的迭代步驟之后，新數(shù)據(jù)點(diǎn)的迭代計(jì)算過(guò)程終止。例如，可提供作為終結(jié)標(biāo)準(zhǔn)的例子:所計(jì)算出的將來(lái)數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)目少于被用作輸入向量或被用于生成并訓(xùn)練決策樹(shù)的系列數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)目。此終結(jié)標(biāo)準(zhǔn)是基于只能對(duì)未來(lái)有限的時(shí)間范圍進(jìn)行趨勢(shì)預(yù)測(cè)的認(rèn)識(shí)上的。至于趨勢(shì)預(yù)測(cè)的可靠性，該時(shí)間范圍應(yīng)充分地小于可用于趨勢(shì)預(yù)測(cè)的測(cè)量數(shù)據(jù)。原則上，只要迭代計(jì)算出的將來(lái)數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)目以及由此將來(lái)的時(shí)間周期大于可用于生成決策樹(shù)的測(cè)量的數(shù)據(jù)信號(hào)的時(shí)間周期的話，就可能進(jìn)行趨勢(shì)預(yù)測(cè)。然而，趨勢(shì)預(yù)測(cè)的確定性卻會(huì)因此減低。此外，該做法只對(duì)變化非常緩慢的系統(tǒng)有效。如果在計(jì)算將來(lái)的數(shù)據(jù)點(diǎn)的過(guò)程中確定的誤差超出預(yù)定的閾值，則計(jì)算中止。此外或可選地，可想到的是如果在計(jì)算將來(lái)的數(shù)據(jù)點(diǎn)的過(guò)程中確定的誤差超過(guò)預(yù)定的閾值，或換句話說(shuō)，如果在后續(xù)數(shù)據(jù)點(diǎn)的迭代計(jì)算過(guò)程中確定的確定性降到臨界閾值以下，則可設(shè)置終結(jié)判據(jù)。這樣，可確保在迭代計(jì)算過(guò)程中確定的將來(lái)數(shù)據(jù)點(diǎn)將以較高的確定性來(lái)表示將來(lái)的數(shù)據(jù)點(diǎn)。
[0031]在更優(yōu)選的配置中，在迭代計(jì)算后續(xù)數(shù)據(jù)點(diǎn)的過(guò)程中，該類型決策樹(shù)的外推函數(shù)被用于新計(jì)算出的數(shù)據(jù)點(diǎn)，該新計(jì)算出的數(shù)據(jù)點(diǎn)具有與所用輸入向量相關(guān)的最高值。
[0032]在更優(yōu)選的配置中，在迭代計(jì)算之后，對(duì)由優(yōu)化的決策樹(shù)確定的后續(xù)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行評(píng)估。特別地，每個(gè)這樣確定的將來(lái)的數(shù)據(jù)點(diǎn)都與臨界閾值進(jìn)行比較。臨界閾值可代表例如報(bào)警閾值，例如超過(guò)該值時(shí)必須對(duì)檢驗(yàn)的組件或系統(tǒng)中的一個(gè)采取動(dòng)作。這樣，借助于非常簡(jiǎn)單的尤其可在操作期間執(zhí)行的分析和趨勢(shì)預(yù)測(cè)，就可完成一個(gè)非常可靠的聲明，表示何時(shí)需要下一個(gè)維護(hù)周期。由于本發(fā)明的方法完全以自動(dòng)方式來(lái)執(zhí)行，因此不需要專用的、復(fù)雜的分析和評(píng)估步驟。依賴于執(zhí)行確定的數(shù)據(jù)的決策樹(shù)優(yōu)化和評(píng)估的方式的詳盡和準(zhǔn)確程度，本發(fā)明的方法也提供了非常高的確定性。由于本發(fā)明的方法是計(jì)算機(jī)可控的，并且完全以自動(dòng)方式執(zhí)行，因此可以處理大量的測(cè)量數(shù)據(jù)，這樣就可以在復(fù)雜系統(tǒng)中進(jìn)行簡(jiǎn)單可靠的趨勢(shì)分析。
[0033]更優(yōu)選的是，本發(fā)明的方法可用于被配置為飛行器或航空器中的空調(diào)系統(tǒng)的系統(tǒng)中,測(cè)量在這些系統(tǒng)中例如空調(diào)系統(tǒng)中生成的振蕩(振動(dòng)或聲音)作為檢驗(yàn)的物理參數(shù)。尤其有益的是，由于這種類型的振蕩一般只能非常緩慢地改變，例如對(duì)逐漸變臟的再循環(huán)過(guò)濾器，因此當(dāng)振蕩特性發(fā)生改變的情況下，非常簡(jiǎn)單的趨勢(shì)分析是有可能的。定期執(zhí)行的狀態(tài)監(jiān)視可以容易并可靠地識(shí)別出這種改變。例如，如果空調(diào)系統(tǒng)的元件例如再循環(huán)過(guò)濾器或風(fēng)扇發(fā)生故障，這會(huì)顯示為例如振動(dòng)的增加。隨后可以從中得出這些振動(dòng)的趨勢(shì)。然而，本發(fā)明并未僅限于以振蕩的形式來(lái)測(cè)量和評(píng)估物理參數(shù)，而是能夠拓寬到其他物理參數(shù)例如溫度、重量、電磁兼容輻射(EMC radiation)、電流和電壓等等。例如，如果空調(diào)系統(tǒng)的元件例如再循環(huán)過(guò)濾器或其中的風(fēng)扇發(fā)生故障，這也會(huì)顯示為例如溫度的增加，這樣溫度就可以作為該系統(tǒng)狀況的指示來(lái)被測(cè)量和評(píng)估。
[0034]在典型配置中，對(duì)于提供優(yōu)化的決策樹(shù)的步驟初始計(jì)算特征向量。提供訓(xùn)練數(shù)據(jù)和參數(shù)集用于計(jì)算特征向量。
[0035]優(yōu)選地，所述參數(shù)集優(yōu)選地包含用于創(chuàng)建決策樹(shù)所需類型的參數(shù)，并且尤其包含以下參數(shù)中至少一個(gè):
[0036]-用于趨勢(shì)預(yù)測(cè)的系列數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)目。第一參數(shù)定義了對(duì)于后續(xù)數(shù)據(jù)點(diǎn)的趨勢(shì)分析至少需要多少個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。
