本申請(qǐng)涉及一種機(jī)械制造設(shè)備切削狀態(tài)辨識(shí)與數(shù)據(jù)處理方法，屬于工業(yè)4.0前端的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集和智能信息系統(tǒng)構(gòu)建、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中的數(shù)據(jù)挖掘與數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

機(jī)械制造業(yè)是工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，其在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中具有至關(guān)重要的作用和地位。機(jī)械制造涉及到的機(jī)床設(shè)備種類繁多、型號(hào)系列眾多、設(shè)備功能差異很大、機(jī)械制造設(shè)備相對(duì)其他工業(yè)設(shè)備比較而言相對(duì)價(jià)值昂貴。同時(shí)機(jī)械制造設(shè)備又不同于其他設(shè)備，一方面機(jī)床功能比較集中，即在某一特定的設(shè)備上可以完成特定的功能作用，且隨著科技的快速發(fā)展，機(jī)床設(shè)備的功能越來(lái)越復(fù)雜、自動(dòng)化程度也越來(lái)越高；但另一方面，機(jī)床設(shè)備又嚴(yán)重依賴于操作人員，且其工藝隨著被加工產(chǎn)品的差異性變化而較大的變化，比如加工水泵鑄鐵類葉輪和加工硬質(zhì)合金高精密沖壓模具凹模零件的制造工藝就相差極多。制造工藝的差異帶來(lái)生產(chǎn)效率的差異，進(jìn)而在產(chǎn)品成本上表現(xiàn)出極大的不同，最終影響使用者——機(jī)械設(shè)備使用公司的經(jīng)濟(jì)效益。

一般來(lái)說(shuō)機(jī)械制造設(shè)備的工作狀態(tài)可按圖1分為有效切削加工狀態(tài)101和非切削加工狀態(tài)102，而非切削加工狀態(tài)又可按照此過(guò)程對(duì)切削加工過(guò)程的重要性或影響程度分為必要輔助過(guò)程和非必要輔助過(guò)程。具體地可按照?qǐng)D2細(xì)分為多個(gè)組成部分。把機(jī)床狀態(tài)細(xì)分出來(lái)，且將其歷史狀態(tài)進(jìn)行匯總分析，有助于設(shè)備所有者或者公司高層對(duì)設(shè)備使用狀況、生產(chǎn)運(yùn)行狀況、資源利用率、人工時(shí)效等進(jìn)行細(xì)化分析，有利于公司開(kāi)展精細(xì)化管理，為進(jìn)一步的優(yōu)化決策提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支撐。

對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行辨識(shí)，首當(dāng)其沖地是要實(shí)時(shí)獲取充足的數(shù)據(jù)?，F(xiàn)階段提取設(shè)備數(shù)據(jù)或信息的主流方法大致分為兩類，一方面是通過(guò)opc等協(xié)議平臺(tái)提取現(xiàn)有設(shè)備控制系統(tǒng)里的數(shù)據(jù)并加以改造，以確定設(shè)備狀態(tài)。這類方法的優(yōu)勢(shì)是可以實(shí)時(shí)掌控較全的數(shù)據(jù)源，但這類方法獲取的數(shù)據(jù)來(lái)源對(duì)象單一，對(duì)諸如普通機(jī)床沒(méi)有數(shù)值控制系統(tǒng)的，使用該方法則無(wú)法提取數(shù)據(jù)。另一方面是在設(shè)備上自行布置傳感檢測(cè)系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)。自建傳感系統(tǒng)又分為三種情況，一是在運(yùn)動(dòng)部位布置力學(xué)傳感器提取機(jī)床系統(tǒng)受力信號(hào)，第二種是在動(dòng)力器件附近布置電流電磁類傳感器提取電信號(hào)。上述兩類傳感器獲取單一的信號(hào)源，之后再擬合出特定的映射規(guī)律曲線，以力學(xué)或電學(xué)信號(hào)推演其他所需信號(hào)。第三種布置傳感器的方法是在機(jī)床的適當(dāng)位置按照所需信號(hào)特征布置相應(yīng)類別的傳感器，這樣可以提取出包括力學(xué)、電學(xué)、速度、位置、頻率、溫度、流量等等信息。

信號(hào)來(lái)源越多樣化，可以確保精確辨識(shí)目標(biāo)狀態(tài)所需的數(shù)據(jù)的全面性。但不同來(lái)源的數(shù)據(jù)因?yàn)閿?shù)據(jù)源自身的特點(diǎn)會(huì)存在較大的差異，比如在信號(hào)特征、非線性轉(zhuǎn)換關(guān)系、幅值、頻率、形態(tài)、分布等等方面存在差異。所有的數(shù)據(jù)必須被預(yù)先處理成目標(biāo)函數(shù)可以認(rèn)可的統(tǒng)一規(guī)范形式才能被目標(biāo)函數(shù)所使用、才能被調(diào)入算法程序所使用的數(shù)據(jù)庫(kù)。所以對(duì)于機(jī)械制造類機(jī)床設(shè)備狀態(tài)辨識(shí)，一方面需要構(gòu)建合適的辨識(shí)方法與流程，另一方面需要建立完善的數(shù)據(jù)源且對(duì)各數(shù)據(jù)進(jìn)行形式統(tǒng)一的規(guī)范化預(yù)處理。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種機(jī)械制造設(shè)備切削狀態(tài)辨識(shí)與數(shù)據(jù)處理方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

