GB T 22281.2-2011 机器的状态监测和诊断.数据处理、通信和表达.第2部分:数据处理.pdf
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1、ICS 25.040.40 N 18 运昌中华人民ft ./、和国国家标准GB/T 22281.2-2011 /ISO 13374-2: 2008 机器的状态监测和诊断数据处理、通信和表达第2部分:数据处理Condition monitoring and diagnostics of machines Data processing, communication and presentation一Part 2: Data processing (ISO 13374-2: 2008 , IDT) 2011-12-30发布2012-05-01实施数码防伪中华人民共和国国家质量监督检验检茂总局中国国
2、家标准化管理委员会发布GB/T 22281.2-2011 /ISO 13374-2: 2008 目次前言.m 引言.凹1 范围.2 规范性引用文件3 CM&.D信息体系结构要求.3. 1 概述-3.2 语义定义要求23.3 概念信息模型要求23.4 实现数据模型要求.2 3. 5 参考数据库要求.3 3.6 数据文档定义要求.3. 7 兼容性规范4 CM&.D处理体系结构要求.4. 1 概述.4.2 数据采集(DA)块44.3 数据操作(DM)块4.4 状态检测(SD)块64. 5 健康评价(HA)块 7 4.6 预后评估(PA)块84.7 提出建议(AG)块94.8 块配置104. 9 外部
3、系统114.四数据归档4.11 技术显示4. 12 信息表达4. 13 兼容性规范附录A(资料性附录)兼容性规范u附录B(资料性附录)UML、XML和中间件的参考资料参考文献I G/T 2228 1.2-2011/1S0 13374-2:2008 目。吕GB/T 22281(机器的状态监测和诊断数据处理、通信和表达已经或计划发布以下部分:一一第1部分:总则;一一第2部分:数据处理;一一第3部分:通信要求。本部分为GB/T22281的第2部分。本部分按照GB/T1. 1-2009给出的规则起草。本部分使用翻译法等同采用ISO13374-2 :2008(机器的状态监测和诊断数据处理、通信和表达第2
4、部分:数据处理)(英文版)。与本部分中规范性引用的国际文件有一致性对应关系的我国文件如下:GB/T 22281. 1一2008机器的状态监测和诊断数据处理、通信和表达第1部分z总则(lSO 13374-1: 2003 , IDT) 本部分的技术内容和组成结构与ISO13374-2: 2008(机器的状态监测和诊断数据处理、通信和表达第2部分z数据处理)(英文版)相一致,只在需要的地方,做了个别编辑性修改z一一将ISO13374-2改为GB/T22281的第2部分或GB/T22281的本部分;一一删除了ISO13374-2: 2008的前言,按照我国国家标准重新起草了前言;一一将本部分中出现的已
5、转化为国家标准的国际标准编号改为国家标准编号,未转化的国际标准保留;一一在附录B中增加了表B.1、表B.2和表B.3,将B.2. 2、B.3. 2和B.4.2的词汇分别置于表格中,便于查看。本部分由中国机械工业联合会提出。本部分由全国自动化系统与集成标准化技术委员会(SAC/TC159)归口。本部分负责起草单位:北京机械工业自动化研究所。本部分参加起草单位:清华大学。本部分主要起草人z高雪芹、黎晓东、杨书评、黄双喜。阳山GB/T 22281.2-20门/ISO13374号:2008sl 目前为机器的状态监测和诊断CCM&D)编写的各种计算机软件系统,如果不进行进一步的集成工作,就无法便利地进行
6、数据交换或以即插即用方式操作。这便难以将各个系统集成,并且难以为用户提供一个统一的机器状态视图。GB/T22281的第1部分至第3部分的目的在于提供若干开放的CM&.D软件体系结构的基本要求,以便在没有专门平台或硬件协议的情况下,CM&.D信息也能够通过各种软件包得以处理、传送和显示。lV 1 范围GB/T 22281.2-2011 /ISO 13374-2: 2008 机器的状态监测和诊断数据处理、通信和表达第2部分:数据处理GB/T 22281的本部分详细说明了开放的状态监测和诊断(Conditionmonitoring and diagnostics , CM&m体系结构需要符合的参考信