[0037]-用于趨勢(shì)預(yù)測(cè)的系列數(shù)據(jù)的梯度計(jì)算。此計(jì)算規(guī)則定義了是每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)、每隔一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，還是例如，只有第一個(gè)和最后一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)在系列數(shù)據(jù)點(diǎn)的時(shí)間周期內(nèi)被用于梯度計(jì)算。
[0038]-用于趨勢(shì)預(yù)測(cè)的數(shù)據(jù)點(diǎn)在數(shù)據(jù)點(diǎn)系列的時(shí)間周期內(nèi)最小和最大值的計(jì)算。
[0039]-可用于趨勢(shì)預(yù)測(cè)的外推函數(shù)。此參數(shù)決定了哪個(gè)可用分類和外推函數(shù)應(yīng)被用于定義數(shù)據(jù)點(diǎn)。例如，這里可提供線性函數(shù)、正弦函數(shù)、指數(shù)函數(shù)、二次函數(shù)等。
[0040]另外或替代地，自然也可想到將其他參數(shù)用于預(yù)定的參數(shù)集，例如所測(cè)量數(shù)據(jù)信號(hào)的預(yù)定部分的反向點(diǎn)、求導(dǎo)、數(shù)據(jù)點(diǎn)計(jì)算中的誤差、修正值等。
[0041]在優(yōu)選的配置中，為了提供訓(xùn)練數(shù)據(jù)，需要測(cè)量要被檢驗(yàn)的組件或系統(tǒng)的物理值。然后就可以從這樣確定的數(shù)據(jù)測(cè)量信號(hào)中通過(guò)例如采樣方式生成數(shù)據(jù)點(diǎn)。通過(guò)從這些所掃描的數(shù)據(jù)點(diǎn)中選擇預(yù)定數(shù)目的數(shù)據(jù)點(diǎn)，可隨后形成時(shí)間相關(guān)的系列數(shù)據(jù)點(diǎn)，這些就形成了用于決定訓(xùn)練數(shù)據(jù)所需的系列數(shù)據(jù)點(diǎn)。
[0042]優(yōu)選地，開(kāi)始時(shí)，也就是說(shuō)在開(kāi)始確定特征向量時(shí)，該特征向量用于生成決策樹(shù)，隨機(jī)值被確定為參數(shù)集。該參數(shù)集決定了特征向量的計(jì)算。利用訓(xùn)練數(shù)據(jù)和參數(shù)集，然后從隨機(jī)值開(kāi)始迭代地計(jì)算增加的優(yōu)化的決策樹(shù)直到?jīng)Q策樹(shù)的誤差低于預(yù)定閾值。尤其地，優(yōu)化參數(shù)集直到得到穩(wěn)定的值。然后，如果參數(shù)集不再變化時(shí)，則穩(wěn)定值可用。然后，這樣就確定了開(kāi)始點(diǎn)并且由此優(yōu)化的參數(shù)集是關(guān)于決策樹(shù)和訓(xùn)練數(shù)據(jù)優(yōu)化的。通常，參數(shù)集隨每次優(yōu)化的迭代而變化，該變化通常隨迭代的增加而越來(lái)越小。用于確定優(yōu)化參數(shù)集的迭代結(jié)束的終結(jié)標(biāo)準(zhǔn)，是各個(gè)選擇的終結(jié)標(biāo)準(zhǔn)的函數(shù)。例如，在所用的優(yōu)化算法中的最高準(zhǔn)確性也可用做終結(jié)標(biāo)準(zhǔn)。一般地但非必須地，遺傳算法用作優(yōu)化算法。其易于實(shí)施并且能給出相對(duì)非常好的結(jié)果。
[0043]在有益配置中，采用迭代二叉樹(shù)3代(Iterative Dichotomiser3, ID3)算法或C4.5算法計(jì)算決策樹(shù)，在參數(shù)集的優(yōu)化情況下計(jì)算的優(yōu)化的特征向量作為輸入向量。除這些算法外，也可想到利用分類和回歸樹(shù)(Classification and Regression Trees, CART)算法或卡方自動(dòng)交互檢測(cè)(Ch1-square Automatic Interaction Detectors, CHAID)算法。如果多個(gè)不同屬性在大數(shù)據(jù)集中很明顯并且因此可在沒(méi)有大的計(jì)算量的前提下生成決策樹(shù)的話，則使用ID3算法。由ID3算法生成的決策樹(shù)通常在結(jié)構(gòu)上非常簡(jiǎn)單。在CART算法中，只能生成二叉決策樹(shù)，也就是說(shuō)，每叉只能恰好有兩個(gè)分枝。因此CART算法的中心組成是尋找最優(yōu)的二分裂。C4.5算法與CART算法的表現(xiàn)非常相似，但C4.5算法不必須執(zhí)行任何二分裂，并且可包含任意數(shù)量的分叉，這一點(diǎn)對(duì)許多應(yīng)用非常有利。這樣，C4.5算法的決策樹(shù)會(huì)變得更寬，然而通常深度也更淺。為此，在首次分類后，后續(xù)的分裂意義變得不明顯。與其他算法相比，在CHAID算法中，在決策樹(shù)變得過(guò)大之前就停止了樹(shù)的增長(zhǎng)。
[0044]優(yōu)選地，在生成決策樹(shù)之后，根據(jù)專用的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)迭代訓(xùn)練決策樹(shù)。決策樹(shù)的學(xué)習(xí)或訓(xùn)練階段是有益但并非必須的。原則上，學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)可以與訓(xùn)練數(shù)據(jù)有語(yǔ)法上的對(duì)應(yīng)，也就是說(shuō)多個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)也可用作學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，哪些數(shù)據(jù)點(diǎn)被以例如測(cè)量方式或以其他方式而確定，并且哪些包含時(shí)間相關(guān)的系列數(shù)據(jù)點(diǎn)。
