大型旋转机械运行状态趋势预测

大型旋转机械运行状态趋势预测 pdf epub mobi txt 电子书 下载 在线阅读 2026

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出版者:科学
作者:徐小力//王红军
出品人:
页数:381
译者:
出版时间:2011-3
价格:75.00元
装帧:
isbn号码:9787030303998
丛书系列:
图书标签:
  • 课题
  • 旋转机械
  • 状态监测
  • 故障诊断
  • 趋势分析
  • 预测性维护
  • 振动分析
  • 数据挖掘
  • 机器学习
  • 工业互联网
  • 可靠性工程
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具体描述

机械系统运行状态的趋势预测技术是一种在故障发生前进行早期故障预示的现代技术。《大型旋转机械运行状态趋势预测》面向大型旋转机械的安全运行,特别针对其长历程、变工况、非平稳状态,着重阐述了大型旋转机械运行状态趋势预测技术的新进展、新理论、新方法及新技术,对所提出的相关理论方法进行了实验研究和应用研究,并给出了一些相关的工程应用实例。《大型旋转机械运行状态趋势预测》所介绍的内容有利于预防设备事故发生,有助于实现设备科学维护。《大型旋转机械运行状态趋势预测》可供高等院校、研究院所以及企业中从事机电系统运行状态监测、故障诊断与故障趋势预测等相关研究领域的科技人员使用参考,也可作为机械工程以及相关学科专业的教师、研究生和高年级本科生的教材或参考书。

