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条件监视
Last updated: 2025年2月11日
条件监视

本教程的重点是监控机器的状态信息,以及识别和预测故障状态的问题。

数据是通过虚构的模拟创建的,由几个随时间测量的串联序列组成。 每条记录都是机器的快照报告,包括以下字段:

  • Time。 整数。
  • Power。 整数。
  • Temperature。 整数。
  • Pressure. 0 (如果正常) , 1 表示瞬时压力警告。
  • Uptime。 自上次服务以来经过的时间。
  • Status。 通常为 0,如果发生错误 (101202303) ,那么将更改为错误代码。
  • Outcome。 此时间序列中显示的错误代码,如果未发生错误,那么为 0 。 (提供这些代码唯一的好处是可在事后了解出现的错误。)

通常,大多数数据挖掘工程都会经历以下过程:

  • 检查数据,确定哪些属性可能与预测或识别相关状态有关。
  • 保留这些属性(如果已存在),或者在必要时导出这些属性并将其添加到数据中。
  • 使用结果数据训练规则和神经网络。
  • 使用独立的测试数据对训练有素的系统进行测试。

试用教程

在本教程中,您将完成这些任务:

建模流程和数据集样本

本教程使用示例项目中的状态监测流程。 使用的数据文件是cond1n.csv。 下图显示了建模流程示例。

图 1。 样品建模流程
样品建模流程

如下图所示,每个时间序列都有一系列正常运行期间的记录,以及故障发生前的记录:

图 2。 样本数据集
样本数据集

任务 1:打开示例项目

示例项目包含多个数据集和示例建模流程。 如果还没有示例项目,请参阅教程主题创建示例项目。 然后按照以下步骤打开示例项目:

  1. Cloud Pak for Data 中,从导航菜单"导航菜单,选择项目 > 查看所有项目
  2. 单击SPSS ModelerProject
  3. 单击 "资产"选项卡,查看数据集和建模流程。

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下图显示了 "项目资产 "选项卡。 现在您可以使用与本教程相关的示例建模流程了。

样本项目

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任务 2:检查数据资产

状态监测建模流程包括几个节点。 按照以下步骤检查数据资产节点:

  1. 从 "资产"选项卡打开 "状态监测"建模流程,等待画布加载。
  2. 双击cond1n.csv节点。 该节点是数据资产节点,指向项目中的cond1n.csv文件。
  3. 查看文件格式属性
  4. 从调板的 "记录操作"部分,将 "选择"节点拖到画布上。 将鼠标悬停在节点上,单击 "编辑标题",然后将其重命名为 "Select (101)。 将其连接到cond1n.csv数据资产节点。 双击选择节点,为条件输入值 "Outcome == 101
  5. 单击保存
  6. 然后,从调色板的 "图形"部分,将 "绘图"节点拖到画布上。 将鼠标悬停在节点上,单击 "编辑标题"按钮,将其重命名为 "时间 v。 Powerv. 温度 (101). 然后,将其连接到 "选择"节点。
  7. 双击绘图节点,然后单击3-D 图形按钮,为绘图添加第三个坐标轴。 从列表中选择要在三维图形上显示的字段。 本例中为:"Time、"Power"和 "Temperature
  8. 将鼠标悬停在 "情节节点上,然后点击 "运行图标 "
  9. 在 "输出和模型"窗格中,点击名称为 "的输出结果。 Powerv. 温度 (101),查看结果。