[0045]在更優(yōu)選的配置中，在生成決策樹(shù)時(shí)，除了各自計(jì)算外推函數(shù)外，也計(jì)算偏差值，該偏差值給出計(jì)算的數(shù)據(jù)點(diǎn)偏離最優(yōu)值多遠(yuǎn)和多顯著的信息。這樣，此附加信息提供了確定的數(shù)據(jù)點(diǎn)的準(zhǔn)確性。如果將關(guān)于迭代的將來(lái)數(shù)據(jù)的偏差值加到一起，就得到了估計(jì)的預(yù)測(cè)誤差。這樣，除了用于將來(lái)數(shù)據(jù)點(diǎn)的趨勢(shì)預(yù)測(cè)之外，也提供了這些將來(lái)的所計(jì)算出的數(shù)據(jù)點(diǎn)的被準(zhǔn)確計(jì)算的可能性。
[0046]在優(yōu)選的配置中，本發(fā)明的設(shè)備被配置為電子測(cè)量盒，尤其是溫度和/或振蕩測(cè)量盒。此電子測(cè)量盒包括接口，通過(guò)此接口可以將測(cè)量盒附接到要檢驗(yàn)的組件或系統(tǒng)中。通過(guò)電子測(cè)量盒的直接或間接的測(cè)量可以確定各趨勢(shì)預(yù)測(cè)所需的數(shù)據(jù)和相關(guān)聯(lián)的物理測(cè)量值。在溫度測(cè)量的情況下，電子測(cè)量盒包括例如被配置為溫度傳感器的傳感器，其用于探測(cè)所要檢驗(yàn)的組件或系統(tǒng)的溫度。在振動(dòng)或其他振蕩的情況下，提供相關(guān)的振動(dòng)或振蕩傳感器。
[0047]在適當(dāng)?shù)那闆r下，上述配置和發(fā)展可以任意方式彼此組合。本發(fā)明的更進(jìn)一步的可能的配置、發(fā)展和實(shí)施也包括這里沒(méi)有明確說(shuō)明的本發(fā)明的以上或以下針對(duì)【具體實(shí)施方式】所描述的特征的組合。尤其是，在這種情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可通過(guò)改進(jìn)或增加的方式向本發(fā)明的各個(gè)基本形式添加各個(gè)方面。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0048]下面將參考附圖中提供的【具體實(shí)施方式】，更詳細(xì)地解釋本發(fā)明。
[0049]圖1是根據(jù)本發(fā)明的方法的第一通用實(shí)施方式的流程的流程圖。
[0050]圖2是顯示了根據(jù)本發(fā)明的方法的第二優(yōu)選實(shí)施方式的流程的流程圖。
[0051]圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的框圖。
[0052]附圖意在提供對(duì)本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的進(jìn)一步理解。附圖顯示了【具體實(shí)施方式】并與說(shuō)明書一起解釋了本發(fā)明的原則和概念。針對(duì)附圖，可產(chǎn)生其他實(shí)施方式和許多所說(shuō)明的優(yōu)點(diǎn)。附圖的元件不需要按比例示出。
[0053]在附圖中，相同的、功能上相同的和操作相同的元件、特征和組件用同一個(gè)附圖標(biāo)記表示，另有說(shuō)明的除外。
【具體實(shí)施方式】
[0054]圖1是示出了本發(fā)明的方法的第一通用實(shí)施方式的流程的流程圖。
[0055]本發(fā)明的方法是用于對(duì)時(shí)間相關(guān)的系列數(shù)據(jù)點(diǎn)的過(guò)程進(jìn)行趨勢(shì)預(yù)測(cè)的方法。其假定飛行器的系統(tǒng)，這里尤其是空調(diào)系統(tǒng)，的狀況將由趨勢(shì)預(yù)測(cè)來(lái)確定。此狀況可從空調(diào)系統(tǒng)所生成的空調(diào)系統(tǒng)的振動(dòng)中或可選地也可以從空調(diào)系統(tǒng)的溫度得出。
[0056]在第一步驟SI中，最初提供一個(gè)優(yōu)化決策樹(shù)。下文將參考圖2和圖3更詳細(xì)地描述優(yōu)化決策樹(shù)的生成。將從一系列數(shù)據(jù)點(diǎn)中得出的適當(dāng)選擇的輸入向量輸入到根節(jié)點(diǎn)。決策樹(shù)的節(jié)點(diǎn)表示輸入向量的特性，例如各輸入向量的數(shù)據(jù)點(diǎn)。每個(gè)葉代表外推函數(shù)。
[0057]測(cè)量的數(shù)據(jù)點(diǎn)可用做決策樹(shù)的輸入數(shù)據(jù)，他們也可以同樣的方式用做例如生成特征向量，該特征向量用于生成決策樹(shù)。在這種情況下，也可以適當(dāng)?shù)姆绞筋A(yù)處理決策樹(shù)的輸入數(shù)據(jù)，例如通過(guò)僅用相應(yīng)的、有代表性的輸入數(shù)據(jù)。
[0058]在第二步驟S2中，隨后參考優(yōu)化的決策樹(shù)來(lái)計(jì)算后續(xù)數(shù)據(jù)點(diǎn)。執(zhí)行該計(jì)算，其中輸入向量輸入到?jīng)Q策樹(shù)中，該輸入向量包含時(shí)間相關(guān)的測(cè)量的系列數(shù)據(jù)點(diǎn)或從中得出。從而，決策樹(shù)以自動(dòng)的方式從中確定時(shí)間相關(guān)的測(cè)量的系列數(shù)據(jù)點(diǎn)的最后一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的后續(xù)數(shù)據(jù)點(diǎn)。這樣所計(jì)算出的后續(xù)數(shù)據(jù)點(diǎn)被添加到該時(shí)間相關(guān)的系列數(shù)據(jù)點(diǎn)中，并隨后依次用于在下個(gè)迭代步驟中確定新的輸入向量。就這樣反復(fù)確定進(jìn)一步的將來(lái)的數(shù)據(jù)點(diǎn)。
