Diagnostic Feature Designer

Интерактивно извлеките, визуализируйте и оцените функции из измеренных или моделируемых данных для диагностики и прогнозирования машины

Описание

Приложение Diagnostic Feature Designer позволяет вам выполнить фрагмент проекта функций рабочего процесса прогнозирующего обслуживания с помощью многофункционального графического интерфейса. Вы проектируете и сравниваете функции в интерактивном режиме, а затем определяете, какие функции лучше всего различать данные от номинальных систем и от неисправных систем. Наиболее эффективные функции в конечном счете становятся вашими индикаторами состояния для диагностики и прогнозирования отказа.

Используя это приложение, вы можете:

  • Импорт измеренных или моделируемых данных из отдельных файлов, файла ансамбля или ансамбля datastore, который ссылается на файлы, внешние по отношению к приложению.

  • Интерактивно визуализируйте данные, чтобы построить график переменных ансамбля, которые вы импортируете или которые вы вычисляете в приложении. Группируйте данные по метке условия на графиках, чтобы вы могли четко увидеть, поступают ли данные представителя из номинальных или неисправных систем.

  • Выведите новые переменные, такие как синхронные средние сигналы или спектры порядка точности. Приложение выполняет обработку на всех представителях ансамбля с помощью одной команды.

  • Сгенерируйте функции из ваших переменных и визуализируйте их эффективность с помощью гистограмм. Функции включают статистику сигналов, нелинейные метрики, метрики вращающегося машинного оборудования и спектральные метрики.

  • Используйте условное ранжирование с маркированными функциями, чтобы вы могли определить, какие из них с наибольшей вероятностью различают номинальное и дефектное поведение.

  • Используйте прогностический рейтинг с функциями, извлеченными из данных прогона до отказа, так что можно определить, какие из них с наибольшей вероятностью будут указывать на оставшийся срок полезного использования (RUL).

  • Экспортируйте свои наиболее эффективные функции непосредственно в Classification Learner для получения дополнительной информации об эффективности признаков и для обучения алгоритмов.

  • Сгенерируйте код для функций, которые вы выбираете, чтобы вы могли воспроизводить, настраивать и автоматизировать расчеты признаков в MATLAB® функция.

Чтобы начать работу с приложением, вы должны иметь данные из своих систем, доступные в рабочем пространстве MATLAB. Для получения информации об организации данных для импорта в приложение, смотрите Организовать Системные данные для Diagnostic Feature Designer.

Diagnostic Feature Designer app

Откройте приложение Diagnostic Feature Designer

  • MATLAB панели инструментов: На вкладке Apps, в разделе Control System Design and Analysis, нажмите значок приложения.

  • Командная строка MATLAB: Ввод diagnosticFeatureDesigner.

Параметры

Вкладка Конструктор объектов

Инициируйте новый сеанс приложения путем импорта исходных данных в приложение из вашего рабочего пространства MATLAB. Можно импортировать данные из таблиц, расписаний, массивов ячеек или матриц. Можно импортировать данные из источника, который объединяет данные нескольких представителей ансамбля, или импортировать каждый представитель ансамбля по отдельности. Можно также импортировать ансамбль datastore, который содержит информацию, позволяющую приложению взаимодействовать с внешними файлами данных. Ваши файлы могут содержать фактические или моделируемые данные измерений во временной области, спектральные модели или таблицы, имена переменных, условие и операционные переменные и функции, которые вы сгенерировали ранее. Diagnostic Feature Designer объединяет все данные представителя в один ансамбль наборов данных. В этом наборе данных каждая переменная является коллективным сигналом или моделью, которая содержит все отдельные значения представителей.

Дополнительные сведения об импорте данных см. в разделе Импорт данных в Diagnostic Feature Designer.

Для получения дополнительной информации о терминах, связанных с ансамблями данных, смотрите Подробнее о.

Для получения дополнительной информации об организации данных для импорта в приложение, смотрите Организовать Системные данные для Diagnostic Feature Designer.

Задайте настройки для того, как Diagnostic Feature Designer выполняет расчеты и где приложение хранит результаты. Computation Options открывает диалоговое окно, которое принимает эти настройки. Некоторые опции видны только при определенных условиях:

  • Independent Variable - Доступные независимые переменные (IVs). Варианты доступны, когда вы задаете больше чем один IV для по крайней мере одного сигнала в процессе импорта. Ваш выбор изменяет IV всех применимых сигналов.