7、息模型和参考处理模型的要求。软件设计人员需要信息模型和处理模型,以便充分描述所有的数据处理要求。GB/T22281的本部分有助于CM&D系统的互操作性。2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T 22281. 1-2008 机器的状态监测和诊断数据处理、通信和表达第1部分:总则CISO 13374-1:2003 ,IDT) ISO/IEC 14750:1999信息技术开放式分布处理接口定义语言(Informationtechnology Open Dist
8、ributed Processing-Interface Definition Language) 3 CM&D信息体系结构要求3. 1 概述一个信息体系结构描述了一个给定系统或应用的所有的数据对象及其特征(或属性)、特征数据类型、数据对象关系、参考数据和数据文档。一个开放的CM&D信息体系结构规范应描述图1中所示的五层中的每一层的内容。数据文裆定义层5参考数据库层4实现数据模型层3概念性信息模型层2语义定义层1图1CM&D信息体系结构层次1 GB/T 2228 1.2-2011/ISO 13374-2:2008 3.2 语义定义要求为了使应用此信息体系结构的各方能够便于理解,一个开放的CM&
9、D信息体系结构规范应为该系统中的每个主要数据对象提供一组语义定义。可以使用非形式描述语义,例如,数据对象的英语定义;也可以使用本体方式进行形式描述,例如,万维网联盟(W3C)建议的资源描述格式(RDF)。3.3 概念信息模型要求一个概念信息模型(conceptualinformation model)是与CM&D有关的所有基本数据对象以及它们的主要特征(也称属性)、特征数据类型、对象相互关系和对象或关系约束的综合定义。一个开放的CM&D信息体系结构规范应提供非专用的概念信息模型(有时叫做模式勺,其与如何物理存储或访问数据元关。此概念信息模式给出了各种数据元素结构的蓝图,有助于系统集成以及数据完
10、整性。使用概念性模式,可以验证实现数据模型。统一建模语言(UML)已成为软件业的主要建模语言并且现在已经成为国际标准ISO/IEC195010 UML包括用于信息建模的标准化类图表示法(关于UML的补充信息参见附录盼。3.4 实现数据模型要求以概念信息模型为基础,实现数据模型(implementationdata model)提供了应传递或存储的数据元素的精确表示法。一个开放的CM&D信息体系结构规范应提供一个符合其概念数据模型的开放的实现数据模型。一个开放的CM&D实现数据模型应该可以集成多种来源的机器信息,并支持对等的数据库,可以有用户定义的查找条目,以及使用标准化时间截和工程单位。该模式
11、应支持唯一的企业、站点及数据库或数据源标识符,以区分从不同物理位置获取的数据。该模式还宜支持父子分层结构中包括机器的设施段(服务段位置)的全系统唯一标识符。同时,该模式宜支持资产专用唯一标识符,以便在部分分层结构中监测和追踪个体部件。在该模式中宜规定存储企业站点、站点数据库、过程或机器段信息(诸如物理方位、驱动类型、安装类型和联轴器类型)、资产标牌数据(包括诸如额定转速、额定功率、品牌及型号以及轴承或其他部件信息的条目)、量测位置、数据测量源、变送器、变送器方位、工程单位、信号处理后缩放类型(signalpro cessing post-scaling types)、排序列表以及警报的基本框架