本申請(qǐng)實(shí)施例公開(kāi)一種機(jī)械制造設(shè)備切削狀態(tài)辨識(shí)與數(shù)據(jù)處理方法，以區(qū)分出切削加工與非切削加工狀態(tài)，包括：

s1、匯集切削加工過(guò)程中的切削數(shù)據(jù)，形成數(shù)據(jù)庫(kù)；

s2、從數(shù)據(jù)庫(kù)里提取數(shù)據(jù)，如果該參數(shù)第一次出現(xiàn)，對(duì)其進(jìn)行特性分析，并在類域上做劃分，將其劃入基參數(shù)群或非基參數(shù)群，之后將類域度量區(qū)分后的參數(shù)存入?yún)?shù)分類庫(kù)的對(duì)應(yīng)位置，再調(diào)集此類數(shù)據(jù)時(shí)，直接從參數(shù)分類庫(kù)里調(diào)??；

s3、構(gòu)建參數(shù)的權(quán)重配比，并將結(jié)果存入?yún)?shù)權(quán)重庫(kù)中，如果某參數(shù)已做過(guò)類域劃分及獲得權(quán)重配比，且存入在參數(shù)權(quán)重庫(kù)里，則直接從庫(kù)里調(diào)用該類信息；

s4、時(shí)間域歸一化修正，使得進(jìn)行過(guò)類域劃分的參數(shù)在時(shí)間軸上的分布序列均勻一致；

s5、可對(duì)每類數(shù)據(jù)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移進(jìn)行預(yù)估，該預(yù)估值和數(shù)據(jù)庫(kù)里的實(shí)際值進(jìn)行比較獲得糾正系數(shù)。

優(yōu)選的，在上述的機(jī)械制造設(shè)備切削狀態(tài)辨識(shí)方法中，所述切削數(shù)據(jù)的來(lái)源包括機(jī)械制造設(shè)備控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)、和/或傳感網(wǎng)絡(luò)直接獲取的數(shù)據(jù)。

優(yōu)選的，在上述的機(jī)械制造設(shè)備切削狀態(tài)辨識(shí)方法中，利用式(3)、式(6)、(7)、(8)、(9)預(yù)先擬合切削狀態(tài)和各軸受力狀況之間的規(guī)律曲線，再將受力狀況和傳感器采集到的電信號(hào)參數(shù)之間構(gòu)建對(duì)應(yīng)的映射關(guān)系，使得參數(shù)分類庫(kù)中的參量f包含機(jī)械設(shè)備各軸狀態(tài)信息：

fc＝kc·ap·f＝kc·hd·bd(9)

式中ad、ap、f、hd、bd、ke、fc、kc、為修正系數(shù)。切削力修正系數(shù)有三個(gè)，分別代表主切削力修正系數(shù)、背向力修正系數(shù)和進(jìn)給力修正系數(shù)。另外在各切削分力上還有修正系數(shù)和修正系數(shù)是指在數(shù)據(jù)計(jì)算、公式表達(dá)等由于理想和現(xiàn)實(shí)、現(xiàn)實(shí)和調(diào)查等產(chǎn)生偏差時(shí)，為了使其盡可能的體現(xiàn)真實(shí)性能對(duì)計(jì)算公式進(jìn)行處理而加的系數(shù)。

優(yōu)選的，在上述的機(jī)械制造設(shè)備切削狀態(tài)辨識(shí)方法中，步驟s4中，時(shí)間域歸一化修正滿足：

(1)、使得相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)一地、齊步在某一時(shí)刻點(diǎn)；

(2)、各類數(shù)據(jù)在時(shí)間軸上的分布也要同步、同距。

優(yōu)選的，在上述的機(jī)械制造設(shè)備切削狀態(tài)辨識(shí)方法中，時(shí)間域歸一化修正包括對(duì)基參量進(jìn)行格式統(tǒng)一和對(duì)非基參量進(jìn)行調(diào)整。

優(yōu)選的，在上述的機(jī)械制造設(shè)備切削狀態(tài)辨識(shí)方法中，所述非基參量進(jìn)行調(diào)整包括：依據(jù)基參量的時(shí)間分布特征對(duì)非基參量進(jìn)行刪減調(diào)節(jié)；對(duì)非基參量首尾空缺位置進(jìn)行數(shù)值插補(bǔ)；對(duì)非基參量序列中間部分空缺數(shù)值進(jìn)行插補(bǔ)修正。

