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

ICS25.040.40

N18

中华人民

和国E家标准

Gß/T22281.2-2011月SO13374-2:2008

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

Conditionmonitoringanddiagnosticsofmachines-

Dataprocessing,communicationandpresentation-

Part2:Dataprocessing

CISO13374-2:2008,IDT)

2012-05-01实施

2011-12-30发布

中华人民共和国国家股量监督检验检菇总局

发布

中国国家标准化管理委员会

GB/T22281.2-2011/ISO13374-2,2008

吕次

前言-………-‘…………应

引言…………………N

I范围……………...1

2规范性引用文件………………………...1

3CM&.D信息体系结构要求..

3.1概述-

3.2语义定义要求………...................…..........…2

3.3概念信息模型要求…………-…….2

3.4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

3.7兼容性规范……………-…………-…………3

4CM&.D处理体系结构要求………...…….3

4.1概述…………...…………..3

4.2数据采集(DA)块……………...……...……………4

4.3数据操作(DM)块………E……............………..5

4.4状态检测(SD)块………………..6

4.5健康评价(HA)块………………...……………7

4.6预后评估(PA)块...………-…...……-…………………8

4.7提出建议他ω块…·

4.8块配置…………………-…..………………..10

4.9外部系统………………………11

4.10数据归档………………………...11

4.11技术显示………..…-…-…………-…-………….11

4.12信息表达…………-………-…11

4.13兼容性规范……………11

附录A(资料性附录〉兼容性规范……..…………14

附录B(资料性附录)UML、XML和中间件的参考资料…………………·…19

参考文献………………...………...………-……….27

I

GB/T22281.2-2011/18013374-2,2008

自日昌

GB/T22281((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z

←→第l部分:总则;

←→第2部分2数据处理;

一→第3部分z通信要求。

本部分为GB/T22281的第2部分。

本部分按照GB/T1.1-2009给出的规则起草囚

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/T22281.1一2008机器的状态监测和诊断数据处理、通信和表达第l部分z总则

(lSO13374-1,2003,IDT)

本部分的技术内容和组成结构与ISO13371-2，2008((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))(英文版〕相一致，只在需要的地方，做了个别编辑性修改=

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，按照我国留家标准重新起草了前言;

将本部分中出现的已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，

一一一在附录B中增加了表B.l、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、黄双辛辛。

回

Gß/T22281.2-2011/18013374-2,2008

百l同古

目前为机器的状态监测和诊断(CM&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，就元法便利地进行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。一一一一千二时也

N

Gß/T22281.2-2011/18013374-2,2008

机器的状态监测和诊断

数据处理、通信手口表达

第2部分:数据处理

1范围

GB/T22281的本部分详细说明了开放的状态监测和诊断(Cond山Qnmonitoringandd吨nostlcs，

CM&D)体系结构需要符合的参考信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系统的互操作段。

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，仅注目期的版本适用于本文

件。凡是不注目期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

GB/T22281.1-2008机器的状态监测和诊断数据处理、通信和表达第1部分z总则

CISO13374-1,2003,IDT)

ISO/IEC14750，1999信息技术开放式分布处理接口定义语言CInformationtechnology一

OpenDistrihutedProcessing-InterfaceDefinitionLanguage)

3CM&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l中所示的

五层中的每一层的内容。

层5

数据立档定义

层4

参考数据库

层3

实现数据模型

层2

概念性信，包模型

层1

语义定义

图1CM&D信息体系结构层次

1

GB/T22281.2-2011/ISO13374-2:2008

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使于理解，一个开放的CM&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(conceptualinformationmodel)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F晶拍τ4艺到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

，其与如何物理存储或访问

数据无关。此概念信以及数据完整性。使用

概念性模式，可以

ISO/IEC19501

统一建模语言0

3.4

息的条目)、

cessÎngpost-scaling

CPB)颜谱、时域波形、样品试

验数据、温度记录图像和二进制大对或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Cfilcdescription

schemaformat)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(relationalinformationschemaformat)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"空间的名称气或数据库表名〕、表内数据的

"内容气或列)、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

2

GB/τ22281.2-2011/18013374-2,2008

相关联。

可扩展标记语言(XML)模式定义(XSD)是推荐定义语言。XML是万维网联盟(W3C)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1SO8879(GB/T14814-1993)，以标准通

用标记语言(SGML)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四1.0版规范已

于1998年2月10日被W3C接纳，并成为W3C的"推荐标准"2001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文挡的

结构，并提供了钩子(hook)以使语义和这些词汇产生关驳。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盼。

不论选择哪科1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自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据库囚该规范宜增加并维

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、f重视位置类型码、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(rootcausecode)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数据文档定义要求

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/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

式实浮点、整数、字符及可变字符串。

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文挡的定义和XML解析器以及能够验证文裆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3.1~3.6中描述的信息结构。M1MOSA是一个非赢利

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M1MOSA的用于企业

应用集成的开放系统结构(OSA-EA1™)规范。附录A更详细地描述了此规范a

4CM&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

GB/T22281.2-2011/18013374-2,2008

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

(DataAcquisition，DA)中被转变为数字形式，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1SD块负责评估数据质髦。输出宜认定为

好、差或未确定。

GB/T22281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a这些误差的来源包括仪器校准、环境噪声、信号调节和处理、计算机舍入、人为引起的输人

以及它们的组合效应。

传感器/变法器/λ工录λ

数据采集(OA)

数据操作(DM)

卜一

状态捡涮(SD)

外部系统、

数据归档和

技术显示和

块配置

信且表达

健康评价凹的

预后评估(PA)

提出建议(AG)

因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Clegacysensor)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来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/T22281.2-2011/18013374-2,2008

数据来JI!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

模拟

数字人工

数据

数据

数据

DA控制触发器

〈用于运行状态

通知〉

数据纽肘'

器/归挡

DA处理

DA间步信号

·收集模拟数据、数字数据和1人工数据3

(用于事迦逝

.将模拟数据转变为数字数据

同步数据来JI!)

