相关申请的交叉引用
本申请要求申请号为62/898,772、标题为“在长时间段内的机器健康数据的整合”的美国临时专利申请以及申请号为16/914,647、标题为“机器健康数据的压缩”的美国非临时专利申请的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
本发明涉及数据存储领域。更特别地，本发明涉及一种用于存储在诸如几年的长时间段内的机器健康趋势数据的系统。
背景技术：
在涉及机器健康趋势数据的可视化的某些情况下，期望看到长时间段甚至几年内的值的趋势。然而，存储长时间段内的这些数据需要大量存储空间。
数据存储问题的一种解决方案是仅确定和存储特定时间段(小时、天、月、年)内的平均机器健康参数值。该技术提供充足的信息以指示所测量的机器健康参数正在缓慢变化并且开始指示问题。然而，仅计算和保存时间段内的平均参数值导致该值的极值丢失。无法在平均值图表中看到短期峰值。因此，当观察当前水平时，基于历史数据无法确定之前是否达到当前水平。
因此，需要一种用于存储机器健康参数值的平均值和极值的系统。
技术实现要素：
通过确定并保存特定时间段的平均值以及每个时间段期间发生的最小值和最大值的数据存储系统来满足上述和其它需求。虽然这比仅存储平均值需要更多的存储器，但是与包括所有测量值的最初原始数据相比，存储器需求显着减少。
本文描述的一个实施例涉及一种计算机实施的方法，该方法用于减少待存储在数据存储装置中的机器健康数据的数量，同时保留在收集机器健康数据期间的长时间段内的增量测量时间间隔内发生的极限值的细节。该方法包括：
(a)使用附接至机器的传感器感测机器的操作特性，并且生成操作特性信号；
(b)基于操作特性信号，生成机器健康参数数据，其包括指示机器操作特性的幅值和相关联的时间值；
(c)计算在每个增量测量时间间隔内发生的幅值的平均值；
(d)识别在每个增量测量时间间隔内发生的幅值的最大值；
(e)识别在每个增量测量时间间隔内发生的幅值的最小值；以及
(f)将压缩的机器健康参数数据集存储在数据存储装置中，该压缩的机器健康参数数据集包括在增量测量时间间隔内的计算的平均值以及识别的最大值和最小值。
在一些实施例中，该方法包括存储与每个识别的最大值相关联的时间值，并且存储与识别的最小值相关联的时间值。
在一些实施例中，与每个最大值相关联的每个时间值指示感测到操作特性信号中的相应最大值的特定时间，与每个最小值相关联的每个时间值指示感测到操作特性信号中的相应最小值的特定时间。
在一些实施例中，压缩的机器健康参数数据集包括指示长时间段的起始时间的值、指示长时间段的结束时间的值以及指示包括长时间段的增量测量时间间隔的数量的值。
在一些实施例中，传感器是振动传感器，并且操作特性信号是振动信号。
在一些实施例中，该方法包括从压缩的机器健康参数数据集中对机器健康参数数据进行重构从而在显示装置上绘制。
在一些实施例中，在显示装置上绘制机器健康参数数据包括：沿着具有第一视觉特性的第一线绘制平均值与时间的关系图，沿着具有第二视觉特性的第二线绘制最大值与时间的关系图，其中第二视觉特性不同于第一视觉特性，并且沿着具有第三视觉特性的第三线绘制最小值与时间的关系图，其中第三视觉特性不同于第一视觉特性。
在一些实施例中，第二线是在显示装置上显示的阴影包封的上边界，第三线是阴影包封的下边界，并且第一线设置在阴影包封内。
在另一方面，本文描述的实施例涉及一种设备，其用于减少待存储在数据存储装置中的机器健康数据的数量，同时保留在收集机器健康数据期间的长时间段内的增量测量时间间隔期间发生的极限值的细节。该设备包括传感器、机器健康状况监控装置、一个或多个处理器以及数据存储装置。传感器感测机器的操作特性，并且生成操作特性信号。机器健康监控装置接收操作特性信号，并且基于该操作特性信号生成机器健康参数数据。机器健康参数数据包括指示机器操作特性的幅值和相关联的时间值。一个或多个处理器生成压缩的机器健康参数数据集。对于每个增量测量时间间隔，这涉及计算在增量测量时间间隔内发生的幅值幅值的平均值，识别在增量测量时间间隔内发生的幅值幅值的最大值，并且识别在增量测量时间间隔内发生的幅值幅值的最小值。数据存储装置存储压缩的机器健康参数数据集。