優(yōu)選的，在上述的機(jī)械制造設(shè)備切削狀態(tài)辨識(shí)方法中，所述基參數(shù)群里的參數(shù)時(shí)間域需做統(tǒng)一處理：對(duì)基參數(shù)群里的數(shù)組，按照權(quán)重做遞減排序，將權(quán)重最大的基參量作為第一基參數(shù)，群里的其他參數(shù)組在特定時(shí)間域內(nèi)的值與第一基參數(shù)做排列比較，即將基參量組之間做與運(yùn)算且賦值，或者說(shuō)當(dāng)兩個(gè)基參數(shù)在時(shí)間序列上分布不一致時(shí)，采取交叉式剔除的方法刪去對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)。

優(yōu)選的，在上述的機(jī)械制造設(shè)備切削狀態(tài)辨識(shí)方法中，處理非基參量時(shí)間域歸一化方法包括：

(1)、對(duì)于非基參數(shù)組，在其任意段落的連續(xù)空缺第一位處標(biāo)注為i，從i+1到該區(qū)間最后一個(gè)空位之間的空缺數(shù)量用k表示，即該區(qū)間空缺數(shù)量為k+1，最后一個(gè)空缺位表示為i+k；

(2)、先將第一基參數(shù)空缺處對(duì)應(yīng)的非基參數(shù)組有數(shù)據(jù)的標(biāo)注出來(lái)，之后對(duì)非基參數(shù)組進(jìn)行與邏輯運(yùn)算且賦值；

(3)、對(duì)于前后端有非基參數(shù)的情況按式(13)～(16)對(duì)第一空缺位進(jìn)行插補(bǔ)修正：

ti+k-ti＝δt(14)

xa(i-1)為參量a在時(shí)間序列位置i的前一刻數(shù)值，xa(i+k+1)是參量a在時(shí)間序列位置i+k的后一刻數(shù)值，xci，xc(i+k)，xc(i-1)和xc(i+k+1)表示參量c類似于a上述的意義，γ是對(duì)工藝過(guò)程實(shí)時(shí)自適應(yīng)訓(xùn)練測(cè)算獲得的現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)經(jīng)驗(yàn)值，xγ是對(duì)特定修正區(qū)間內(nèi)缺位值進(jìn)行修正所預(yù)設(shè)的加權(quán)調(diào)節(jié)系數(shù)，ti表示i位置的時(shí)刻點(diǎn)，ti+k表示i+k位置的時(shí)刻點(diǎn)，δt表示位置i到i+k之間的時(shí)間跨度。

修補(bǔ)位xci的值替代公式(12)里的參數(shù)xci-1，繼續(xù)利用公式(15)進(jìn)行插補(bǔ)，修正該區(qū)域內(nèi)的第二個(gè)空缺位，如果空缺位出現(xiàn)在非基參數(shù)組的首末端,，只有一端存在有效數(shù)值的情況下，按照公式(17)～(18)對(duì)空缺位進(jìn)行插補(bǔ)修正：

優(yōu)選的，在上述的機(jī)械制造設(shè)備切削狀態(tài)辨識(shí)方法中，所述切削數(shù)據(jù)全部以數(shù)字量存儲(chǔ)于所述數(shù)據(jù)庫(kù)中。

優(yōu)選的，在上述的機(jī)械制造設(shè)備切削狀態(tài)辨識(shí)方法中，步驟s5中，利用貝葉斯公式對(duì)每類數(shù)據(jù)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移進(jìn)行預(yù)估。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本申請(qǐng)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本申請(qǐng)中記載的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明具體實(shí)施例中的機(jī)械加工類機(jī)床設(shè)備狀態(tài)一級(jí)辨識(shí)目標(biāo)方框圖；

圖2是本發(fā)明具體實(shí)施例中的機(jī)械加工類機(jī)床設(shè)備非切削加工狀態(tài)二級(jí)辨識(shí)目標(biāo)方框圖；