  • Data Handling Mode - Полный сигнал или основанный на кадре. Всегда доступно

  • Results Return Location - запись результатов в исходную папку или в локальный набор данных. Доступно только при импорте объекта ensemble datastore.

  • Use Parallel Computing - Технологический ансамбль представителей параллельно. Доступно только при установке Parallel Computing Toolbox™.

Для получения дополнительной информации смотрите Расчет Опций.

Выберите опции для обработки данных в новые сигналы. Используйте эти новые сигналы как входы к другим опциям обработки или как входы к генерации признаков. Большинство опций обработки работают с каждым представителем ансамбля. Можно также выполнить обработку ансамбля на уровне, чтобы просмотреть, как ансамбль ведет себя как единое целое. Каждый выбор опции открывает новую вкладку для ваших спецификаций. Выбор опции также открывает вкладку общего Data Processing, если эта вкладка еще не открыта. Вкладка Data Processing предоставляет информацию о входном сигнале.

Чтобы задать сигнал для обработки, выберите переменную в браузере данных перед выбором опции обработки данных. Чтобы изменить сигнал после открытия вкладки опций, закройте вкладку опций и выберите новый сигнал либо в браузере данных, либо из меню Signal на вкладке Data Processing.

Для получения информации о вариантах смотрите:

Вычислите функции во временном интервале. Signal Features применяются к любым сигналам. Rotational Machinery Features являются специализированными метриками, которые применяются к передаче. Nonlinear Features обеспечивают метрики, которые характеризуют хаотическое поведение в сигналах вибрации. Каждый выбор открывает диалоговое окно для вашего исходного сигнала и спецификаций функций. Для получения дополнительной информации смотрите:

Спектральные функции обеспечивают метрики частотного диапазона на ваших данных. Чтобы вычислить спектральные функции, вы должны уже иметь спектр степени или переменную спектра порядка точности. Выбор Spectral Features открывает диалоговое окно для спецификаций исходного сигнала и функций. Для получения дополнительной информации см. «Спектральные функции».

Откройте вкладку рейтинга функции, которая позволяет вам выполнить классификацию и прогностическое ранжирование для выбранной таблицы функции. Для получения дополнительной информации см. раздел Вкладка ранжирования функций.

Экспортируйте функции, или весь ваш набор данных, чтобы использовать их или делиться ими вне приложения. Сгенерируйте код, чтобы воспроизвести расчеты функций в функции MATLAB.

  • Для экспорта функции обе опции открывают неотключенный список, доступный для выбора. При экспорте в рабочее пространство MATLAB можно использовать методы командной строки с функциями. При экспорте в Classification Learner открывается Classification Learner сеанс, в котором в качестве входных данных используются выбранные функции.

    Если вы ранжировали функции и хотите выбрать функции для экспорта из ранжированного списка, используйте Export с вкладки Feature Ranking.

  • Для генерации кода, первая опция, Generate Function for Features, позволяет вам сгенерировать код MATLAB с простым набором спецификаций для таблицы признаков, алгоритма ранжирования и количества функций. Используйте эту опцию, когда вы хотите сгенерировать код для функций, основанный исключительно на рейтинге, или когда вы хотите сгенерировать код для всех ваших функций.

    Вторая опция генерации кода, Generate Function for..., позволяет вам настроить выбор элементов для включения в функцию. Для примера можно фильтровать выбор на основе таких критериев, как входной или выходной текст. Можно включать сигналы и спектры, которые не используются в выбранных функциях. Выбор Generate Function for... открывает доступный для выбора список всех сгенерированных вами сигналов, функций и рейтинговых таблиц. Generate Function for... также открывает вкладку Code Generation, которая обеспечивает возможность фильтрации для списка. Используйте фильтр, чтобы просмотреть только те элементы, которые соответствуют критерию фильтра. Для выбора выходов можно использовать различные фильтры. Чтобы просмотреть все выбранные параметры независимо от фильтра, нажмите кнопку Sort by Selection. В этой опции перечислены все доступные выходы с элементами, выбранными сверху. Для получения дополнительной информации см. вкладку Генерация кода.

    Если у вас есть указанные данные на основе фрейма (см. «Опции расчетов»), нажмите Generate Function for... сначала откроется список с выбранными спецификациями систем координат. Элементы вашего сгенерированного кода должны либо работать с полным сигналом, либо все использовать ту же спецификацию системы координат.