在一些实施例中，压缩的机器健康参数数据集包括与每个识别的最大值相关联的时间值和与每个识别的最小值相关联的时间值。
在一些实施例中，与每个最大值相关联的每个时间值指示感测到操作特性信号中的相应最大值的特定时间，与每个最小值相关联的每个时间值指示感测到操作特性信号中的相应最小值的特定时间。
在一些实施例中，压缩的机器健康参数数据集指示长时间段的起始时间的值、指示长时间段的结束时间的值以及指示包括长时间段的增量测量时间间隔的数量的值。
在一些实施例中，传感器包括振动传感器，并且操作特性信号包括振动信号。
在一些实施例中，该设备包括显示装置，其中一个或多个处理器从压缩的机器健康参数数据集中对机器健康参数数据进行重构从而在显示装置上绘制。
在一些实施例中，在显示装置上绘制的机器健康参数数据包括：沿着具有第一视觉特性的第一线绘制的平均值与时间的关系图，沿着具有第二视觉特性的第二线绘制的最大值与时间的关系图，其中第二视觉特性不同于第一视觉特性，以及沿着具有第三视觉特性的第三线绘制的最小值与时间的关系图，其中第三视觉特性不同于第一视觉特性。
在一些实施例中，第二线包括在显示装置上显示的阴影包封的上边界，第三线包括阴影包封的下边界，并且第一线设置在阴影包封内。
在一些实施例中，一个或多个处理器中的至少一个处理器是机器健康监控装置、便携式机器健康分析仪或连续在线机器健康监控系统的组件。
在一些实施例中，一个或多个处理器中的至少一个处理器是与便携式机器健康分析仪或连续在线机器健康监控系统通信的服务器计算机的组件。
在又一个方面，本文描述的实施例涉及一种用于处理并显示在长时间段内的增量测量时间间隔期间收集的机器健康数据的计算机实施的方法。在优选的实施例中，该方法包括：
(a)使用附接至机器的振动传感器感测机器的振动，并且生成振动信号；
(b)基于振动信号生成机器健康参数数据，其包括指示机器的操作特性的幅值和相关联的时间值；
(c)对于每个增量测量时间间隔：
计算在增量测量时间间隔内发生的幅值的平均值；
识别在增量测量时间间隔内发生的幅值的最大值；以及
识别在增量测量时间间隔内发生的幅值的最小值；
(d)将压缩的机器健康参数数据集存储在数据存储装置中，该压缩的机器健康参数数据集包括：
平均值；
最大值；
最小值；
与最大值相关联的时间值，每个时间值指示步骤(a)中感测到振动信号中的相应最大值的特定时间；以及
与最小值相关联的时间值，每个时间值指示步骤(a)中感测到振动信号中的相应最小值的特定时间；
(e)从压缩的机器健康参数数据集中对机器健康参数数据进行重构从而在显示装置上绘制；以及
(f)在显示装置上绘制机器健康参数数据，包括：
沿着具有第一视觉特性的第一线绘制平均值与时间的关系图；
沿着具有第二视觉特性的第二线绘制最大值与时间的关系图，其中第二视觉特性不同于第一视觉特性；以及
沿着具有第三视觉特性的第三线绘制最小值与时间的关系图，其中第三视觉特性不同于第一视觉特性。
附图说明
通过参照结合附图的详细描述，本发明的其它实施例将变得显而易见，其中为了更清楚地示出细节，元件不一定按比例绘制，其中相同的参考数字在一些视图中指示相同的元件，并且其中：
图1描绘了根据本发明的实施例的机器健康数据收集和分析系统；
图2描绘了根据本发明的实施例的用于处理并显示机器健康数据的方法；
图3a和图3b是根据本发明的实施例的在三个连续的五秒时间间隔期间收集的机器健康数据的平均值和极值的图形描绘；
图4是根据本发明的实施例的在十五分钟时间段期间收集的机器健康数据的平均值和极值的图形描绘；并且
图5是机器健康数据的平均值和极值的图形描绘，该机器健康数据包括加重的颜色渐变以生动显示多少值对最小值和最大值的每个绘制水平有贡献。