圖3a是本發(fā)明具體實(shí)施例中的機(jī)床狀態(tài)辨識(shí)方法流程的數(shù)據(jù)處理部分流程圖；

圖3b是本發(fā)明具體實(shí)施例中的機(jī)床狀態(tài)辨識(shí)方法流程的后道搜索與算法處理部分流程圖；

圖4是本發(fā)明具體實(shí)施例中的機(jī)床狀態(tài)辨識(shí)方法流程的觸發(fā)選項(xiàng)部分流程圖；

圖5是機(jī)床狀態(tài)識(shí)別基參數(shù)群間的時(shí)間序列分布差異示例；

圖6是機(jī)床狀態(tài)識(shí)別基參數(shù)群間的時(shí)間序列分布差異歸一化過(guò)程示意；

圖7是本發(fā)明的機(jī)床狀態(tài)辨識(shí)涉及參量群時(shí)間序列差異性劃分標(biāo)識(shí)方法；

圖8是本發(fā)明具體實(shí)施例中機(jī)床狀態(tài)識(shí)別非基參數(shù)和基參數(shù)間的時(shí)間序列分布差異示例圖；

圖9是本發(fā)明具體實(shí)施例中機(jī)床狀態(tài)識(shí)別非基參數(shù)群間的時(shí)間序列分布差異歸一化過(guò)程示意圖；

圖10是本發(fā)明具體實(shí)施例中的機(jī)床狀態(tài)辨識(shí)方法非基參數(shù)修正位置確定示意圖；

圖11是本發(fā)明具體實(shí)施例中的機(jī)床狀態(tài)辨識(shí)方法非基參數(shù)修正順序示意圖；

圖12a是本發(fā)明具體實(shí)施例中的機(jī)床狀態(tài)辨識(shí)方法非基參數(shù)首部插值修正示意圖；

圖12b是本發(fā)明具體實(shí)施例中的機(jī)床狀態(tài)辨識(shí)方法非基參數(shù)尾部插值修正示意圖。

具體實(shí)施方式

本案提出了一種機(jī)械加工設(shè)備狀態(tài)辨識(shí)目標(biāo)架構(gòu)，在針對(duì)切削加工狀態(tài)與非切削加工狀態(tài)的識(shí)別目標(biāo)基礎(chǔ)上，建立了一種狀態(tài)識(shí)別方法，并對(duì)該方法所涉及到的眾多數(shù)據(jù)給出一套預(yù)處理方案。主要包括以下內(nèi)容：

匯集現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)到數(shù)據(jù)庫(kù)，系統(tǒng)啟動(dòng)之初，系統(tǒng)默認(rèn)提取公司全部設(shè)備在前24小時(shí)的時(shí)間段內(nèi)處于切削加工狀態(tài)的時(shí)間累計(jì)，之后以界面選項(xiàng)點(diǎn)擊的方式觸發(fā)系統(tǒng)篩選指定區(qū)域內(nèi)的機(jī)械加工設(shè)備在特定時(shí)間段內(nèi)的切削加工利用率。

從數(shù)據(jù)庫(kù)里提取數(shù)據(jù)，如果該參數(shù)第一次出現(xiàn)，那么按照特定規(guī)則與算法對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)的物理現(xiàn)實(shí)屬性進(jìn)行預(yù)判，初步將所有數(shù)據(jù)分為基參數(shù)群或非基參數(shù)群。

之后再按照選項(xiàng)指定的辨識(shí)目標(biāo)與參數(shù)的關(guān)聯(lián)性、參數(shù)在設(shè)備上的來(lái)源處、參數(shù)蘊(yùn)含的工藝特征等構(gòu)建參數(shù)的權(quán)重配比。如果某參數(shù)已做過(guò)類域劃分及獲得權(quán)重比，且存入在相應(yīng)的系數(shù)庫(kù)里，那么可以直接從庫(kù)里調(diào)用該類信息并入后繼的算法里去。進(jìn)行過(guò)類域劃分的參數(shù)在時(shí)間軸上的分布序列并不均勻一致，需要按照特定的方法進(jìn)行歸一化修正。

本案方法分別對(duì)基參數(shù)群給出了調(diào)整法則，且對(duì)非基參數(shù)群不僅給出了調(diào)整法則，而且對(duì)其首末端及中間端空缺位給出了數(shù)據(jù)插補(bǔ)方法?；鶇?shù)群對(duì)機(jī)械加工設(shè)備是否處于切削狀態(tài)至關(guān)重要，如果對(duì)特定設(shè)備而言，若該群不完備，則維持現(xiàn)有狀態(tài)信息不變，跳轉(zhuǎn)到待觸發(fā)界面，等待新的觸發(fā)啟動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行。如果基參數(shù)群完備，那么要估算各非基參數(shù)之間的重疊度，避免其反復(fù)對(duì)辨識(shí)目標(biāo)產(chǎn)生重復(fù)性影響，從而使得辨識(shí)過(guò)程和目標(biāo)結(jié)果失真?？梢杂脕?lái)估算參數(shù)間重疊度的方法很多，這里不做細(xì)述。

本案方法設(shè)定各參數(shù)具有馬爾可夫性質(zhì)，所以各參數(shù)下一步的狀態(tài)值可以按照一定的規(guī)則預(yù)估。之后再按照系統(tǒng)選項(xiàng)確定的時(shí)間和空間搜索目標(biāo)調(diào)用相應(yīng)子程序進(jìn)行搜索。最終獲得的指定設(shè)備在特定時(shí)間段內(nèi)的切削時(shí)間累計(jì)(或有效利用率)一方面輸出到屏幕等界面終端顯示，一方面將這些數(shù)據(jù)輸入結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)，以備下次查詢調(diào)用，而無(wú)需再次運(yùn)行全系統(tǒng)，避免了資源額外的耗費(fèi)。

