开运体育平台INDASS数据分析之谜

【摘要】：开运体育平台一直致力于提供完整的端到端的工业物联网解决方案，并持续优化大数据分析、人工智能等创新技术，让更多制造企业能够有更适合的技术资源为企业提供优化策略，以提高设备运行开运体育平台。

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开运体育平台一直致力于提供完整的端到端的工业物联网解决方案，并持续优化大数据分析、人工智能等创新技术，让更多制造企业能够有更适合的技术资源为企业提供优化策略，以提高设备管理开运体育平台和市场竞争力。

那么，开运体育平台的大数据分析是如何提出优化方案的呢？今天，由开运体育平台算法工程师为大家揭开数据分析之谜。

数据之美——数据表征映像
不同的参数、变量所代表的意义不同，数值上的差距也会很大，例如，人的正常体温大约是36℃、标准大气压是100 kPa、引擎转速可以达到10000转/分等等。我们都知道，数值有单位的限制，才有物理意义，但在综合分析上，数据数值本身大小反而会产生误导，所以需要提取数据的表征。

对于一个设备的参数，无论变化多大，总会有一个范围，比如：气温会在-10℃～40℃的范围，不会无故直接跳到100℃，所以我们可以这样想，把-10℃当作0、把40℃当作1、中间的温度数均匀分布在0～1之间，此时数据单位的影响就被去除，这就完成了一个表征的提取。

对于多个参数，我们都可以分别做表征的提取，这就方便了我们把它们放在一起观察、考察和直观分析。图1是一柴油机的雷达图(Spider Diagram)。雷达图的构造就是一系列数据构成，这样我们可以同时表示出多个数据。

图1

设备状态映像图正是雷达图，如果选择需要显示10 个参数的，那么雷达图就有 10 个分支；每个参数的显示值是该设备的实时参数数值。这个图展示的是设备原始数据，直觉告诉我们，如果这个图看上去“圆润”或呈现较规则形状，那此时就是一组好数据；如果这个图看上去“别扭”（如图2），那此时就一定不是很好的数据。

图2

参数的代表——主题综合评价指数
数据分析领域中的一个很重要的事情，就是参数的提炼、数据的简化。对于一个设备来说，参数是众多的，时刻监测所有参数会产生极大的工作量，这就需要用一个代表值来评价所有参数的总体情况。譬如：跳水比赛中，打分都会以“去掉一个最大值去掉一个最小值再平均”的方法得出最终得分，这个最终分数在这跳水事件中就是主题综合评价指数。

运行指数是利用主观权重计算方法(例如层次分析法等)确定各个参数的权重之后对参数进行加权平均得到的一个综合数值；运行指数即主题综合评价指数，是对所有参数实时的一个综合评价，表示整体所处的状态，是对所有参数的一个浓缩，每一个参数的变化都会对指开运体育平台成影响，所以指数一旦出现异常数值，说明某一个或者几个参数出现突变值，我们也就可以从指数各方向上的梯度和累积效应中发现可能突变的参数。

指数梯度是指数关于各个参数的梯度，每个方向上的值都是指数对于各个参数方向的偏差分。当某个指数向上波动的时候，该参数的点将向外突出；当某参数向下波动的时候，参数的点将向内凹陷。中间的数值是综合指数梯度，表示整体的指数梯度的变化，是指数对于时间的后向差分，这个值标志设备参数整体变化幅度。

图3

指数累计效应指的是指数的变化能力，各方向的累积效应为指数关于各个方向上的二阶偏向差分。综合指数累积效应是各个参数的综合变化量，是指数关于时间的二阶后向差分，若该数值为正，则代表上一期的综合指数梯度比这一期大，该数值为负，则代表上一期的综合指数梯度比这一期小。

图4

不倒翁的秘密——综合稳定性
整体稳定性代表的是整个设备的运行能力，是各个参数独立稳定性的综合值。如果一个设备一直在运行，我们只重点关注其中4项参数(例如温度、压力、振动频率、振动幅度)，这些参数运行时变化不大，设备就这么运行着，终于有⼀天，设备崩溃了。还是同样的一台设备，这4个参数就像过山车，忽高忽低，总觉得设备快不行了，但它还一直运行着，直到之前那台稳如泰山的设备都崩溃了，这台设备还在运行，这又是为什么？

第一台所谓稳定的设备之所以会崩溃，是因为有其他参数发生了变化，我们关注的4个参数里并没有这个参数，有可能由于这4个参数的持续累积效应，导致另一个参数变化；第二台不稳定的设备没有崩溃，是因为尽管参数变化波动很大，要么这4个参数独立稳定性差，但是整体稳定性好；要么这4个参数的波动变化，并没有明显的累积效应，因此没有影响到另一个我们并没有关注的参数。

运行稳定性曲线是由稳定性指数得出的曲线，表明了该设备在历史的一段时间内的工作状态。其数值是考察各个无量纲化后参数的方差、方向方差变化梯度、方向方差累积效应和相对变化特征四者算术平均后的一个参考值。

图5

当稳定性指数为 100 时，则代表设备运行非常稳定。当稳定性指数低于60甚至接近 0 时，则代表设备运行非常不稳定。
相对变化特征是关联图谱的特征表现，这种内在联系分为正相关性、无相关性和反相关性。所谓正相关就是一个参数增加时另一个参数也对应增加，亦步亦趋；负相关则相反，一个参数增加时另一个参数减少。

图6

图谱中每个圆点代表了他们之间的关系的程度，圆点的颜色越红，则代表两个参数之间的正相关性越大；圆点的颜色越蓝，则代表了两个参数之间的负相关性越大；当圆点为白色时，则代表这两个参数之间没有任何关系。