机械系统运行安全与智能运维:基于先进传感与数据驱动的未来展望 图书简介 本书深入探讨了当代工业领域中,尤其是高价值、高风险机械系统(如电力、石化、航空航天等领域的大型设备)的运行状态监测、故障早期预警与智能运维策略的构建。本书旨在为工程技术人员、科研工作者以及相关领域的决策者提供一个全面、系统且具有前瞻性的视角,理解如何通过集成先进传感技术、大数据分析和机器学习方法,实现从被动维护向主动预测性维护的根本性转变。 全书的重点聚焦于非接触式监测技术、多源异构数据融合、高维时序数据的深度学习建模以及复杂机械系统健康状态(Prognostics and Health Management, PHM)的可靠性评估与寿命预测。本书严格避免涉及特定大型旋转机械(如燃气轮机、压缩机、发电机组等)运行参数的直接趋势预测方法,而是侧重于支撑这些预测的基础理论、通用数据处理框架以及跨领域适用的智能算法。 第一部分:高级传感技术与数据采集架构 本部分构建了实现精准、实时数据获取的物理基础。我们首先回顾了传统监测手段的局限性,随后聚焦于新一代非接触式和高精度有线传感技术在工业环境中的应用。 1.1 工业环境下的新型传感范式: 重点阐述了基于光纤传感(如分布式温度传感、光纤光栅应变传感)在恶劣工况下的优势,以及高频电磁感应、激光多普勒测振(LDV)等技术在捕获细微动态信息方面的潜力。探讨了这些传感器在抗干扰、带宽、空间分辨率上的技术瓶颈与突破方向。 1.2 边缘计算与分布式数据架构: 详细分析了工业物联网(IIoT)环境中,数据采集、预处理与实时反馈的架构设计。讨论了如何利用边缘计算节点(Edge Computing)对海量传感器数据进行初步清洗、特征提取和异常值检测,以减少数据传输压力并保障关键数据的低延迟响应。重点剖析了时间同步协议(如IEEE 1588 PTP)在保证多通道数据一致性中的关键作用。 1.3 异构数据源的整合与标准化: 工业系统产生的数据类型极其多样,包括振动波形、声发射信号、油液光谱数据、工艺参数(温度、压力)以及历史维护记录(CMMS/EAM系统数据)。本章详细介绍了数据模型标准化(如使用OPC UA协议)的必要性,以及构建统一数据湖(Data Lake)的策略,确保不同模态数据能够有效关联和融合。 第二部分:高维时序数据的预处理与特征工程 获取原始数据只是第一步,如何从中提炼出与系统健康状态高度相关的“有效信息”是预测成功的关键。本部分强调了数学工具在数据增强和降维中的应用。 2.1 时频分析的超越性应用: 超越传统的傅里叶变换,深入探讨了短时傅里叶变换(STFT)、小波包分解(WPD)以及经验模态分解(EMD)/希尔伯特-黄变换(HHT)在非平稳、非线性的工业信号分析中的优势。重点讨论了如何根据不同故障特征的频率特性,选择最优的分解或变换方法,并提取能量、熵、峭度等统计量作为健康指标(Health Indicators, HIs)。 2.2 深度特征学习与自动编码器: 针对传统手工特征提取的局限性,本章详细介绍了基于深度学习的特征学习方法。阐述了变分自编码器(VAE)和去噪自编码器(DAE)在从原始高频数据中学习鲁棒、低维嵌入表示方面的应用,这些嵌入向量能够更稳定地反映系统运行状态的潜在变化。 2.3 维度约减与信息熵保持: 在多传感器数据融合的背景下,如何在高维空间中保持关键健康信息的同时有效降维是挑战。本章比较了主成分分析(PCA)、流形学习(如t-SNE、UMAP)在保留关键时序结构方面的适用性,并引入了信息熵的概念来量化降维过程中信息的损失程度。 第三部分:基于数据驱动的系统状态评估与寿命预测模型 本部分是全书的核心,聚焦于如何将预处理后的数据转化为对未来系统行为的预测能力。 3.1 状态基线建模与异常检测: 在缺乏故障样本的工业场景中,建立“正常”运行的基线模型至关重要。本章讨论了基于高斯过程(GP)和核密度估计(KDE)构建动态基线的技术,以及如何利用多变量控制图(如Hotelling $T^2$)实时检测状态漂移(Concept Drift)和早期异常。 3.2 深度序列模型的构建: 鉴于工业数据的序列依赖性和长期依赖性,本书着重介绍了长短期记忆网络(LSTM)、门控循环单元(GRU)以及Transformer架构在时间序列预测中的应用。重点在于如何设计损失函数和正则化策略,以适应工业数据中数据不平衡和噪声较大的特点。 3.3 剩余使用寿命(RUL)预测的概率方法: 纯粹的点预测往往无法满足风险决策的需求。本章深入探讨了基于贝叶斯模型的寿命预测框架,包括使用隐马尔可夫模型(HMM)和状态演化模型来描述从健康到完全失效的概率转移过程。讨论了如何通过蒙特卡洛模拟(MCMC)来量化预测结果的不确定性区间。 3.4 模型的可解释性与决策支持: 强调了“黑箱”模型在关键工业决策中的应用障碍。本部分介绍了可解释人工智能(XAI)技术,如SHAP值和LIME方法,如何用于识别哪些传感器或特征对特定的预测结果贡献最大,从而增强工程师对模型决策的信任度并指导现场检查。 第四部分:智能运维策略与闭环控制 最终目标是将预测信息转化为可执行的维护动作。本部分探讨了预测结果如何融入实际的维护调度和优化流程。 4.1 维护策略的优化: 介绍了如何将RUL预测结果与成本模型(停机损失、维修成本、库存成本)相结合,构建一个优化的预防性维护调度模型。讨论了基于风险(Risk-based Inspection, RBI)的动态调整策略,而非固定的时间间隔维护。 4.2 预测结果的可靠性验证与校准: 阐述了工业环境中模型性能的持续评估机制。如何使用滚动窗口验证、指标追踪(如预测精度、提前预警率)来确保模型在新的运行工况下依然有效,并探讨了模型在线再训练与参数适应的自动化流程。 本书的结构旨在提供一个从底层硬件到上层决策的完整技术链条,面向的是需要构建下一代智能监测与维护系统的专业人士。它提供的不是针对单一设备的“秘方”,而是一套普适的、面向未来工业挑战的数据科学工具箱和系统化思维框架。

作者简介

徐小力,北京信息科技大学教授,博士生导师,中国机械工业科技专家,全国优秀教师,享受国务院特殊津贴。毕业于清华大学机械系,工学博士。现任现代测控技术教育部重点实验室主任,机电系统测控北京市重点实验室学术委员会主任,北京理工大学、中国农业机械化科学研究院兼职博士生导师,日本国立福井大学客座教授,中国机械工程学会设备与维修工程分会副主任兼设备监测与诊断技术学术委员会主任,中国设备管理协会安全生产技术委员会副主任等。研究方向为机电系统测控技术,主要包括设备状态监测、故障诊断和故障预测等。