具体实施方式
图1描绘了包括附接至机器12上的、诸如振动传感器16的传感器的机器健康数据收集和分析系统10。在其它实施例中，可以感测除了振动之外的指示机器健康的参数，例如电流或磁通量。图2描绘了使用图1的系统10所执行的进程100，以收集、压缩并分析机器健康数据，并且将数据显示在图形绘图中，这使操作员轻松地确定机器12的全部健康。
如图1所示，机器12可以包括至少一个诸如由轴承b1、b2和b3所支撑的轴的旋转组件14。振动传感器16生成指示机器12的振动的振动信号，该振动信号包括与轴承b1、b2和b3相关联的振动分量。在优选的实施例中，振动信号通过诸如便携式机器健康分析仪18或连续在线机器健康监控系统20的一个或多个机器健康数据收集器被接收、调节并且转换为时间波形数字数据(图2的步骤102)。机器健康数据收集器18和20包括用于调节来自传感器16的振动信号并且基于振动信号生成时间波形数字振动数据的信号调节电路和模数转换电路。在各个实施例中，便携式机器健康分析仪18、或连续在线机器健康监控系统20或机器健康分析计算机24中的处理器执行图2的方法中的步骤104至110。
基于测量的振动数据，计算一个或多个机器健康参数(步骤104)。总体上，机器健康参数是可能随时间推移指示机器的总体健康的任意标量值或其它类型的值。这类机器健康参数的示例包括：从针对机械故障、电气问题、松动、气蚀、平衡、气隙、润滑、对齐、叶片流通和失速的健康计算规则得出的结果；具有多个输入或值诸如总振动的模糊规则；特征频率带宽的幅度；温度；峰值；比峰值更高的值；振动中谐波和非谐波部分之间的功率之比；以及其它健康指示值。
在优选的实施例中，长时间段内收集的机器健康参数数据分为多个连续的时间间隔。例如，每个时间间隔的持续时间可以是五秒。该数据可以包括基于所收集的振动数据以一秒的增量计算的机器健康参数值。这导致每个时间间隔计算出五个机器健康参数值。确定每个时间间隔的五个机器健康参数值的平均值(步骤106)，以及五个机器健康参数值的最大值和最小值(步骤108)。该压缩技术产生针对每个连续时间间隔所存储的三个数据值，而不是五个数据值(步骤110)。
优选地，压缩的振动时间波形数据被下载到机器健康数据库22中用于长期存储。数据库22中的数据可用于通过机器健康分析计算机24上运行的软件例程来分析。可选地，振动时间波形数据存储在便携式机器健康分析仪18或连续在线机器健康监控系统20的数据存储装置中。在优选的实施例中，系统10包括允许用户查看测量结果、选择某些测量参数并且提供本文所述的其它输入的用户界面28，诸如计算机监控器或触摸屏。
如图3b中所描绘的，通过绘制每个时间间隔的平均值(用×表示)与时间间隔中的最小(┴)值和最大(┬)值的组合来使数据可视化(图2中的步骤112)。这允许用户不仅可以看到最小值和最大值，而且还可以看到这些值偏离平均值多少。如上述示例中所述，原始数据(在图3a中所描绘的)可以包括三个五秒时间间隔的每个时间间隔中的五个数据点，而每个间隔的压缩的数据集仅包括三个数据点：最大值、最小值和平均值。对于该示例，仅存储平均值、最大值和最小值将产生(1–3/5)×100％＝40％的压缩比。
在优选的实施例中，还存储与每个间隔的最大值和最小值相对应的时间值。在一些情况下，这些时间值可以帮助分析人员更好地理解最大值或最小值与平均值有显著差异的原因。例如，可能在与最大值或最小值的时间相对应的时间发生一个具体的可识别事件。
图4描绘了在15分钟时间间隔内压缩的全部机器健康趋势数据的示例性绘图。以粗线表示的运行平均值，并且以阴影包封的上边界和下边界表示最大值和最小值。
图5描绘了通过图形显示实施例而生成的示例性绘图，该图形显示包括加权的颜色渐变，以生动显示多少值对最小值和最大值的每个绘制水平有贡献。