    Для получения дополнительной информации о том, как сгенерировать код в приложении, смотрите Автоматическую редукцию данных с использованием сгенерированного кода MATLAB и Сгенерируйте функцию MATLAB в Diagnostic Feature Designer.

Для получения дополнительной информации об опциях Export смотрите:

Вкладка Signal Trace, вкладка Спектр и вкладка Order Spectrum

Используйте Panner, чтобы фокусироваться на сегментах данных в заданной области значений осей X и изменить шкалу графика. Под основным графиком Panner предоставляет полосный график. Чтобы фокусироваться на разделе основного графика, перемещайте указатели. Чтобы изменить шкалу графика, выберите один из опций в Scale.

Используйте Ensemble View Preferences, чтобы контролировать, как вы рассматриваете ваши данные как ансамбль:

  • Group by - Сгруппировать данные по метке переменной условия. Приложение использует цвет группы меток для каждого представителя ансамбля. Для примера, если ваша переменная условия faultCode с метками healthy и degraded, приложение использует один цвет для данных со healthy данные и другой цвет для данных с degraded метка.

  • Configure View - Укажите количество представителей ансамбля, отображать ли изменения между представителями. Выбор этой опции открывает диалоговое окно для спецификаций. Для получения дополнительной информации см. раздел Настроек представления ансамбля».

Задайте, как построить несколько переменных вместе.

  • Выберите для создания отдельных графиков, отображаемых вертикально, каждый с уникальным масштабированием по оси Y.

  • Очистить, чтобы создать один график, который накладывает все трассировки и использует одну шкалу оси Y.

На графике сигнала или спектра вы подсвечиваете отдельный представителя, установив курсор на трассировке представителя. Выберите Show Signal Information, чтобы отобразить как представитель переменной, так и метку условия для этого представителя в правом нижнем углу.

Выберите Data Cursors, чтобы отобразить значения ключевых точек в сигнале. Курсоры данных являются горизонтальными и вертикальными полосами, которые вы позиционируете над интересующей точкой, такой как пиковое значение. Курсоры отображают положения x и y. Чтобы отобразить расстояние между курсорами, выберите Show Signal Information. Чтобы заблокировать панели так, чтобы они перемещались вместе, выберите один из Lock Spacing опций.

Вкладка Гистограмма

Щелкните Select Features, чтобы открыть доступный для выбора список функций для построения графика. Используйте Select Features, например, когда вы сгенерировали много функции, но вы хотите фокусироваться на подмножестве в одной панели графика.

Выберите переменную условия, на которой будут базироваться гистограммы функций. Гистограммы функции используют цвет, чтобы визуализировать разделение групп данных с различными метками для этой переменной условия.

Пример: faultCode

Определите разрешение гистограммы, как ведется Вашим выбором Bin Width, Bin Method, Number of Bins, и Bin Limits. Настройки интервала применяются ко всем гистограммам для таблицы функций

Настройки интервала не являются независимыми. Алгоритм использует порядок приоритета, чтобы определить, что использовать:

  • Этот Binning Method является драйвером по умолчанию для ширины интервала.

  • Спецификация Bin Width переопределяет метод раскладывания.

  • Ширина интервала и независимая Bin Limits управляют количеством интервалов. Спецификация Number of Bins имеет эффект только, когда значение Group By none.

    Для получения дополнительной информации о интерпретации и настройке гистограмм смотрите Сгенерировать и Настроить гистограммы функций.

Вкладка Ранжирование функций

Выберите метод классификационного рейтинга, чтобы оценить, насколько эффективно каждая функция разделяет данные с различными метками условий. Если вы уже оценили свои функции, можно снова оценить с другим методом и отобразить получившиеся рейтинги вместе. Каждый метод использует другой статистический метод.

Меню различает двухклассовый и многоклассовый методы рейтинга.

  • Двухклассовые методы - Используются, когда ваша переменная условия (CV) имеет только две метки, такие как healthy и faulty. Значение по умолчанию для методов с двумя классами T-Test.

  • Многоклассовые методы - используйте, когда ваша переменная условия имеет более двух меток, таких как healthy, faultCode1, и faultCode2. Значение по умолчанию для многоклассовых методов One-way ANOVA

Метод рейтинга по умолчанию для переменных условия двух классов, t-test, является самым простым методом, поскольку использует только средства двух маркированных групп, а не их распределения. t-test в основном используется для идентификации неэффективных функций, которые нужно сбросить.