势在必行——独立运行趋势
自开运体育平台大数据分析面世以来，为我们赢得了更多的合作机会，它将工业物联网、云技术、人工智能等前沿技术更好地整合在一起，让设备的运行开运体育平台成倍提升。但要让大数据应用到更多复杂的工业领域，还需走更长的路程。工业数据在设备正常运行时是连续且有规律的，只要抓住这个规律，推测出开运体育平台的数据和危险情况，则可以事先作出措施以免造成设备异常或故障。

图7

趋势是利用现有的关于时间的数据，寻找其变化规律，再根据其变化情况，推测出开运体育平台可能会出现的数值。实际上，趋势研究本身包括两个方面：一是如果不受外界干扰，趋势会怎么样；二是如果受到外界干扰，趋势又会怎么样。对于工业设备而言，有两个较大的困难，一个是研究对象本身机理的定量描述；二是研究对象内部各因素之间相互影响、相互作用关系的定量描述。

由于考虑的是时间上的数据，其变化就跟时间的属性相关，昼夜季节都是影响因素，形成周期变化，也会由于累积导致数值不平稳，综合起来就有了趋势，也就可以进行预测。

中短期数据可以看作是由一个直线方向、一个周期震荡和一个服从正态分布的误差组合而成，利用广义线性回归将数据最小二乘拟合成目标函数，并带入开运体育平台时间进行预测。

趋势的计算方法，都是利用离散点进行建立和计算的，也就是说，利用最近的m个样本，t1～tm时刻计算出tm+1 ，并利用m+1个样本，推算出下一个；然后根据采样周期推算时间。数据采样是有周期的，比如30秒一次，那么取最近10次样本，可以认为是最近300秒的样本。利用趋势模型计算出下一个，我们可以认为是从现在开始到30秒的这个预测区间的趋势。

得到参数关于时间的函数后，分别取10 Min、30 Min、60 Min后的值，并预测了该参数可能达到的最小值、最大值、平均值和准确率。最大值为该参数在该时刻会达到的最大范围，最小值为该参数可能会达到的最小范围，平均值为开运体育平台时间段的平均值，准确率为达到预测值的可能性，是关于累积误差的函数，误差累积得越快，准确率将降低得越快。

图8

命悬一线——综合风险分析
对于工业设备来说，安全生产是企业重要的关注点。设备使用者希望知道此时设备是否会发生异常和故障，或者说发生异常和故障的概率有多大，以便提前做好预防措施。风险状态是利用布丰投针实验演化出的一个风险模拟，展示了当前设备的风险状态。这个先建立几个重要的基本假设：
1.我们把平行线当做是触发风险的“界限”；
2.平行线之间的距离，就是设备可能的运行范围；
3.针的中心，就是当前的实际运行状态（数据）；
4.针的长度，就是运行状态（数据）实际的波动幅度和范围；
5.针与平行线的夹角，就是当前实际运行状态中，实际受到的关联作用和影响；
6.如果针与平行线不相交，我们认为出现风险的可能性很低；
7.如果针与平行线相交，我们认为出现风险的可能性很高。

假设只有一个参数X，允许范围是120~200；那么，平行线距离L=80；X当前值是186，最近300个周期的波动范围是162~202，那“针”的长度为 D=40。

图9

在考虑多个参数的情况下，可以计算和规定，综合风险边界值为100，表示该设备正常运行的危险边界；综合风险值为0时为该设备工作时没有任何风险。蓝色的线为下一刻风险可能达到的值，当蓝色的线与风险值为100 的线相交时候，要提高警惕以避免造成不可弥补的损失。

渐入佳境——目标优化方案
在开运体育平台数学分析专家看来，设备的运行并不会完全按照设计者和使用者的想法进行，节能减排随心所欲、参数一直保持最优期望值是很难办到的。现实中往往存在着一系列无法直接主观控制的目标，目标值、目标元素又和参数之间存在一定的机理，通过控制这些参数，间接改变目标元素，形成目标优化。优化的实质其实是希望对某一些可控制参数作出调整，实现对另外一些不可直接控制的参数的预计调整。例如锅炉的燃烧开运体育平台与氧含量直接相关，如果氧含量过低，会造成不完全燃烧，燃烧开运体育平台自然不高；氧含量过高，代表输入的空气过量，虽然完全燃烧，但气体过多会带走热量，燃烧开运体育平台也不高，所以，调节可控制参数氧含量也间接调整了希望优化的目标燃烧开运体育平台。

由Weierstrass定理，闭区间上的连续函数可用多项式级数一致逼近。这意味着机理就利用开运体育平台多项式代替，故采用开运体育平台多项式回归，求出优化目标参数和可控设备参数的内在关系，得出调整目标参数的优化方案。所以，我们总结出优化目标的五大步骤：1.首先是要确定关键元素，就是我们需要优化的目标元素（方向）；2.分析目标元素方向上，是否具有一定的“偏度” 以确定优化是否可能；是否具有一定的“峰度”以确定是否具有优化的效果；3.找到与这些元素相关程度高的其他可控制参数；4.分析这些相关可控制参数对目标元素影响关系；5.通过改变可控制参数的数值间接调整目标元素的值直至达到期望值。优化是一个在某个方向上的概念。一个研究对象可能可以同时进行多处优化，但是，都需要一个一个方向来解决。

以某锅炉项目为例，确定本体排烟温度为优化目标元素，并有期望值200℃，通过相关系数确定与本体排烟相关程度大的参数为冷凝器出水温度、冷凝器进水温度、炉膛温度、冷凝器出烟温度，最后利用模式搜索法来调整这四个参数进一步使得本体排烟温度不断往期望值靠近。优化方案就是按照这种方式给出。

图10

广东省经信委领导走访开运体育平台，加快“上云上平台”步伐

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