主持国家级、省部级以及与企业合作的科研项目六十多项,在国内外发表学术论文二百余篇,研究成果应用于制造业、机械电子、仪器仪表以及能源开发和环境保护等领域。主持完成的研究成果获国家科学技术进步奖二等奖、中国机械工业科学技术奖一等奖等科学技术奖项共十项。

王红军,北京信息科技大学教授。北京市普通高等学校青年骨干教师。1993年毕业于西北工业大学获工学硕士学位,2005年毕业于北京理工大学获工学博士学位。现任现代测控技术教育部重点实验室副主任,中国振动学会机械动力学学会理事。主要研究方向为机电系统状态监测、故障诊断预测、数控装备及制造信息化。

近年来主持和作为主要完成人承担了国家自然科学基金项目、北京市自然科学基金项目、国家科技重大专项项目、北京市科技计划项目等科研项目数十项。出版教材五部。在国内外学术刊物上发表论文八十余篇。研究成果获得国家机械工业局科学技术进步奖等。

目录信息

序前言第1章 绪论 1.1 大型旋转机械运行状态及故障趋势预测的研究意义 1.2 大型旋转机械运行状态及故障趋势预测的相关研究进展 1.3 大型旋转机械运行状态及故障趋势预测的研究现状 1.4 本书研究的主要内容 参考文献第2章 大型旋转机械运行状态及故障趋势预测的信号处理方法 2.1 状态及故障趋势预测中的平稳信号分析方法 2.2 状态及故障趋势预测中的非平稳信号分析方法 2.3 基于数学形态谱的趋势预测特征提取方法 2.4 基于循环平稳度的趋势预测特征提取方法 2.5 基于无量纲参数的趋势预测特征提取方法 2.6 基于经验模态分解的趋势预测特征提取方法 参考文献第3章 基于模型的大型旋转机械运行状态及故障的趋势预测 3.1 基于模型的趋势预测研究描述 3.2 灰色预测 3.3 分离趋势项组合预测模型 3.4 基于振动频率分量敏感因子的趋势预测模型 3.5 基于隐马尔可夫模型的预测技术及其优化 3.6 设备趋势预测若干工程应用模型 3.7 分整差分函数系数自回归预测模型和三次holt指数平滑预测模型 参考文献第4章 基于人工智能的大型旋转机械运行状态及故障的趋势预测 4.1 基于人工智能的趋势预测研究描述 4.2 人工神经网络及其趋势预测问题 4.3 人工神经网络趋势预测 4.4 基于新息加权的神经网络趋势预测方法 4.5 基于均值函数的新息加权神经网络趋势预测方法 4.6 变权重人工神经网络组合趋势预测方法 4.7 基于遗传算法的趋势预测 4.8 基于遗传算法的人工神经网络趋势预测方法 4.9 基于量子的人工神经网络故障趋势预测方法 参考文献第5章 基于支持向量机的大型旋转机械运行状态及故障的趋势预测 5.1 基于支持向量机的趋势预测研究描述 5.2 支持向量机及其回归算法 5.3 基于支持向量机的预测模型 5.4 基于支持向量机的旋转注水机组振动烈度预测 5.5 支持向量机预测模型与自回归预测模型的比较 5.6 支持向量机的趋势预测与神经网络预测模型的比较 5.7 机械系统状态趋势预测的支持向量机组合模型 参考文献第6章 基于混沌时间序列的大型旋转机械运行状态及故障的趋势预测 6.1 基于混沌时间序列的趋势预测研究描述 6.2 混沌与分形的基本理论 6.3 基于混沌理论的机电系统故障趋势预测技术 6.4 基于混沌的机电系统故障趋势预测方法 6.5 混沌趋势预测在大型烟气轮机故障趋势预测中的应用 参考文献第7章 基于粗糙集和数据挖掘的大型旋转机械运行状态及故障的趋势预测 7.1 基于粗糙集和数据挖掘的趋势预测研究描述 7.2 基于粗糙集的趋势状态故障预测与知识提取 7.3 基于数据挖掘的大型旋转机械趋势预测知识获取 7.4 墓于趋势预测方法的自适应选择和决策优化模型 参考文献第8章 基于数据的多变换域大型旋转机械运行状态及故障的趋势预测 8.1 基于数据的多变换域故障趋势预测研究描述 8.2 基于数据的多变换域非线性故障趋势预测 8.3 时频域的提升小波包故障敏感特征频带提取 8.4 拓扑域的基于流形学习方法的故障特征非线性降维 8.5 时域的动态自适应人工神经网络趋势预测方法 参考文献第9章 大型旋转机械趋势预测的实验研究及系统集成 9.1 故障模拟转子实验台系统的构建及实验研究 9.2 基于实验台的旋转机械故障特征实验研究实例 9.3 基于远程网络的工业现场大型旋转机械故障预测系统 9.4 安全监测预测系统的集成研发 参考文献第10章 大型旋转机械运行状态及故障的监测预测应用研究 10.1 大型旋转烟气轮机发电机组监测预测的应用研究 10.2 大型旋转多级分段式离心泵机组故障预报的应用研究 10.3 高档数控机床故障预报的应用研究 10.4 大型旋转—往复动力设备状态监测与故障预测研究 10.5 关键设备群智能健康物联网的构建 参考文献
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读后感