    图 3。 时间 v. Powerv. 温度图表
    时间 v. Powerv. 温度图表

    该图显示了温度上升和功率波动随时间变化而产生的 101 个误差。 尝试选择其他误差条件并显示其他图表。

    根据这些图表,温度和功率变化的存在和变化率,以及波动的存在和程度,都与预测和区分故障有关。 这些属性可以在应用学习系统之前添加到数据中。

  10. 可选:删除 "选择"和"绘图"节点,以避免用户稍后运行流程时出现潜在错误。

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下图说明了该流。 现在您可以准备数据了。

建模器流

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任务 3:准备数据

基于探索数据的结果,以下流派生相关数据并学习预测故障。

本示例使用的流程名为 "状态监测",可在产品随附的示例项目中找到。 数据文件为 cond1n.csvcond2n.csv

该流程使用多个 "推导"节点为建模准备数据。
  • “数据资产”导入节点。 读取数据文件 cond1n.csv
  • 压力警报(派生)。 对瞬时压力警报数进行计数。 当时间返回到 0 时重置。
  • TempInc(派生)。 使用 "@DIFF1计算瞬时温度变化率。
  • PowerInc(派生)。 使用 "@DIFF1计算瞬时功率变化率。
  • PowerFlux(派生)。 这是一个标志,如果在上一个记录和本记录中功率按相反的方向变化(即功率的峰值或波谷值),则此值为真。
  • PowerState(派生)。 开始时为 "Stable,当检测到两个连续的功率通量时切换为 "Fluctuating。 Switches back to Stable only when there is no power flux for five time intervals or when Time is reset.
  • PowerChange(派生)PowerInc在过去五个时间区间的平均值。
  • TempChange(派生)TempInc在过去五个时间区间的平均值。
  • Discard Initial(选择)。 丢弃每个时间序列的第一条记录,以避免 "Power和 "Temperature在边界处出现较大(不正确)的跳变。
  • 废弃字段(过滤)。 将记录缩减为 "Uptime"、"Status"、"Outcome"、"Pressure Warnings"、"PowerState"、"PowerChange"和 "TempChange"。
  • 类型. 将 "Outcome定义为目标(要预测的字段)。 此外,将 "Outcome定义为名义测量级别,"Pressure Warnings定义为连续测量级别,"PowerState定义为标志测量级别。

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下图显示了Derive节点。 现在您可以训练模型了。

PowerChange节点

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任务 4:训练模型

运行该流程将训练 C5.0 规则和神经网络(网络)。 网络的训练可能需要一些时间,但可以提前中断训练,以保存能产生合理结果的网络。 学习完成后,会生成模型块:一个代表神经网络,一个代表规则。

图 4: C5.0和神经网络的模型金块属性
C5.0和神经网络的模型金块属性

通过这些模型块,您可以测试系统或导出模型结果。 在本例中,您要测试模型的结果。 请按照以下步骤训练模型:

  1. 单击全部运行,生成C5.0和神经网络模型。
  2. 查看每个模型。 双击结果(C5.0)模型,然后单击 "查看模型"检查结果。 对结果(神经网络)模型重复此步骤。

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下图显示了模型结果。 现在可以测试模型了。

规则和神经网络

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任务 5:测试模型

请按照以下步骤测试模型:

  1. Reposition the nuggets, so that the 类型 node connects to the 神经网 nugget, which connects to the C5.0 nugget.
  2. 从调色板的 "输出"部分,将 "分析"节点拖到画布上,并将其连接到C5.0图元。
  3. 双击数据资产节点。
    1. 单击更改数据资产
    2. 选择数据资产 >cond2n.csv
    3. 单击选择
    4. 单击保存
  4. 将鼠标悬停在分析节点上,点击运行图标 "。 这将生成可反映经过训练的网络和规则的准确性的图表。
  5. 在 "输出和模型"窗格中,单击名称为 "分析 "的输出结果以查看结果。
  6. 查看结果并比较每个模型的分析。

    图 5. 查看输出:结果]分析
    查看输出:结果]分析

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下图显示了已完成的流程。

完成建模流程

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目录

该示例向您展示了如何监控机器的状态信息,因为这与识别和预测故障状态的问题有关。 您使用了一系列衍生节点来准备数据,然后建立了一个C5.0模型。

后续步骤

现在您可以尝试其他SPSS® Modeler教程了