12、。在数据层,该模式宜支持下列格式z对历史单值数字数据的传输、快速傅里叶变换(FFT)频谱数据、固定百分比频带(CPB)频谱、时域波形、样品试验数据、温度记录图像和二进制大对象。通过Gregorian(公元纪年或CE)日历和基于世界标准时间(UTC)的GB/T7408-2005(参见参考文献lJ)且存储地方时区偏移的词法表示法,该模式宜支持一个引用了特定时间实例的日期/时间符号。可以使用各种模式定义来详细说明本规范。在科学编程领域,文件描述模式格式(filedescription schema format)已使用多年。它映射为ASCII或二进制数据文件格式,这些文件可以输出或输入计算机系统。发
13、布的一个完整的记录格式描述详细说明了文件所包含的数据区、这些数据区相对于其他数据区的准确位置、数据区是ASCII码格式还是二进制格式,以及每个数据区的确切数据格式实浮点、整数、字符、可变字符串。关系信息模式格式(relationalinformation schema format)是关系数据库管理系统的定义语言。关系描述法类似于定义了下述各项的蓝图:存放数据的各种空间的名称(或数据库表名)、表内数据的内容(或列)、每个数据列准确的数据格式(科学浮点、整数、可变字符串等)、数据列是否可以为空或不为空(非空)以及每个数据行的唯一标识键(主键)。通过包含引用(外键),一个表单便可与另一表单GB/T
14、 222.81.2-20门/ISO13374-2:2008 相关联。可扩展标记语言CXML)模式定义CXSD)是推荐定义语言。XML是万维网联盟CW3C)的一个项目,且该规范的开发目前由XML工作组管理。XML是应用ISO8879CGB/T 14814-1993),以标准通用标记语言CSGML)编写的一种公共格式,用于定义对不同类型电子文档结构的描述。1.0版规范已于1998年2月10日被W3C接纳,并成为W3C的推荐标准02001年5月3日,W3C发布了XML模式,并将其作为W3C的推荐标准。XML模式定义了共享的标记词汇、使用这些词汇的XML文档的结构,并提供了钩子Chook)以使语义和这
15、些词汇产生关联。通过将数据类型引入XML,XML模式增加了XML对于数据交换系统的开发者的效用。XML模式可使编程者决定文档的哪些部分是有效的,或使编程者确定适于一个模式的文档部分。此外,由于XML模式自身也是XML文档,所以可由XML创作工具来管理(关于XML的补充信息参见附录B)。不论选择哪种信息模式格式,实现数据模式应定义一个最小的数据元素集,为保持一致,这些数据元素宜包含在该模式内。此外,该模式还可包括一组可选元素。3.5 参考数据库要求为了有效地利用实现数据模型,需要将用于各种查找的标准条目储存于参考数据库中。一个开放的CM&D信息结构规范应提供一个与其实现数据模型相符的开放的参考数
16、据库。该规范宜增加并维护参考数据的工业标准分类系统和代码,并且允许供应商和最终用户使用数据库唯一的条目向数据库添加工业专用条目和客户专用条目。该规范还应支持以所需的各种语言来创建一组标准参考码。参考数据库规定了用于段(机器/部件)类型码、资产类型码、量测位置类型码、工程单位类型码、抽样试验码、诊断/预测事件码、健康码、故障码以及根本原因码Crootcause code)的全部代码表。该数据库还包括工程单位码、量测位置类型码和安装定位码。3.6 敢据文档定义要求一个开放的CM&D信息结构规范还应详细说明数据文档的发布格式。该规范允许以标准化方式读或写参考数据库,并允许参考数据库支持需要数据输入/
17、输出能力的应用程序。使用文件描述模式格式作为其实现数据模型的那些规范将可能使用相同的规范来公布ASCII码或二进制数据文档。应发布完整的记录格式描述,其详细说明了文件所包含的数据区、这些数据区相对于其他数据区的准确位置、数据区是ASCII码格式还是二进制格式,以及每个数据区的确切数据格式一一实浮点、整数、宇符及可变字符串。使用XML模式格式作为其实现数据模型的那些规范将可能使用相同的格式来公布XML数据文档。一个XML模式提供了XML文档的定义和XML解析器以及能够验证文档内容语法的验证工具。3. 7 兼容性规范一个开放的CM&D信息结构规范应使用3.13. 6中描述的信息结构。MIMOSA是