[0059]圖2是示出了本發(fā)明的方法的第二優(yōu)選實(shí)施方式的流程的流程圖。
[0060]在第一步驟Sll中，起始參數(shù)集被初始生成，用于分析時(shí)間相關(guān)的系列數(shù)據(jù)點(diǎn)。多種對(duì)決策樹(shù)的生成有影響的參數(shù)都可用。典型地，由用戶來(lái)確定參數(shù)。與參數(shù)集相關(guān)聯(lián)的參數(shù)可以是，例如:
[0061]-數(shù)據(jù)系列的長(zhǎng)度，也就是說(shuō)用于趨勢(shì)預(yù)測(cè)的數(shù)據(jù)系列的數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)目；
[0062]-用于趨勢(shì)預(yù)測(cè)的數(shù)據(jù)系列的數(shù)據(jù)點(diǎn)的梯度，例如兩個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)比如首個(gè)和最后一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)或任一其他數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的坡度；
[0063]-用于趨勢(shì)預(yù)測(cè)的數(shù)據(jù)系列的數(shù)據(jù)點(diǎn)的最小/最大值；
[0064]-用于訓(xùn)練決策樹(shù)的系列數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)目；
[0065]-趨勢(shì)預(yù)測(cè)所需的一系列數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)據(jù)系列的長(zhǎng)度；
[0066]-用于分類的決策樹(shù)中所用的外推函數(shù)的數(shù)目和類型。
[0067]在第一步驟Sll中，在起始參數(shù)集中所用的參數(shù)最初是隨意選擇的，例如通過(guò)隨機(jī)設(shè)定各參數(shù)值的方式。使用適合的優(yōu)化算法在隨后將被描述的過(guò)程中優(yōu)化這些參數(shù)。
[0068]在接下來(lái)的步驟S12中，初始提供一個(gè)或多個(gè)系列數(shù)據(jù)點(diǎn)。該系列數(shù)據(jù)點(diǎn)可通過(guò)例如測(cè)量物理測(cè)量值例如本例中的振動(dòng)來(lái)生成。如果所測(cè)量的數(shù)據(jù)信號(hào)可用于時(shí)間連續(xù)的模擬數(shù)據(jù)測(cè)量信號(hào)的形式，則通過(guò)例如采樣數(shù)據(jù)測(cè)量信號(hào)，可以生成用于生成時(shí)間相關(guān)的系列數(shù)據(jù)點(diǎn)的各種數(shù)據(jù)點(diǎn)。因此，由此獲得的數(shù)據(jù)測(cè)量點(diǎn)可用于離散形式。
[0069]在后續(xù)步驟S13中，對(duì)由此生成的時(shí)間連續(xù)的數(shù)據(jù)點(diǎn)與來(lái)自步驟Sll中提供的參數(shù)集的最初的、隨機(jī)參數(shù)值一起進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。在該數(shù)據(jù)分析中，執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)下述分析步驟:
[0070]可以初始選擇確定的、時(shí)間連續(xù)的系列數(shù)據(jù)點(diǎn)的任意時(shí)間周期(下文中也稱為數(shù)據(jù)周期)。然而，該任意的時(shí)間周期應(yīng)具有已定義的長(zhǎng)度，在此長(zhǎng)度內(nèi)提供了預(yù)定數(shù)量的數(shù)據(jù)點(diǎn)。從測(cè)量數(shù)據(jù)信號(hào)的這樣選擇的數(shù)據(jù)周期中計(jì)算出插值函數(shù)。最初，插值函數(shù)可以是任意函數(shù)。然而通常插值函數(shù)被計(jì)算為與所選擇的數(shù)據(jù)周期的過(guò)程大致對(duì)應(yīng)的類型。該插值函數(shù)定義了所選擇的數(shù)據(jù)周期的分類，其稍后用于在決策樹(shù)的生成中確定外推函數(shù)。
[0071]另外或替代地，可想到的是，在所選的數(shù)據(jù)周期的開(kāi)始和結(jié)束，將移除預(yù)定數(shù)目的數(shù)據(jù)點(diǎn)。這樣得到的數(shù)據(jù)周期隨后將被進(jìn)一步處理并評(píng)估，例如使用已知的機(jī)制?？上氲降氖?，例如，除計(jì)算插值函數(shù)和與最大值和最小值的相對(duì)應(yīng)的分類外，還要計(jì)算梯度等。
[0072]由此確定的系列數(shù)據(jù)點(diǎn)與附加的分類信息一起，也就是說(shuō)與各個(gè)系列數(shù)據(jù)點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的插值函數(shù)，將在后續(xù)步驟S14中與參數(shù)集一起被優(yōu)化。已知的優(yōu)化算法，例如遺傳算法，都可用于此優(yōu)化。
[0073]這類遺傳算法指通過(guò)重復(fù)生成各種建議解能夠解決無(wú)法分析解決的問(wèn)題的算法。在這些重復(fù)的建議解中，也就是說(shuō)優(yōu)化步驟中，他們改變各自的輸入向量并彼此結(jié)合來(lái)得到選擇。用于后續(xù)使用的輸入數(shù)據(jù)的建議解被確定為輸出數(shù)據(jù)，他們與增加的迭代及優(yōu)化一起越來(lái)越符合所規(guī)定的需求。這類遺傳算法屬于啟發(fā)式優(yōu)化方法并被算作進(jìn)化算法。重要的是，遺傳算法被用于一類無(wú)法計(jì)算封閉解或無(wú)法有效計(jì)算封閉解的問(wèn)題。除遺傳算法夕卜，文化基因算法也是可想到的一種優(yōu)化算法。然而，遺傳算法是最簡(jiǎn)單的進(jìn)化優(yōu)化方法，實(shí)施迅速并能適應(yīng)新問(wèn)題。