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用户评价

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读完《大型旋转机械运行状态趋势预测》,我感觉像是完成了一次精密的“体检”。我是一名设备维护部门的管理者,我需要对整个部门的设备运行状况负责,并制定长期的维护计划。这本书让我从一个宏观的视角,认识到了“预测性维护”的价值和实现路径。在过去,我们更多的是依靠定期的“计划性维护”或者在设备出现明显故障后进行“事后维修”,这两种方式都存在着效率不高、成本较高的问题。这本书清晰地阐述了,通过对运行状态进行趋势预测,我们可以提前发现潜在的风险,从而将维护工作从“被动响应”转变为“主动干预”。我尤其关注书中关于“风险评估与决策支持”的部分,作者提出了一套结合预测结果和设备重要性来制定维护策略的思路,这对于我这样需要平衡维护成本和设备可靠性的管理者来说,非常有启发。书中提到的“生命周期成本分析”与趋势预测相结合,也让我看到了如何将预测技术与经济效益更紧密地联系起来。我开始思考,如何在我们现有的维护体系中引入这些预测方法,并如何培训我的团队掌握这些新的技能。这本书为我提供了一个非常清晰的蓝图,让我知道如何一步步地将“预测性维护”落地,最终实现更高效、更经济的设备管理。

评分☆☆☆☆☆

作为一名刚刚毕业不久,还在学习成长中的机械维护技术员,我拿到这本《大型旋转机械运行状态趋势预测》的时候,说实话,心里还是有点忐忑的。毕竟,我接触的设备相对简单一些,对“大型旋转机械”这个概念的理解还比较初步。但是,读着读着,我发现这本书的引导性非常强,就像一个经验丰富的前辈在手把手教我。作者并没有一开始就抛出高深的理论,而是从最基础的“什么是运行状态”以及“为什么要做趋势预测”讲起,让我逐渐建立起对这个领域的认知框架。书中列举了很多通俗易懂的例子,比如一个普通的家用电器,如果记录它每天的运行时间和发热量,是不是也能大概预测出它什么时候可能会出现问题?然后,逐步深入到大型机械的范畴。我特别喜欢书中关于“数据采集与预处理”的部分,讲到了很多我在实际工作中可能会遇到的问题,比如数据噪声的处理、缺失值的填补等等,这些都是非常实用的技巧。虽然我还不完全理解所有复杂的算法,但书中的流程图和逻辑梳理,让我能够跟着作者的思路走,明白每一步的目的和意义。我还在书中看到了很多关于“不确定性分析”的介绍,这让我意识到,预测不是100%准确的,而是要给出一定范围的可能性,这让我觉得这本书更具现实意义。我现在充满信心,相信通过学习这本书,我能更好地理解我们车间里那些庞大的设备,并为它们的维护提供更科学的依据。