18、一个非赢利性组织,其发布了一个符合上述要求的开放的CM&D信息规范。该规范被称为MIMOSA的用于企业应用集成的开放系统结构COSA-EAI)规范。附录A更详细地描述了此规范。4 CM&D处理体系结构要求4. 1 概述处理结构描述了在软件系统自身的内部模块、与终端用户的交互模块或与其他软件系统的交互模3 G/T 22281.2-20门/ISO13374-2: 2008 块的所有的交互或事务处理。一个开放的CM&D处理体系结构规范应使用图2中所示的处理体系结构。此结构定义为数据处理功能性块。在适当地配置了系统中的每个块之后,基本数据在数据采集块(Data Acquisition,DA)中被转变为
19、数字形式,并且在这些数据被转变为可处理的信息(actionable information)时以各种方式处理这些数据,得到建议块(AdvisoryGeneration, AG)。当处理从DA向AG进行时,需要将来自前面块的数据转到其后的块中,且从外部系统采集或向外部系统传送出补充信息。同样,随着数据演变为信息,需要有标准的技术显示和图解表示格式。在许多应用程序中,需要数据归档以便维持每个块的输出历史。DA、DM和SD块负责评估数据质量。输出宜认定为好、差或未确定。GB/T 22281的本部分并不讨论各种CM&D处理块内部和各种CM&D处理块之间的误差及误差增长的影响。这些误差的来源包括仪器校准
20、、环境噪声、信号调节和处理、计算机舍人、人为引起的输入以及它们的组合效应。传感器/变送器/人工录入数据采集(DA)数据操作(OM)状态检测(SO)健康评价。IA)预后评估(PA)提出建议(AG)图2数据处理和信息流块4.2 数据采集(DA)块如图3所详细说明的,DA块已经被推广到代表为系统提供对自动输入或人工输入的数字化数据的访问的软件模块。DA模块可以代表具有来自传统传感器(legacysensor)的模拟输入的专门的数据采集模块,或者DA模块可以收集和合并未自数据总线的传感器信号。此外,DA模块可能表示智能传感器的软件接口。DA模块本质上是一个经校准的数字化传感器数据记录的服务器。4 GB
21、/T 2228 1.2-2011/ISO 13374-2:2008 数据采集块将转换器或样品试验的输出转换为经比例变换的数字表示数据缓J中器/归档模拟数据DA处理数字数据收集模拟数据、数字数据和人工数据:.将模拟数据转变为数字数据DA数据(具有时间戳和数据质量指标的数字化数据)图3数据采集块所有DA块的输出应包含以下各项:一一数字化数据;人工数据块配置一一时序数据/时间基准数据,通常参考UTC和地方时区;数据质量指标(例如,差的、好的、未知的、在检查中等)。数字化数据的实例包括:标量数据的浮点值;一一动态数据幅值和时间序列;一一用于热图数据的以数字化图像表示的热辐射数据;一一用于润滑液/空气/
22、水样品数据的样品试验结果。4.3 数据操作(DM)块DA控制触发器用于运行状态通知)DA同步信号(用于多通道同步数据采集DA配置(DA茧测位置数据、DA参数等至其他块如图4所详细说明的,DM块处理来自DA块的数字数据以将数字数据转变为所希望的形式,该形式表征了在机器状态监测和诊断过程中感兴趣的特定的描述符(特征)。通常,这一层中的功能包括一些信号处理算法。5 GB/T 2228 1.2-2011/ISO 13374-2:2008 数据操作块计算来自抽样传感器数据的描述符(特征、其他描述符或者计算输出值.计算可以表征为输入-输出映射DA数据缓冲区/归档DM数据缓J中区/归挡DA DM (级联的D
23、M处理执行信号处理(例如,滤波、开窗、FFT); .执行同步或非同步平均:执行算法计算3执行特征提取DM数据带有时间戳和数据质量指示器的描述符数据)图4数据操作块块配置DM配置(DM测量位置数据和DM算法参数等)至其他块此块可包含特殊处理功能。例如,快速傅里叶变换、小波或一段时间内的简单平均值。DM块的描述符输出的实例包括:一一提取的特征;一一从时域向频域的转换以及从频域向时域的转换;一一计算的、非解释性的数值;一一虚拟传感器(进口压力和出口压力的压差); 一一一加速度积分/位移的双重积分;滤波;归一化;包括采样率的时间序列。4.4 状态检测CSD)块如图5所示,SD块(有时也称为状态觉察勺的
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