以機(jī)械加工類設(shè)備(諸如車床、銑床、磨床、鏜床、edm、pg、加工中心cnc、普通機(jī)床等等)為目標(biāo)對(duì)象，該類設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)分為兩個(gè)層次，第一層次是切削加工與非切削加工p(c)；第二層次是對(duì)非切削加工狀態(tài)做進(jìn)一步的細(xì)分，具體為待機(jī)、待料、關(guān)機(jī)、停機(jī)、故障、保養(yǎng)、熱機(jī)、測(cè)量、清理、裝夾、調(diào)整更換工裝等等設(shè)備狀態(tài)p是軸系狀態(tài)空間θ，及其他各順序動(dòng)作量ζ的函數(shù)，p(ζ，θ(1，2，3，4…)),(ζ，θ)∈r，θ和ζ取值范圍在實(shí)數(shù)空間內(nèi)。本案關(guān)注的是以區(qū)分出切削加工狀態(tài)為主要目標(biāo)。

整套辨識(shí)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來(lái)源依賴于具體設(shè)備功能、類別、數(shù)量等等特征，匯集本系統(tǒng)所需的全部數(shù)據(jù)：

p(ζ,θ(…))＝{(a(a,t),b(b,t)…y(y,t))}，(a、b…、y)∈v(1)

a、b…y為參數(shù)類型，數(shù)組a(a，t)為時(shí)間t點(diǎn)上的參數(shù)a對(duì)應(yīng)的數(shù)值a序列，在一個(gè)頻率為f采樣數(shù)為m采樣周期內(nèi)，n個(gè)參數(shù)集合構(gòu)成以下矩陣：

該矩陣中任意參數(shù)均來(lái)自于機(jī)械加工機(jī)床本身，都對(duì)應(yīng)一定的現(xiàn)實(shí)特征與瞬態(tài)具體數(shù)值，如設(shè)參數(shù)b表示主軸電流值，該參變量在空載時(shí)的值為b0，單位切深單位進(jìn)給時(shí)的值為b1，那么在進(jìn)給速率不變的情況下，可以實(shí)測(cè)結(jié)合以下公式擬合出背刀量f和參變量b之間的關(guān)聯(lián)曲線β，對(duì)每個(gè)類似的參變量擬合出對(duì)應(yīng)的曲線，存入系數(shù)庫(kù)以供算法調(diào)用進(jìn)行數(shù)值插補(bǔ)，以確定設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)。

按照上述步驟，將各工藝參數(shù)組匯總制表布置力學(xué)傳感器獲取對(duì)于位置的受力分布參數(shù)組γ，將其與電流傳感器采集的電信號(hào)ρ做擬合曲線存入數(shù)據(jù)庫(kù)。

不論是現(xiàn)場(chǎng)采集的原始數(shù)據(jù)還是經(jīng)上述現(xiàn)實(shí)特征關(guān)聯(lián)處理后的數(shù)據(jù)，因?yàn)閬?lái)源的多樣性，各數(shù)據(jù)在時(shí)間軸上不可能完全同步，而要確定任意時(shí)刻設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，則要對(duì)該時(shí)刻點(diǎn)設(shè)備所呈現(xiàn)上來(lái)的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間域上的歸一化修正處理。該時(shí)間序列值作為隨機(jī)變量處理，且其狀態(tài)只取決于上一瞬態(tài)，而與更遠(yuǎn)的時(shí)刻點(diǎn)無(wú)關(guān)，即具有馬爾可夫性質(zhì)，其取值范圍構(gòu)成的狀態(tài)空間xt，其某一瞬態(tài)值是時(shí)間點(diǎn)t的狀態(tài)，如果x(t+1)對(duì)過(guò)去狀態(tài)的條件概率分布僅是xt的一個(gè)函數(shù)，那么有：

p{xt+1＝x|x1＝x1,x2＝x2…xn＝xn}＝p(xt+1＝x|xn＝xn)(5)

對(duì)于具有上述性質(zhì)的參量組構(gòu)成的形如公式(2)所示的參數(shù)矩陣，按照類似于公式(3)的形式對(duì)各參量進(jìn)行實(shí)質(zhì)特征分析，且將對(duì)辨識(shí)目標(biāo)躍變起到?jīng)Q定性作用的參量作為基參量b，對(duì)機(jī)械加工設(shè)備狀態(tài)辨識(shí)目標(biāo)而言，基參量不止一個(gè)，根據(jù)設(shè)備的類型和功能，有可能多個(gè)。由多個(gè)基參量構(gòu)成了基參量空間b(b1,b2…)。除了基參量以外的其他全部參量則隨著工藝過(guò)程的不同或多或少地起伏變化地對(duì)辨識(shí)目標(biāo)起到影響。