DA配置

(DA盘割位置数

据、DA参数等〉

DA数据

(具有时间翻和

数据质盘指标

的数字化数据〉块配置

图3数据采集块

所有DA块的输出应包含以下各项z

数字化数据，

时序数据/时间基准数据，通常参考UTC和地方时区;

一一数据质量指标(例如"差的"、"好的"、"未知的"、"在检查中"等)。

数字化数据的实例包括z

一一标量数据的浮点值;

一一一动态数据帽值和时间序列，

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/水样品数据的样品试验结果。

4.3数据操作(DM)块

如图4I.í厅详细说明的，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/T22281.2-2011/18013374-2,2008

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

DADM(级联的〕

DA数据缓冲

区/归极

DM配置

DM处理

(DM浏览位置数

·执行信号处理{例如，滤波、开由、FFT)

据和DM算法参数等)

.执行同步或非同步平均:

·执行算法计算g

DM数据缓

·执行特征提取

冲区/归挡

。M数据

〈带有时间融和数据

质量指示器的

至其他块

块配ït

描述符数据〉

图4数据操作块

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5

虚拟传感器(进口压力和出口压力的压差);

加速度积分/位移的双重积分;

滤波3

Y::!一化;

一一包括采样率的时间序列。

4.4状态检测(8D)块

如留5所示，SD块(有时也称为"状态觉察勺的主要功能是将DM和(或)DA输出值与预期的基线

类数值或操作限值相比较，以便产生具有各自的界限超过数(boundaryexceedance)的枚举状态指标。

该SD块产生的指标可以被健康评价块利用来产生警报和警告。当能够获取适宜数据时，SD块宜根据

运行内容生成评估结果，运行内容易受运行状态或运行环境影响。

6

GB/T22281.2-2011/ISO13374-2,2008

状态检阅块

将数据分类井产生用于盘跑位置、部件或革统的描述符，例如正常的"或

"异常的其包括相应的运行情景中的异常程度.

也称为"状态觉察"

DADMSD(级联的〉

SD运行数据

〈来自外部系统

DM/DA数据

的荷载等〉

缓刑'区/归挡

SD处理

·计算状态/统计指标的当前值3

.评价状在

SD数据经喝一一+

忡区I!l'!档

SD配贸

(SD位笠/部件/

军统数据、

SDt手法参数等〉

SD数据

〈当前的枚举状态指标、

界限超过数以且具有时

伺毅和数据质提指标的

至其他块

块配置

统计卦析数据〉

圈5状态检测块

通常，此处理块提供有助于健康评价块进行诊断所用的数据。该SD块可利用DA和DM的当前

输出和历史输出来评价当前状态。其可以提供数据操作和传感器模块控制l信号，例如，采集进度安排命

令、数据触发器以及处理指令。

SD块的输出的实íJ~包括2

枚举状态指标;

阂值界限警报;

向上/向下偏离阂值界限的严重程度;

一一改变警报的等级;

←一异常程度;

一一统计分析，其使用参数方法和非参数方法，例如，Weibull和Gaussian分布。

4.5健康评价(HA)块

如图6所示，日A块是一个信息块，其利用来自人或自动代理(automatedagent)的专门技能来确定

设备的当前健康状况以及诊断存在的故障状态。HA块通过将DA、DM、SD和其他HA块的输出结合

在一起来确定健康状态和潜在的故障。

7

GB/T22281.2-2011/1S013374-2:2008

健康评价块

使用相关运行情景中已发现的异常状态的根关诠断，进行部件当前健康状态或

革统当前健康状态伯专门代理评价.还可能包括证据和解释信息

DADMSOHA(级联的〉

效。还可进

行块还可输出解

运行用法模型(operational

usagemodeD，给出被监控设备的未主赞~业伞却品撑露在M、四、HA和其他PA块的输出以

及应用基于所提供的预测设备利用率(operationalutilization)的预后算法或模型，此块确定了健康及故

障模式的未来状态曰为了有助于算法或模型，HA块还可检索账户的历史故障数据和运行历史，以及预

测的与设备利用率有关的故障率。

预后层可报告未来时刻的健康等级或可评估在预测使用情形下资产的剩余寿命。未来健康或剩余

寿命的评估还可包括与预测故障状态相关的预后。还可进行未来风险优先数(RPN)的计算。此块的

输出包括具有相关似然概率的部件/系统未来健康等级和未来故障事件。输出数据结构中可包括模糊

组和多假设的建模。PA块还可输出解释，该解释详细说明了关于所提出的故障事件或健康等级的

证据。

8

GB/T22281.2-2011/ISO13374-2,2008

预后评估块

使用预翻运行情景中相关拍预吉普异常状态和剩企寿命，进行