评分☆☆☆☆☆

我是一位在高校从事机械工程研究多年的教授,平时主要关注的是设备的可靠性设计和寿命预测。偶然翻阅到这本《大型旋转机械运行状态趋势预测》,我感到非常惊喜,因为它在理论深度和实际应用之间找到了一个极佳的平衡点。这本书在方法论上,对现有的一些主流预测模型,如神经网络、支持向量机、隐马尔可夫模型等,都进行了详细的阐述,并且在算法层面进行了深入的剖析。我尤其欣赏作者在讨论模型选择时,提出的“根据机械特性和数据可用性进行权衡”的观点,这体现了严谨的学术态度。书中还探讨了“多变量耦合效应”对运行状态预测的影响,这一点在很多传统的研究中往往被简化处理,而这本书则给予了足够的重视,并提出了一系列量化分析的方法。我注意到书中有一个章节专门讨论了“异常检测与早期预警”,这与我目前的研究方向非常契合。作者提出的几种基于“残差分析”和“聚类分析”的异常检测方法,都具有很高的创新性和实用价值。此外,书中对于“模型的可解释性”的强调,也让我眼前一亮。在当前的机器学习应用中,往往过度追求预测精度而忽略了模型的透明度,而这本书则意识到了这一点的重要性,并尝试提供一些解决思路。总而言之,这是一本能够引发深度思考,并且对研究和实践都具有指导意义的著作。

评分☆☆☆☆☆

这本《大型旋转机械运行状态趋势预测》的书,我真是爱不释手,翻了好几遍,总觉得有新的启发。我是一个在电力行业做了十多年的工程师,平时的工作就是跟各种大型发电机、水轮机打交道,对它们的状态监测和故障诊断算是比较熟悉。这本书最吸引我的地方在于,它不仅仅是简单地介绍几种预测方法,而是深入浅出地讲解了背后的理论基础,比如统计学模型、机器学习算法在时间序列分析中的应用。一开始我以为会很枯燥,毕竟涉及到大量的数学公式,但作者用非常生动形象的比喻,把复杂的概念变得易于理解。例如,在讲到ARIMA模型时,他将其比作“追溯历史规律,预测未来走向”,让我瞬间豁然开朗。而且,书中还结合了大量的实际案例,从风力发电机组的叶片磨损预测,到火电厂汽轮机的轴承失效预警,都给出了非常具体的分析过程和预测结果。这些案例的真实性和可操作性,让我觉得这本书写得特别接地气,不是纸上谈兵。我特别喜欢其中关于“特征工程”的章节,里面详细介绍了如何从原始运行数据中提取出有意义的特征,比如振动频谱的特征参数、温度的变化率等等,这对于我们实际工作中的数据分析至关重要。我甚至开始尝试将书中的一些方法应用到我们电厂的设备上,效果非常好,大大提高了预测的准确性。这本书绝对是想深入了解大型旋转机械状态预测技术的工程师和研究人员的必备读物。

评分☆☆☆☆☆

我对《大型旋转机械运行状态趋势预测》这本书的印象,就像是在一片广阔的海洋中寻找宝藏。我不是直接接触大型机械的工程师,而是在一家提供工业物联网解决方案的公司工作,我们为客户提供设备状态监测的平台和数据分析服务。这本书的内容,让我对我们所收集的海量数据有了更深层次的理解。我之前只关注如何将数据可视化,如何构建一个基础的监测系统,但这本书让我看到了数据背后蕴含的巨大价值——预测。作者在书中详细介绍了如何将收集到的时间序列数据,转化为可用于预测的“序列”,以及如何通过各种算法来识别数据中的“模式”和“趋势”。我特别喜欢关于“特征工程”的讨论,里面提到了很多我之前没有想到的数据处理方法,比如如何利用傅里叶变换提取振动信号的频域特征,以及如何通过卡尔曼滤波来平滑温度等传感器数据的波动。这本书让我了解到,仅仅收集数据是远远不够的,关键在于如何从数据中挖掘出有价值的信息。书中对于“模型评估与验证”的详细讲解,也让我意识到,一个好的预测模型需要经过严格的检验,而不是简单地看几个指标。我现在充满了动力,想要将书中的一些方法,应用到我们正在开发的客户平台中,帮助他们更有效地预测设备故障,减少停机时间。

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