所以，參量在時(shí)間域上的歸一化過(guò)程主體分為兩部分,一是對(duì)基參量進(jìn)行格式統(tǒng)一；其次是對(duì)非基參量進(jìn)行調(diào)整。非基參量的調(diào)整又有三種情況，首先是依據(jù)基參量的時(shí)間分布特征對(duì)非基參量進(jìn)行刪減調(diào)節(jié)；其次是對(duì)非基參量首尾空缺位置進(jìn)行數(shù)值插補(bǔ)；第三是對(duì)非基參量序列中間部分空缺數(shù)值進(jìn)行插補(bǔ)修正。

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本案涉及的數(shù)據(jù)源來(lái)自于多方面，這些數(shù)據(jù)集群可分別單獨(dú)來(lái)自于多種渠道匯多類數(shù)據(jù)庫(kù)匯總到本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)里。比如通過(guò)自建傳感器網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理電路，匯集到分布式i/o模塊，通過(guò)plc等控制系統(tǒng)讀入數(shù)據(jù)庫(kù)；還有的數(shù)據(jù)則通過(guò)系統(tǒng)間通訊的方式，比如cnc到數(shù)據(jù)庫(kù)、plc到數(shù)據(jù)庫(kù)的方式將原系統(tǒng)中的相關(guān)數(shù)據(jù)復(fù)制到本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中；還有的則通過(guò)中間轉(zhuǎn)換端口或平臺(tái)獲取被監(jiān)控系統(tǒng)的部分?jǐn)?shù)據(jù)輸入到本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)里。雖然數(shù)據(jù)采集輸入端面臨的數(shù)據(jù)類型格式各樣，有數(shù)字量、模擬量、開(kāi)關(guān)量；有離散量、連續(xù)量；但最終匯入數(shù)據(jù)庫(kù)的都是數(shù)字量。

面對(duì)來(lái)源渠道各異的數(shù)據(jù)，其在時(shí)間分布上并不均勻一致；所以這些數(shù)據(jù)在一個(gè)時(shí)間區(qū)域內(nèi)的全部數(shù)據(jù)進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)之后，需要按照一定規(guī)則進(jìn)一步地對(duì)這些數(shù)據(jù)在時(shí)間域上做歸一化處理。

如圖1所示，本案以辨識(shí)機(jī)床是否處于有效切削加工狀態(tài)101為目標(biāo)函數(shù)。這需要對(duì)采集參數(shù)進(jìn)行匯總處理得出有別于圖2所示的各種狀態(tài)，比如待機(jī)201、熱機(jī)205、空運(yùn)行206、測(cè)量207、清理209、調(diào)整210等。

進(jìn)一步地，切削加工狀態(tài)101和非切削狀態(tài)的熱機(jī)205與調(diào)整210等之間有著相對(duì)更為緊密的相似性，在狀態(tài)上有較強(qiáng)的相似性，對(duì)此必須確?，F(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集的全面性，否則難以區(qū)分出兩者之間的差異。

本案涉及多個(gè)緩存數(shù)據(jù)庫(kù)，以作中間過(guò)渡轉(zhuǎn)換之用。如果參量a是3111環(huán)節(jié)第一次調(diào)取，需要利用3112模塊對(duì)其開(kāi)展特性分析，在類域上做分區(qū)，將其劃入基參數(shù)群或非基參數(shù)群，之后轉(zhuǎn)入3121將類域度量區(qū)分后的參量存入對(duì)應(yīng)位置，第二次再調(diào)集此類數(shù)據(jù)時(shí)，直接從參數(shù)分類庫(kù)里調(diào)取。

以一個(gè)普通銑床為例，可以利用公式(3)及式(6)～(8)預(yù)先擬合切削狀態(tài)和各軸受力狀況之間的規(guī)律曲線，再將受力狀況和傳感器采集到的電信號(hào)參數(shù)之間構(gòu)建對(duì)應(yīng)的映射關(guān)系。這樣庫(kù)3121里的參量f就包含了詳細(xì)的機(jī)床各軸狀態(tài)信息。

fc＝kc·ap·f＝kc·hd·bd(9)

式中ad、ap、f、hd、bd、ke、fc、kc、為修正系數(shù)。

此外，現(xiàn)場(chǎng)采集、匯總、傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫(kù)里的數(shù)據(jù)是現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械加工設(shè)備某些特征的數(shù)字化反映，代表、指針了機(jī)械加工設(shè)備的一些具有特定意義的特性，比如設(shè)備的機(jī)械性能、力學(xué)性能、電學(xué)特性、工藝特性等等。如果拋開(kāi)數(shù)據(jù)的這些現(xiàn)實(shí)特性，而只關(guān)注數(shù)據(jù)本身的數(shù)學(xué)特性，將嚴(yán)重壓縮數(shù)據(jù)的很多內(nèi)涵，扭曲甚至忽視數(shù)據(jù)本身所具有的在現(xiàn)實(shí)本質(zhì)性特征。數(shù)據(jù)這些現(xiàn)實(shí)特性一方面在前道上依賴于數(shù)據(jù)所寄存、寄生的環(huán)境；另一方面在后道上依附于數(shù)據(jù)加工時(shí)所面對(duì)的目標(biāo)。