В таблице изложено влияние конкретных критериев на выбор метода ранжирования.

КритерийМетод рейтинга
Тип переменной условия
  • Мультикласс CV - Однофакторный дисперсионный анализ, Крускаль-Уоллис

  • Двухклассный CV - T-тест, энтропия, бхаттачарья, Wilcoxon, ROC

Критерий оценки функций
  • Среднее различие - T-тест (в основном для отброса неэффективных функций)

  • Наложение распределения - Все другие

Форма распределения
  • Гауссов - T-тест, энтропия, бхаттачарья, однофакторный дисперсионный анализ

  • Не-Гауссов - ROC, Уилкоксон, Крускаль-Уоллис

Базис желаемого метода
  • Тест гипотезы - T-тест, однофакторный дисперсионный анализ, Wilcoxon, Kruskal-Wallis

  • Измерение расстояния - энтропия, Bhattacharyya, ROC

Выбор метода активирует новую вкладку с именем, соответствующим методу рейтинга. Для получения дополнительной информации об этой активированной техникой вкладке см. Ranking Technique Tab.

Для получения дополнительной информации о методах рейтинга смотрите:

Выберите прогностический метод рейтинга, чтобы оценить, насколько эффективно каждая функция отслеживает деградацию вашего ансамбля представителей, когда у вас есть данные о сбое. Функции высшего ранга лучше всего предсказывают оставшийся срок полезного использования (RUL).

Приложение предоставляет три прогностических метода рейтинга, все из которых оценивают функции по шкале от 0 до 1. Один метод, Monotonicity, всегда доступен. Другие два метода, Trendability и Prognosability, доступны только, когда вы используете основанные на кадрах данные. Меньшие сегменты данных в основанных на кадрах данных позволяют отслеживать небольшие изменения, которые вызваны деградацией.

  • Monotonicity характеризует тренд функции, когда система развивается к отказу. Когда система постепенно приближается к отказу, подходящий индикатор состояния имеет монотонный положительный или отрицательный тренд. Для получения дополнительной информации см. monotonicity.

  • Trendability обеспечивает меру подобия между траекториями функции, измеренной во многих экспериментах по запуску отказа. Тенденциозность индикатора состояния кандидата определяется как наименьшая абсолютная корреляция между измерениями. Для получения дополнительной информации см. trendability.

  • Prognosability является мерой изменчивости функции при отказе относительно области значений между ее начальным и конечным значениями. Более предсказуемая функция имеет меньше изменения при отказе относительно области значений между ее начальным и конечным значениями. Для получения дополнительной информации см. prognosability.

Выбор метода активирует новую вкладку с именем, соответствующим методу рейтинга. Для получения дополнительной информации об этой активированной техникой вкладке см. Ranking Technique Tab.

Для примера использования прогностического рейтинга в приложении, смотрите Выполните Прогностический Рейтинг Функции для Ухудшающей Системы Используя Diagnostic Feature Designer.

Выберите переменную условия, которая обеспечивает метки для используемого алгоритма ранжирования классификации.

Задайте метод рейтинга, по которому нужно отсортировать, когда вы сравниваете результаты различных методов рейтинга. Когда вы используете один метод рейтинга, приложение отображает результаты в порядке важности, как указано в счет рейтинга для этого метода. Когда вы сравниваете результаты для нескольких методов, измените Sort By, чтобы изменить метод, который управляет порядком сортировки.

Задайте этот параметр, чтобы исключить счета для определенной методики. Используйте этот параметр, например, когда вы сравниваете результаты нескольких рейтингов, и вы хотите упростить отображение, исключив рейтинги, которые не влияют на выбор признаков.

Экспортируйте функции, чтобы использовать их или делиться ими за пределами приложения. обе опции открывают выборочный список, отсортированный по рейтингу. При экспорте в рабочее пространство MATLAB можно использовать методы командной строки с функциями. При экспорте в Classification Learner открывается Classification Learner сеанс, в котором в качестве входных данных используются выбранные функции.

Если вы хотите экспортировать весь набор данных из приложения, используйте Export с вкладки Feature Designer.

Можно также сгенерировать код, который воспроизводит расчеты для выбранных переменных и функций. Для получения дополнительной информации см. описание опций генерации кода в разделе Экспорт на вкладке Feature Designer. Когда вы генерируете код используя Generate Function for Features на вкладке Feature Ranking Ranking Method по умолчанию задается метод, заданный в Sort By.