[0074]通過(guò)每次迭代，生成被稱為的特征向量，其與數(shù)據(jù)周期的數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)地包含插值函數(shù)或者分類信息以及參數(shù)集的相應(yīng)優(yōu)化參數(shù)值。通常，特征向量隨每次迭代和每次優(yōu)化步驟而改變。對(duì)于數(shù)據(jù)周期內(nèi)開(kāi)始處選擇的數(shù)據(jù)點(diǎn)，隨著增加的迭代和優(yōu)化S14被逐步執(zhí)行，，就得到了優(yōu)化的分類信息也就是說(shuō)優(yōu)化的插值函數(shù)和參數(shù)集的優(yōu)化的參數(shù)值。
[0075]執(zhí)行S14的優(yōu)化算法，直到達(dá)到終結(jié)標(biāo)準(zhǔn)。在步驟S15中可提供一個(gè)例子作為終結(jié)標(biāo)準(zhǔn):通過(guò)優(yōu)化所生成的參數(shù)集的參數(shù)和確定的插值函數(shù)已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)定值，例如其值不再變化。也可想到的是，計(jì)算誤差低于某預(yù)定值。一般地，終結(jié)標(biāo)準(zhǔn)也是所用優(yōu)化算法的函數(shù)。例如，在優(yōu)化算法中以最高準(zhǔn)確性為目標(biāo)來(lái)提供終結(jié)標(biāo)準(zhǔn)。如果在優(yōu)化中達(dá)成了最高準(zhǔn)確性，則可決定優(yōu)化的終結(jié)。
[0076]隨后，在步驟S16中以已知的方式生成決策樹(shù)。對(duì)于決策樹(shù)的生成，可使用自身已知的算法例如ID3算法或C4.5算法。對(duì)于決策樹(shù)的生成，使用在步驟S14所生成和優(yōu)化的特征向量，因此也包含了各分類信息和開(kāi)始使用的系列數(shù)據(jù)點(diǎn)的對(duì)應(yīng)參數(shù)值。這樣所生成的決策樹(shù)，其葉包含外推函數(shù)。決策樹(shù)的節(jié)點(diǎn)包含了特征向量的特性，也就是說(shuō)從所要檢驗(yàn)的數(shù)據(jù)周期的數(shù)據(jù)點(diǎn)中得到的信息。
[0077]在后續(xù)方法步驟S17中，可參考學(xué)習(xí)或測(cè)試數(shù)據(jù)來(lái)訓(xùn)練所生成的決策樹(shù)。這樣，所生成的決策樹(shù)將會(huì)進(jìn)一步改善。
[0078]隨后，在步驟S18中執(zhí)行趨勢(shì)預(yù)測(cè)。在趨勢(shì)預(yù)測(cè)中，用到了例如在步驟S17中確定的決策樹(shù)，或在步驟S16中的缺少學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)的決策樹(shù)。在步驟S18中提供系列數(shù)據(jù)點(diǎn)也就是說(shuō)數(shù)據(jù)周期作為決策樹(shù)的輸入向量。
[0079]在前一步驟S19中確定趨勢(shì)預(yù)測(cè)所用的數(shù)據(jù)周期，并且將數(shù)據(jù)周期以適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行預(yù)處理。這樣，可以測(cè)量物理測(cè)量值，例如飛行器的空調(diào)系統(tǒng)所生成的振動(dòng)。從該測(cè)量的數(shù)據(jù)信號(hào)中，每隔一定時(shí)間確定相應(yīng)的數(shù)據(jù)測(cè)量點(diǎn)，該數(shù)據(jù)測(cè)量點(diǎn)用作趨勢(shì)預(yù)測(cè)的輸入信號(hào)。以這種方式確定的預(yù)定數(shù)目的數(shù)據(jù)點(diǎn)形成了用于趨勢(shì)預(yù)測(cè)的決策樹(shù)的輸入向量。
[0080]可以參考圖1中所示的機(jī)制，類似地執(zhí)行步驟S18中的趨勢(shì)預(yù)測(cè)。輸入向量被耦接到趨勢(shì)預(yù)測(cè)的決策樹(shù)中。從這一點(diǎn)開(kāi)始，通過(guò)決策樹(shù)選擇最適合的外推函數(shù)，并用外推函數(shù)來(lái)計(jì)算下一個(gè)數(shù)據(jù)測(cè)量點(diǎn)。這樣計(jì)算和預(yù)測(cè)的數(shù)據(jù)測(cè)量點(diǎn)隨后再次被用做最后一個(gè)數(shù)據(jù)測(cè)量點(diǎn)來(lái)形成新的輸入向量。隨后，在這樣改變的輸入向量的基礎(chǔ)上，以同樣的方式依次確定新的數(shù)據(jù)測(cè)量點(diǎn)。執(zhí)行該過(guò)程直到在步驟S20中終結(jié)標(biāo)準(zhǔn)確定趨勢(shì)預(yù)測(cè)的終結(jié)。
[0081]在步驟S21執(zhí)行對(duì)由此確定的將來(lái)數(shù)據(jù)點(diǎn)的評(píng)估。在評(píng)估方面，可提供確定的數(shù)據(jù)測(cè)量點(diǎn)的值與預(yù)定的閾值相比較的例子。例如，如果一個(gè)或多個(gè)這樣確定的將來(lái)的數(shù)據(jù)測(cè)量點(diǎn)超出(或低于)預(yù)定的閾值，則可得出關(guān)于空調(diào)系統(tǒng)狀況的結(jié)論。具體情況下，例如可以提供確定的將來(lái)振動(dòng)值與預(yù)定的振動(dòng)閾值相比較。如果由趨勢(shì)預(yù)測(cè)確定的將來(lái)振動(dòng)值超出振動(dòng)閾值，則可做出狀況在惡化的結(jié)論，這證明例如空調(diào)系統(tǒng)過(guò)熱。由于已知在哪個(gè)將來(lái)的時(shí)間點(diǎn)上臨界振動(dòng)閾值將被超過(guò)以及由此空調(diào)系統(tǒng)將要發(fā)生過(guò)熱作為附加信息，當(dāng)達(dá)到此狀況時(shí)也可由此獲得信息。這樣，以非常有優(yōu)勢(shì)的方式，可以精確調(diào)整相關(guān)的維護(hù)和維修間隔來(lái)適應(yīng)趨勢(shì)預(yù)測(cè)確定的需求。特別地，可很好地確定何時(shí)需要下一次維護(hù)或維修，例如在下一次飛行器離開(kāi)之前，優(yōu)選地甚至在幾天前。