在本案中，目的是對(duì)設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行識(shí)別，對(duì)象是機(jī)械加工類機(jī)床設(shè)備。信號(hào)數(shù)據(jù)采集于機(jī)床設(shè)備之中，用這些數(shù)據(jù)來(lái)判定設(shè)備是否處于切削加工狀態(tài)。所以這里數(shù)據(jù)在現(xiàn)實(shí)機(jī)床設(shè)備和狀態(tài)辨識(shí)結(jié)果之間起到了一個(gè)橋梁作用。對(duì)不同的目標(biāo)，同一個(gè)數(shù)據(jù)所起的貢獻(xiàn)度不一樣。比如對(duì)辨識(shí)是否處于切削加工狀態(tài)而言，機(jī)床主軸運(yùn)轉(zhuǎn)是首當(dāng)其沖的決定性因素，所以其對(duì)目標(biāo)(這里是狀態(tài)辨識(shí))的貢獻(xiàn)度(或者說(shuō)權(quán)重)是100％；而主軸是否運(yùn)轉(zhuǎn)對(duì)測(cè)量類目標(biāo)辨識(shí)來(lái)說(shuō)則可能在10～30％之間，因?yàn)橛行y(cè)量，諸如普通銑床或加工中心主軸對(duì)工作臺(tái)的垂直度校準(zhǔn)，需要旋轉(zhuǎn)主軸，而對(duì)于機(jī)床的重復(fù)定位精度以及工件的在線檢測(cè)而言，則常常無(wú)需主軸運(yùn)轉(zhuǎn)。

綜上所述，為確切辨識(shí)出機(jī)床是否處于切削加工狀態(tài)，在滿足充足數(shù)據(jù)采集量的同時(shí)，還要判別各數(shù)據(jù)變量對(duì)辨識(shí)目標(biāo)的影響權(quán)重、相關(guān)度等。

與上述過(guò)程類似，第一次調(diào)入算法緩存數(shù)據(jù)庫(kù)里的參量需要做其在模型里的權(quán)重配比分析3122，其結(jié)果并入3123，之后調(diào)入的同樣參量則直接從3123里調(diào)取其權(quán)重因子。經(jīng)過(guò)上述兩步過(guò)程處理的數(shù)據(jù)在時(shí)間序列上不會(huì)完全同步，需要做一定處理。

不同于信號(hào)采集和傳輸階段的信號(hào)歸一化處理，那時(shí)的歸一化是把信號(hào)幅值、形態(tài)調(diào)理到符合某些特定協(xié)議規(guī)范的統(tǒng)一范圍內(nèi)，以便于傳輸。

本案里的歸一化是指在時(shí)間域內(nèi)的統(tǒng)一，不同的信號(hào)源采集的數(shù)據(jù)在時(shí)間序列上的分布密度是不一樣的，為確定設(shè)備在某一特定時(shí)刻點(diǎn)的狀態(tài)，在對(duì)數(shù)據(jù)做時(shí)間軸上的歸一化的時(shí)候，有必要做好兩方面工作。一方面，使得相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)一地、齊步在某一時(shí)刻點(diǎn)；另一方面各類數(shù)據(jù)在時(shí)間軸上的分布也要同步、同距。該方法首先要在全部可用的數(shù)據(jù)群里按照現(xiàn)實(shí)特性，比如力學(xué)特性、電學(xué)特性、工藝特性等，選定基準(zhǔn)參數(shù)?；鶞?zhǔn)參數(shù)的選擇原則是對(duì)辨識(shí)目標(biāo)具有決定性影響的、缺一不可的參數(shù)集，可以是一個(gè)參數(shù)，也可以是多個(gè)參數(shù)的集合。如果是單一參數(shù)作為基礎(chǔ)參數(shù)，那么下面的算法時(shí)間松弛域按照基礎(chǔ)參數(shù)標(biāo)定；如果是多個(gè)參數(shù)構(gòu)成的基礎(chǔ)參數(shù)集，那么要提前對(duì)基礎(chǔ)參數(shù)集里的參數(shù)時(shí)間域做統(tǒng)一處理。

對(duì)基參數(shù)群里的數(shù)組，按照權(quán)重做遞減排序，將權(quán)重最大的基參量作為第一基參數(shù)，群里的其他參數(shù)組在特定時(shí)間域內(nèi)的值與第一基參數(shù)做排列比較，如圖5所示，將第一參數(shù)組里對(duì)于數(shù)組501和502，只要有一個(gè)數(shù)組里有空缺的位置都標(biāo)注出來(lái)；之后按照?qǐng)D6規(guī)則處理，即將基參量組之間做與運(yùn)算且賦值：

a＝a∨b(10)

b＝a∨b(11)