Вкладка Метод рейтинга

Настройка значения корреляции позволяет вам просматривать функции, которые передают подобную информацию более высоким функциям. Этот экран обеспечивает более разнообразный набор функций в верхних рангах.

Критерием для скрининга является набор коэффициентов перекрестной корреляции, которые функция имеет с более высокими функциями. Высокая перекрестная корреляция между двумя функциями подразумевает, что обе функции разделяют группы условий аналогично и предоставляют избыточную информацию. При значении по умолчанию 0 приложение не включает избыточность функции в рейтинговые счета. Когда вы увеличиваете значение важности корреляции, приложение увеличивает влияние перекрестной корреляции функций на счет рейтинга функций. Это увеличивающееся влияние постепенно снижает счет избыточных функций.

Схема нормализации выполняет независимую нормализацию между представителями для каждой функции. Нормализация позволяет проводить более прямые сравнения между функциями. Приложение отображает определяющее уравнение для схемы, которую вы выбираете непосредственно под вашим выбором.

Эта опция доступна только для методов классификационного рейтинга.

Щелкните Apply, чтобы вычислить рейтинг с заданными параметрами. Вкладка Feature Ranking в области графического изображения отображает результаты как графически, так и таблично. Это отображение также включает результаты для алгоритма ранжирования по умолчанию и для любых других методов рейтинга, которые вы вычисляли ранее.

Когда вы вычисляете рейтинг, приложение отключает Apply, пока вы не измените параметр. Ранжирование на вкладке можно вычислить несколько раз. Каждый раз, когда вы изменяете параметры и вычисляете рейтинг, новые результаты перезаписывают предыдущие результаты на вкладке plotting-area.

После того, как вы завершили свой рейтинг на вкладке метода ранжирования, закройте эту вкладку, чтобы вернуть управление на вкладку Feature Ranking. Этот Feature Ranking отключен, в то время как любая вкладка метода ранжирования активирована.

Вкладка Генерация кода

Это свойство доступно только для чтения.

Информация о политике системы координат отражает выбор, который вы делаете, когда вы выбираете Export > Generate Function for... на вкладке Feature Designer.

Установите критерий для уточнения опций при выборе элементов для сгенерированной функции. Все критерии позволяют вам перезаписать выбираемые опции строкой. Соответствие строк нечувствительно к регистру. Ваши фильтры применяются ко всем выходным элементам, включая сигналы, функции и рейтинговые таблицы. Критерии включают:

  • Output - Строка, появляющаяся в имени выхода, которое является именем переменной, признака или рейтинговой таблицы, выбираемой для сгенерированной функции

  • Input - Входной сигнал, из которого вычислялась выходная переменная или функция или таблица функций, из которой вычислялась таблица ранжирования

  • Method - расчет, который произвел выход элемент, такой как TSA или Kurtosis

  • Analysis Type - обработка данных, обработка функций или ранжирование функций

Чтобы сбросить один фильтр, удалите содержимое и щелкните в любом месте приложения. Чтобы сбросить все фильтры сразу, нажмите Reset Filters.

Отображение всех выбранных элементов вместе. Используйте Sort Selected, особенно когда вы использовали несколько комбинаций фильтров, чтобы собрать выбор кодового егена. Все выбранные значения отображаются вместе.

Нажмите кнопку Generate Function, когда вы завершите настройку выбора. Приложение открывает функцию, которая содержит расчеты, используемые для всех выбранных выходных элементов.

Для получения дополнительной информации о генерации кода в приложении, смотрите Автоматическую редукцию данных с использованием сгенерированного кода MATLAB.

Программное использование

расширить все

diagnosticFeatureDesigner открывает приложение Diagnostic Feature Designer.

diagnosticFeatureDesigner(sessionFile) открывает приложение и загружает ранее сохраненный сеанс. sessionFile - имя файла данных сеанса по пути MATLAB. Данные включают все переменные и функции, которые вы импортировали в приложение или вычисляли в приложении. Данные также включают настройки вашего приложения и информацию об обработке, необходимую для генерации кода.

Чтобы сохранить сеанс, в приложении Diagnostic Feature Designer, на вкладке Feature Designer, нажмите Save Session.

Подробнее о

расширить все

Введенный в R2019a