[0082]圖3是根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的框圖。根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備，這里用附圖標(biāo)記10表示，是用來(lái)確定和評(píng)估飛行器的組件或系統(tǒng)的振動(dòng)的測(cè)量盒。在本實(shí)施方式中，該系統(tǒng)是飛行器的空調(diào)系統(tǒng)11。
[0083]在示例中，根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量盒10被安排成與空調(diào)系統(tǒng)11直接接觸，并且尤其在這種情況下，與空調(diào)系統(tǒng)11的振動(dòng)相關(guān)區(qū)域接觸。本發(fā)明的測(cè)量盒10包括測(cè)量裝置12、存儲(chǔ)器13和計(jì)算與評(píng)估裝置14。在示例中，測(cè)量裝置12被配置成振動(dòng)傳感器。振動(dòng)傳感器12被配置為測(cè)量空調(diào)系統(tǒng)11中與振動(dòng)相關(guān)區(qū)域的振動(dòng)，從而由此以上述方式確定時(shí)間相關(guān)的系列數(shù)據(jù)點(diǎn)。最初可將時(shí)間相關(guān)的系列數(shù)據(jù)點(diǎn)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中。通過(guò)計(jì)算與評(píng)估裝置14來(lái)生成優(yōu)化決策樹(shù)，例如通過(guò)利用參考圖1和圖2所詳細(xì)描述的方法。此外，可由計(jì)算與評(píng)估裝置14并參考所生成并被優(yōu)化的決策樹(shù)來(lái)計(jì)算關(guān)于由測(cè)量裝置12確定的時(shí)間相關(guān)的系列數(shù)據(jù)點(diǎn)的趨勢(shì)預(yù)測(cè)。
[0084]在更進(jìn)一步的實(shí)施方式中，飛行器的系統(tǒng)可以更進(jìn)一步地為飛行器的組件，例如飛行器的電子組件或機(jī)械組件。
[0085]如果飛行器的系統(tǒng)被配置為飛行器的電子組件，則該組件可被配置為例如電機(jī)、其他電子驅(qū)動(dòng)器、電子傳感器、電子控制設(shè)備、飛行器控制的電子組件、座艙電子儀表等。
[0086]在此類實(shí)施方式中，測(cè)量盒10包括測(cè)量裝置12，其被配置為例如傳感器并被配置為測(cè)量各組件所消耗的電流、供電電壓、溫度或其他電參數(shù)值。如果電子組件被配置為電機(jī)，則傳感器12也可被配置為測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)、扭矩等。
[0087]如果飛行器的系統(tǒng)被配置為飛行器的機(jī)械組件，則該組件可被配置為例如電機(jī)、渦輪機(jī)、機(jī)械調(diào)節(jié)構(gòu)件或者飛行器的控制表面，例如方向舵、升降舵、副翼或著陸襟翼等。
[0088]在此類實(shí)施方式中，測(cè)量盒10包括測(cè)量裝置12，其被配置為例如傳感器并被配置為測(cè)量加速度、振動(dòng)、例如平移或轉(zhuǎn)動(dòng)的位移、溫度、壓力等。
[0089]在此類實(shí)施方式中，計(jì)算與評(píng)估裝置14至少具有一個(gè)接口，并通過(guò)該接口計(jì)算與評(píng)估裝置14將來(lái)自測(cè)量裝置12的數(shù)據(jù)記錄下來(lái)。該接口可以是例如模擬的、基于電壓或基于電流的接口。然而，該接口也可被配置為數(shù)字接口，例如SP1、I2C, CAN、LIN接口等。
[0090]在一種實(shí)施方式中，計(jì)算與評(píng)估裝置14被配置為隨機(jī)創(chuàng)建起始參數(shù)集。最終，計(jì)算與評(píng)估裝置14被配置為利用起始參數(shù)集來(lái)生成決策樹(shù)，并參考由測(cè)量裝置12所探測(cè)到的系列測(cè)量值來(lái)優(yōu)化所述決策樹(shù)。為控制決策樹(shù)的質(zhì)量，計(jì)算與評(píng)估裝置14在優(yōu)化決策樹(shù)的過(guò)程中利用來(lái)自系列測(cè)量值的測(cè)量值。這樣，例如與位于系列測(cè)量值的開(kāi)始階段的一定量的測(cè)量值一起來(lái)優(yōu)化決策樹(shù)。為了查驗(yàn)決策樹(shù)的質(zhì)量，可在該決策樹(shù)的基礎(chǔ)上計(jì)算將來(lái)的測(cè)量值，并與系列測(cè)量值中所包含的進(jìn)一步的測(cè)量值進(jìn)行比較。在一種實(shí)施方式中，所計(jì)算的將來(lái)的測(cè)量值和系列測(cè)量值中的進(jìn)一步的測(cè)量值之間的最大偏差被預(yù)先確定。如果實(shí)際偏差低于此預(yù)先確定的閾值，則認(rèn)為決策樹(shù)已被充分優(yōu)化。
[0091]為了監(jiān)視飛行器的組件，計(jì)算與評(píng)估裝置14持續(xù)地檢測(cè)來(lái)自至少一個(gè)測(cè)量裝置12的測(cè)量值并從這些測(cè)量值中創(chuàng)建測(cè)量系列。這樣，測(cè)量系列的長(zhǎng)度可為預(yù)定的或可變的。在一種實(shí)施方式中，隨后該測(cè)量系列被直接用作決策樹(shù)的輸入向量。在更進(jìn)一步的實(shí)施方式中，計(jì)算與評(píng)估裝置14可從測(cè)量系列中提取該測(cè)量系列的某些特征，例如測(cè)量系列的長(zhǎng)度、測(cè)量序列的至少兩個(gè)點(diǎn)之間的梯度、最小值或最大值等，并將這些所提取的特征作為決策樹(shù)的輸入向量。