出于说明和描述的目的，已经给出了本发明的优选的实施例的前述描述。它们并不旨在穷举或将本发明限制于所公开的精确形式。根据以上教导，显而易见的修改或变化是可能的。选择和描述实施例是为了提供对本发明原理及其实际应用的最佳说明，从而使本领域的普通技术人员能够在各个实施例中以适合预期的具体用途的各种修改来利用本发明。当根据它们被公正、合法和公平地授权的宽度来解释时，所有这些修改和变化都在由所附权利要求书所确定的本发明的范围内。
1.一种计算机实施的方法，用于减少待存储在数据存储装置中的机器健康数据的数量，同时保留在收集机器健康数据期间的长时间段中的增量测量时间间隔内发生的极值的详细内容，所述方法包括：
(a)使用附接至所述机器的传感器感测机器的操作特性，并且生成操作特性信号；
(b)基于所述操作特性信号生成机器健康参数数据，所述机器健康参数数据包括指示所述机器的所述操作特性的幅值和相关联的时间值；
(c)对于每个增量测量时间间隔，计算在所述增量测量时间间隔内发生的所述幅值的平均值；
(d)对于每个增量测量时间间隔，识别在所述增量测量时间间隔内发生的所述幅值的最大值；
(e)对于每个增量测量时间间隔，识别在所述增量测量时间间隔内发生的所述幅值的最小值；
(f)将压缩的机器健康参数数据集存储在数据存储装置中，所述压缩的机器健康参数数据集包括在所述增量测量时间间隔内的所计算的平均值以及所识别的最大值和最小值。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
对于步骤(d)中识别的每个最大值，存储与所述最大值相关联的时间值；以及
对于步骤(d)中识别的每个最小值，存储与所述最小值相关联的时间值。
3.根据权利要求2所述的方法，其中与每个最大值相关联的每个时间值指示步骤(a)中感测到所述操作特性信号中的相应最大值的特定时间，与每个最小值相关联的每个时间值指示步骤(a)中感测到所述操作特性信号中的相应最小值的特定时间。
4.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(f)进一步包括存储所述压缩的机器健康参数数据集，所述压缩的机器健康参数数据集包括指示所述长时间段的起始时间的值、指示所述长时间段的结束时间的值以及指示包括所述长时间段的增量测量时间间隔的数量的值的。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述传感器包括振动传感器，并且所述操作特性信号包括振动信号。
6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括从所述压缩的机器健康参数数据集中对机器健康参数数据重构从而在显示装置上绘制。
7.根据权利要求6所述的方法，其中在所述显示装置上绘制所述机器健康参数数据包括：沿着具有第一视觉特性的第一线绘制所述平均值与时间的关系图，沿着具有第二视觉特性的第二线绘制所述最大值与时间的关系图，其中所述第二视觉特性不同于所述第一视觉特性，并且沿着具有第三视觉特性的第三线绘制所述最小值与时间的关系图，其中所述第三视觉特性不同于所述第一视觉特性。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述第二线包括在所述显示装置上显示的阴影包封的上边界，所述第三线包括所述阴影包封的下边界，并且所述第一线设置在所述阴影包封内。
9.一种设备，用于减少待存储在数据存储装置中的机器健康数据的数量，同时保留在收集机器健康数据期间的长时间段中的增量测量时间间隔期间发生的极值的细节，所述设备包括：
传感器，用于感测机器的操作特性，并且生成操作特性信号；
机器健康监控装置，其接收所述操作特性信号，并且基于所述操作特性信号来生成机器健康参数数据，所述机器健康参数数据包括指示所述机器的操作特性的幅值和相关联的时间值；
一个或多个处理器，其生成压缩的机器健康参数数据集，对于每个增量测量时间间隔：
计算在所述增量测量时间间隔内发生的所述幅值的平均值；