或者說(shuō)當(dāng)基參數(shù)xa和xb在時(shí)間序列上分布不一致時(shí)，采取交叉式剔除的方法刪去對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)。比如a數(shù)據(jù)組里在時(shí)域ti～tk里有數(shù)據(jù)的，而參數(shù)b在該時(shí)域里沒(méi)有數(shù)據(jù)，則刪除參數(shù)a在該時(shí)域內(nèi)的數(shù)據(jù)，這樣使得兩組參數(shù)在時(shí)域上對(duì)齊。這樣構(gòu)造后的基參數(shù)集里的所有參數(shù)在時(shí)域上的序列對(duì)應(yīng)一致。

如圖7所示對(duì)于非基參數(shù)組c，在其任意段落的連續(xù)空缺第一位處標(biāo)注為i,從i+1到該區(qū)間最后一個(gè)空位之間的空缺數(shù)量用k表示，即該區(qū)間空缺數(shù)量為k+1，最后一個(gè)空缺位可以表示為i+k。

本案處理非基參量時(shí)間域歸一化方法的第二步如圖8和圖9所示，先將第一基參量空缺處801對(duì)應(yīng)的非基參數(shù)組有數(shù)據(jù)802的標(biāo)注出來(lái)，之后對(duì)非基參數(shù)組進(jìn)行與邏輯運(yùn)算且賦值：

c＝a∨c(12)

得到形如圖10的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，所有數(shù)據(jù)在時(shí)間軸上的分布是以一維矢量排列的，按照本案的歸一化方法，從左到右修正空缺位參數(shù)。對(duì)于圖10所示區(qū)域段內(nèi)有1和2兩個(gè)位置參數(shù)空缺1001和1002，對(duì)于這類前后端有非基參數(shù)的情況可按下述公式對(duì)第一空缺位進(jìn)行插補(bǔ)修正。

ti+k-ti＝δt(14)

修正完畢后的形態(tài)如圖11所示，修補(bǔ)位xci的值替代公式(12)里的參數(shù)xc(i-1),繼續(xù)利用公式(15)進(jìn)行插補(bǔ)，修正該區(qū)域內(nèi)的第二個(gè)空缺位。如果空缺位出現(xiàn)在非基參數(shù)組的首末端，即空位左側(cè)或右側(cè)沒(méi)有時(shí)效數(shù)值，只有一端存在有效數(shù)值的情況下，可按照?qǐng)D12采樣下述公式17～18對(duì)空缺位進(jìn)行插補(bǔ)修正。

之后再以基參數(shù)集為標(biāo)準(zhǔn)，按照下述公式對(duì)非基參數(shù)集以外的參數(shù)進(jìn)行時(shí)域上的歸一化處理。類似地，還可構(gòu)造出其他類似的插值方法。

基本思想與原則是，以對(duì)辨識(shí)目標(biāo)起到?jīng)Q定性作用的基參數(shù)群為基石來(lái)控制非基參數(shù)群的狀態(tài)。但因?yàn)闄C(jī)械加工設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的多樣性和復(fù)雜性，其運(yùn)轉(zhuǎn)模式是多種多樣的，雖然基參數(shù)群對(duì)切削狀態(tài)起到?jīng)Q定性作用的必要條件，但對(duì)完全區(qū)分切削和非切削狀態(tài)(包括其他更為細(xì)化的狀態(tài))，其不是充分條件。而非基參數(shù)群則在工藝環(huán)境上起到了對(duì)基參數(shù)群的補(bǔ)充作用，即具有補(bǔ)足充分條件的作用。

在完成包括歸一化處理即權(quán)重劃分等等數(shù)據(jù)預(yù)處理工作之后，按照?qǐng)D3b利用相應(yīng)的策略，比如貝葉斯公式可對(duì)每類數(shù)據(jù)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移進(jìn)行預(yù)估，該預(yù)估值和數(shù)據(jù)庫(kù)里的實(shí)際值進(jìn)行比較獲得糾正系數(shù)，以此反復(fù)訓(xùn)練相關(guān)模型提高預(yù)估的準(zhǔn)確性。

由圖4所提供的界面激活按鈕對(duì)系統(tǒng)觸發(fā)激活相應(yīng)子程序調(diào)動(dòng)處理后的數(shù)據(jù)到后繼的狀態(tài)識(shí)別算法運(yùn)行，獲取機(jī)械加工設(shè)備是否處于切削加工狀態(tài)。將該狀態(tài)時(shí)間與非切削時(shí)間分別進(jìn)行累積，這樣可得出該設(shè)備在特定時(shí)間區(qū)間內(nèi)的有效利用率。供決策者從歷史角度判斷設(shè)備資源的有效利用程度。

以上所述僅是本申請(qǐng)的具體實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本申請(qǐng)?jiān)淼那疤嵯拢€可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本申請(qǐng)的保護(hù)范圍。