[0092]因此，計(jì)算與評(píng)估裝置14貫穿了決策樹(shù)，其給出用于計(jì)算測(cè)量系列的將來(lái)值的外推函數(shù)。
[0093]計(jì)算與評(píng)估裝置14利用外推函數(shù)計(jì)算測(cè)量系列的將來(lái)值。
[0094]在一種實(shí)施方式中，計(jì)算與評(píng)估裝置14由此比較這些測(cè)量系列的將來(lái)值與預(yù)定閾值。在這種情況下，閾值預(yù)先確定，例如最高溫度、最高電壓、最大電流、最大振動(dòng)等。在一種實(shí)施方式中，如果測(cè)量系列的將來(lái)值之一超出該預(yù)定閾值，則計(jì)算與評(píng)估裝置14可將該信息和所估計(jì)的現(xiàn)實(shí)中閾值被超出的時(shí)間點(diǎn)輸出給例如飛行器的診斷系統(tǒng)。
[0095]盡管本發(fā)明已經(jīng)結(jié)合優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行了充分描述，但其并未限制于此，而是能夠以多種不同的方式進(jìn)行修改。
[0096]本發(fā)明不必限于應(yīng)用在飛行器或航空器中，盡管本發(fā)明尤其優(yōu)選地適用于客機(jī)。尤其是，對(duì)于為了有效利用著陸與離開(kāi)之間的短暫的固定時(shí)間來(lái)進(jìn)行維護(hù)和安裝工作的地方，本發(fā)明尤其有益。然而，不需要說(shuō)明的是，本發(fā)明也可用于其它應(yīng)用，例如輪船、汽車、鐵路等。尤其是，本發(fā)明也更優(yōu)選地適用于汽車工程應(yīng)用。
[0097]此外，本發(fā)明不是僅在從振動(dòng)測(cè)量確定的數(shù)據(jù)點(diǎn)中的趨勢(shì)預(yù)測(cè)用到。除了溫度外，正如已經(jīng)提到的，其它測(cè)量參數(shù)例如溫度或聲振蕩(聲音)等也是可有利地用于趨勢(shì)預(yù)測(cè)的
物理量。
[0098]除了上述用于生成決策樹(shù)或用于數(shù)據(jù)優(yōu)化的算法外，其它算法也很自然地有利用優(yōu)勢(shì)。
[0099]此外，不需要說(shuō)明的是，所提供的數(shù)值僅僅用于提高明晰度，然而本發(fā)明并不受限于此。
[0100]也不需要說(shuō)明的是，在上述實(shí)施方式中，僅描述了優(yōu)選的實(shí)施方式，然而其可以多種方式被改變或修改。例如，也可想到的是從上述參考附圖2的趨勢(shì)預(yù)測(cè)方法中省略各種方法步驟，例如終結(jié)條件或終結(jié)步驟、學(xué)習(xí)或訓(xùn)練步驟等，或者向所述方法中添加更多的方法步驟。
[0101]附圖標(biāo)記的列表
[0102]10:根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備，測(cè)量盒；
[0103]11:要被檢驗(yàn)的組件或系統(tǒng)，空調(diào)系統(tǒng)；
[0104]12:測(cè)量裝置，振動(dòng)傳感器；
[0105]13:存儲(chǔ)器
[0106]14:計(jì)算與評(píng)估裝置
[0107]SI，S2:方法步驟
[0108]S10-S21:方法步驟
【權(quán)利要求】
1.一種用于預(yù)測(cè)組件或系統(tǒng)(11)的狀況的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法，特別用于飛行器或航空器，通過(guò)對(duì)由測(cè)量在組件或系統(tǒng)(11)處確定的時(shí)間相關(guān)的系列數(shù)據(jù)點(diǎn)的過(guò)程進(jìn)行趨勢(shì)預(yù)測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)，包括如下步驟: 提供優(yōu)化的決策樹(shù)(Si)，所述決策樹(shù)的輸入節(jié)點(diǎn)用于輸入輸入向量，所述決策樹(shù)的節(jié)點(diǎn)包含各個(gè)輸入向量的屬性，并且所述決策樹(shù)的每個(gè)葉都包含用于趨勢(shì)預(yù)測(cè)的外推函數(shù)； 通過(guò)輸入向量和決策樹(shù)迭代計(jì)算(S2)將來(lái)的數(shù)據(jù)點(diǎn)，其中輸入向量源自時(shí)間相關(guān)的系列數(shù)據(jù)點(diǎn)，并且所述決策樹(shù)以自動(dòng)方式從輸入向量計(jì)算所述時(shí)間相關(guān)的系列數(shù)據(jù)點(diǎn)的最后一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的后續(xù)數(shù)據(jù)點(diǎn)，所計(jì)算出的后續(xù)數(shù)據(jù)點(diǎn)被添加到所述時(shí)間相關(guān)的系列數(shù)據(jù)點(diǎn)中，以用于形成下一個(gè)迭代步驟的新的輸入向量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于， 在所述迭代計(jì)算(S2 )之前初始地提供至少一個(gè)輸入向量，所述至少一個(gè)輸入向量源自預(yù)定長(zhǎng)度的時(shí)間相關(guān)的系列數(shù)據(jù)點(diǎn)，所述數(shù)據(jù)點(diǎn)代表所述組件或系統(tǒng)的測(cè)量的物理值。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于: 在迭代計(jì)算(S2)過(guò)程中，每次新計(jì)算出的數(shù)據(jù)點(diǎn)被添加到所述時(shí)間相關(guān)的系列數(shù)據(jù)點(diǎn)中時(shí)，移除最早的數(shù)據(jù)點(diǎn)。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于， 在預(yù)定數(shù)目的迭代步驟之后和/或在計(jì)算后續(xù)數(shù)據(jù)點(diǎn)的過(guò)程中確定的誤差超出預(yù)定閾值時(shí)，新數(shù)據(jù)點(diǎn)的迭代 計(jì)算(S2)過(guò)程終止。