识别在所述增量测量时间间隔内发生的所述幅值的最大值；以及
识别在所述增量测量时间间隔内发生的所述幅值的最小值；以及
存储装置，存储所述压缩的机器健康参数数据集。
10.根据权利要求9所述的设备，其中所述一个或多个处理器生成所述压缩的机器健康参数数据集以包括与每个识别的最大值相关联的时间值和与每个识别的最小值相关联的时间值。
11.根据权利要求10所述的设备，其中与每个最大值相关联的每个时间值指示感测到所述操作特性信号中的相应最大值的特定时间，与每个最小值相关联的每个时间值指示感测到所述操作特性信号中的相应最小值的特定时间。
12.根据权利要求9所述的设备，其中所述一个或多个处理器生成所述压缩的机器健康参数数据集以包括指示所述长时间段的起始时间的值、指示所述长时间段的结束时间的值以及指示包括所述长时间段的增量测量时间间隔的数量的值。
13.根据权利要求9所述的设备，其中所述传感器包括振动传感器，并且所述操作特性信号包括振动信号。
14.根据权利要求9所述的设备，进一步包括显示装置，其中所述一个或多个处理器从所述压缩的机器健康参数数据集对所述机器健康参数数据进行重构从而在所述显示装置上绘制。
15.根据权利要求14所述的设备，其中在所述显示装置上绘制的机器健康参数数据包括沿着具有第一视觉特性的第一线绘制的所述平均值与时间的关系图，沿着具有第二视觉特性的第二线绘制的所述最大值与时间的关系图，所述第二视觉特性不同于所述第一视觉特性，以及沿着具有第三视觉特性的第三线绘制的所述最小值与时间的关系图，其中所述第三视觉特性不同于所述第一视觉特性。
16.根据权利要求15所述的设备，其中所述第二线包括在所述显示装置上显示的阴影包封的上边界，所述第三线包括所述阴影包封的下边界，并且所述第一线设置在所述阴影包封内。
17.根据权利要求9所述的设备，其中所述一个或多个处理器中的至少一个是所述机器健康监控装置、便携式机器健康分析仪或连续在线机器健康监控系统的组件。
18.根据权利要求17所述的设备，其中所述一个或多个处理器中的至少一个是与所述机器健康监控装置、所述便携式机器健康分析仪或所述连续在线机器健康监控系统通信的服务器计算机的组件。
19.一种计算机实施的方法，用于处理并显示在长期的时间段内的增量测量时间间隔期间收集的机器健康数据，包括：
(a)使用附接至所述机器的振动传感器感测机器的振动，并且生成振动信号；
(b)基于所述振动信号生成机器健康参数数据，所述机器健康参数数据包括指示所述机器的操作特性的幅值和相关联的时间值；
(c)对于每个增量测量时间间隔：
计算在所述增量测量时间间隔期间发生的所述幅值的平均值；
识别在所述增量测量时间间隔期间发生的所述幅值的最大值；以及
识别在所述增量测量时间间隔期间发生的所述幅值的最小值；
(d)将压缩的机器健康参数数据集存储在所述数据存储装置中，所述压缩的机器健康参数数据集包括：
所述平均值；
所述最大值；
所述最小值；
与所述最大值相关联的时间值，每个时间值指示步骤(a)中感测到所述振动信号中的相应最大值的特定时间；以及
与所述最小值相关联的时间值，每个时间值指示步骤(a)中感测到所述振动信号中的相应最小值的特定时间；
(e)从所述压缩的机器健康参数数据集中重构所述机器健康参数数据从而在所述显示装置上绘图；以及
(f)在所述显示装置上绘制所述机器健康参数数据，包括：
沿着具有第一视觉特性的第一线绘制所述平均值与时间的关系图；
沿着具有第二视觉特性的第二线绘制所述最大值与时间的关系图，其中所述第二视觉特性不同于所述第一视觉特性；以及
沿着具有第三视觉特性的第三线绘制所述最小值与时间的关系图，其中所述第三视觉特性不同于所述第一视觉特性。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述第二线包括在所述显示装置上显示的阴影包封的上边界，所述第三线包括所述阴影包封的下边界，并且所述第一线设置在所述阴影包封内。
技术总结