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于， 在迭代計(jì)算(S2)后續(xù)數(shù)據(jù)點(diǎn)的過(guò)程中，所述決策樹(shù)的該類型的外推函數(shù)被用于新計(jì)算出的數(shù)據(jù)點(diǎn)，該新計(jì)算出的數(shù)據(jù)點(diǎn)具有與使用的輸入向量相關(guān)的最高值。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于， 迭代計(jì)算(S2)后，執(zhí)行對(duì)確定的后續(xù)數(shù)據(jù)點(diǎn)的評(píng)估，尤其是通過(guò)將所述確定的后續(xù)數(shù)據(jù)點(diǎn)與臨界閾值進(jìn)行比較。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于， 測(cè)量所述組件或系統(tǒng)的溫度和/或所述組件或系統(tǒng)所產(chǎn)生的振蕩作為物理參數(shù)，所述系統(tǒng)尤其指飛行器或航空器內(nèi)的空調(diào)系統(tǒng)。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于， 對(duì)于所述提供優(yōu)化的決策樹(shù)(SI)，初始計(jì)算特征向量，所述特征向量是通過(guò)訓(xùn)練數(shù)據(jù)和參數(shù)集而確定的。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于， 所述參數(shù)集優(yōu)選地包含用于創(chuàng)建決策樹(shù)所需類型的參數(shù)，并且尤其包含以下參數(shù)中至少一個(gè): -用于趨勢(shì)預(yù)測(cè)的系列數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)目； -用于趨勢(shì)預(yù)測(cè)的系列數(shù)據(jù)的梯度計(jì)算； -用于趨勢(shì)預(yù)測(cè)的系列數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)點(diǎn)的最小值和最大值的計(jì)算；以及 -系列數(shù)據(jù)的可用的外推函數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的方法，其特征在于， 測(cè)量所述組件或系統(tǒng)的物理值來(lái)提供所述訓(xùn)練數(shù)據(jù)，并且通過(guò)采樣從這樣確定的數(shù)據(jù)信號(hào)生成預(yù)定數(shù)目的數(shù)據(jù)點(diǎn)，這些數(shù)據(jù)點(diǎn)形成所述時(shí)間相關(guān)的系列數(shù)據(jù)點(diǎn)。
11.根據(jù)權(quán)利要求8到10中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于， 在開(kāi)始時(shí)確定用于參數(shù)集的隨機(jī)值，并且其中使用所述訓(xùn)練數(shù)據(jù)和所述參數(shù)集，迭代計(jì)算增加優(yōu)化的特征向量和決策樹(shù)，直到優(yōu)化的決策樹(shù)的誤差低于預(yù)定的閾值為止。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于， 利用ID3算法或C4.5算法計(jì)算所述決策樹(shù)，在優(yōu)化所述參數(shù)集以確定所述決策樹(shù)的情況下優(yōu)化的特征向量被提供作為輸入向量。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于， 除了各自計(jì)算的將來(lái)的數(shù)據(jù)點(diǎn)外，在將來(lái)的數(shù)據(jù)點(diǎn)的迭代計(jì)算(S2)過(guò)程中，也會(huì)計(jì)算誤差值，以示出計(jì)算的數(shù)據(jù)點(diǎn)偏離最優(yōu)值多遠(yuǎn)。
14.一種用于預(yù)測(cè)組件或系統(tǒng)(11)的狀況的設(shè)備，特別用于飛行器或航空器，尤其是利用了根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，包括: 測(cè)量裝置(12)，配置為測(cè)量所述組件或系統(tǒng)的物理測(cè)量值來(lái)生成時(shí)間相關(guān)的系列數(shù)據(jù)占.存儲(chǔ)器(13)，其中存儲(chǔ)至少一個(gè)時(shí)間相關(guān)的系列數(shù)據(jù)點(diǎn)；和 計(jì)算和評(píng)估裝置(14)，配置為根據(jù)所述至少一個(gè)時(shí)間相關(guān)的系列數(shù)據(jù)點(diǎn)來(lái)生成優(yōu)化的決策樹(shù)并根據(jù)由此生成的決策樹(shù)來(lái)執(zhí)行趨勢(shì)預(yù)測(cè)。
15.一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其中存儲(chǔ)有被配置為執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1到13中任一項(xiàng)所述的方法的計(jì)算機(jī)程序。
【文檔編號(hào)】G05B23/02GK103649858SQ201280026663
【公開(kāi)日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2012年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月31日
【發(fā)明者】伯恩哈德·蘭德拉特, 邁克·格德斯, 迪特爾·舍爾茨 申請(qǐng)人:空中客車運(yùn)營(yíng)有限公司