大數(shù)據(jù)時代下的電梯故障預診斷分析研究

魯玉坤，趙振虎

（新疆維吾爾自治區(qū)特種設備檢驗研究院，新疆 烏魯木齊 830011）

大數(shù)據(jù)時代下的電梯故障預診斷分析研究

魯玉坤，趙振虎

（新疆維吾爾自治區(qū)特種設備檢驗研究院，新疆 烏魯木齊 830011）

電梯已經擁有百年的發(fā)展史，為日常生活帶來較大便利。目前電梯成為日常生活的基本交通工具。然而電梯所帶來的安全隱患同樣備受關注。在日常應用過程所涌現(xiàn)的故障問題不僅對生命財產安全構成巨大威脅，也嚴重影響了生活品質。本文基于海量數(shù)據(jù)的分析深入探討電梯運行故障的發(fā)生規(guī)律。

大數(shù)據(jù)時代；海量數(shù)據(jù)；電梯；故障；預診斷

隨著城市步伐的不斷推進，高層建筑越來越多，而電梯是高層建筑中至關重要的一部分，不可忽視。電梯是垂直運輸設備，經過反復多次啟動與制動，能夠在樓層間循環(huán)運行。然而，在電梯的實際運行中，電梯困人、電梯溜車、意外停止等現(xiàn)象時有發(fā)生，對所乘人員的生命安全構成威脅，因此電梯故障預診斷檢驗檢測水平亟待提高。

1 大數(shù)據(jù)的內涵

大數(shù)據(jù)指不能在規(guī)定的時間通過常規(guī)軟件工具完成捕捉、管理與處理的一種數(shù)據(jù)集合，它是借助新技術、新處理模式方可具有突出的決策力以及洞察力的豐富的信息資產。有人曾給出以下定義：規(guī)模龐大，且在數(shù)據(jù)獲取、日常管理、基本存儲和常規(guī)分析方面遠遠優(yōu)于原有數(shù)據(jù)庫軟件的一個數(shù)據(jù)集合，它包含豐富的數(shù)據(jù)規(guī)模、有效的數(shù)據(jù)流轉、形態(tài)各異的數(shù)據(jù)類型，且價值密度低。

從戰(zhàn)略意義的層面來說，大數(shù)據(jù)技術不單純是要掌握較多的數(shù)據(jù)信息，還應基于此進行有效的處理。簡單來說，若把大數(shù)據(jù)看成一種產業(yè)，則產業(yè)盈利重點則是增強數(shù)據(jù)處理能力，借助挖掘使數(shù)據(jù)體現(xiàn)價值。

從技術層面而言，大數(shù)據(jù)和云計算之間緊密相關，具體見圖1。顯而易見，大數(shù)據(jù)不能通過單臺計算機實施處理操作，一定要選擇分布式結構。其顯著優(yōu)勢為能夠對海量數(shù)據(jù)開展分布式挖掘，且會結合應用云計算、云存儲的相關技術，例如，虛擬化技術和分布式處理。

2 故障預診斷背景和意義

圖1 大數(shù)據(jù)和云計算之間的關系

近幾年，電梯事故時有發(fā)生，例如，2015年7月湖北出現(xiàn)的電梯踏板翻轉事故和2016年9遼寧發(fā)生的電梯突然制停事故。出現(xiàn)這一問題的主要原因是最近10年，電梯數(shù)量顯著增長，但相關工作人員的技術水平和專業(yè)素質并未得到大幅提升，人機不匹配日益明顯，使得維修保養(yǎng)不完全，不能從根本上消滅危險源?，F(xiàn)階段，國內電梯以每年50萬的數(shù)量增加，按照要求應配備2萬名維修保養(yǎng)人員與1萬名安裝工作人員，然而事實并非如此，電梯安裝與維保人員存在嚴重缺口。除此之外，老舊電梯在現(xiàn)有電梯中占據(jù)著較大的比重，一項統(tǒng)計調查結果顯示，部分老舊電梯上的器件老化問題較為嚴重，這也是引發(fā)電梯事故的因素之一。

基于維保人員整體素質不過關和電梯器件嚴重老化等內容，建議引入“互聯(lián)網+”這一思想，借助現(xiàn)代互聯(lián)網，通過無線通訊技術完成電梯監(jiān)控，有效監(jiān)控電梯的實際運行情況，對電梯主要部件深入剖析，結合大數(shù)據(jù)分析技術，及早預警，確保電梯能夠安全有效運行。

大數(shù)據(jù)分析是一種全新的模式，主要利用海量數(shù)據(jù)探究得到未來可能發(fā)生的某種規(guī)律?；ヂ?lián)網時代的高度發(fā)展，促使信息的儲存量顯著增長。我們每天都能體會海量信息給生活帶來的影響。因此，亟需利用大數(shù)據(jù)技術對現(xiàn)有數(shù)據(jù)進行挖掘，得出電梯故障發(fā)生的相應規(guī)律。

3 電梯故障診斷手段

從具體層面而言，故障診斷應涵蓋下述內容。其一，獲得電梯狀態(tài)信號。利用傳感器等擺放在電梯恰當?shù)奈恢?，合理收集有用信息；其二，提煉電梯特性?；跈z測信號著手電梯特性提煉工作，明確電梯運行的主要特性信息；其三，狀態(tài)評判。利用特征信號評判，會診電梯狀態(tài)，確定電梯內部是否存在故障風險；其四，故障預估。依照電梯運行狀態(tài)分布情況和日常收集的相關信號等數(shù)據(jù)，確定故障可能發(fā)生規(guī)律；其五，故障決策。若監(jiān)測到電梯可能出現(xiàn)故障問題，則應通過控制系統(tǒng)進行驗證，同時預警維保人員，使其開展相關的調整和維修保養(yǎng)工作，引起相應的重視。目前電梯故障診斷包含專家系統(tǒng)和模糊分辨等多種方法。因電梯屬機械裝置，結構較為復雜，且牽涉各種電氣安全裝置，出現(xiàn)故障的情形十分復雜，通過物理模型和數(shù)學模型不能精準描述。因此，現(xiàn)階段國內外廠家較為傾向借助現(xiàn)場動態(tài)數(shù)據(jù)評測、安全評估電梯的運行情況。

4 電梯邁向大數(shù)據(jù)時代

4.1 多樣混雜性數(shù)據(jù)

傳統(tǒng)的統(tǒng)計方法和結構化數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)是相對精確與合理排列的，而大數(shù)據(jù)時代在某一層面上能夠容忍數(shù)據(jù)不確定性，能夠適應各種類型的數(shù)據(jù)。遠程監(jiān)控記錄了電梯發(fā)生故障或異常時的各種信號，構成了較為復雜、變化的數(shù)據(jù)集，甚至還收集了大量不可靠的數(shù)據(jù)。此類數(shù)據(jù)通常具有多樣性、混雜性且包含各種迥異的數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)方法很難通過海量無規(guī)則的數(shù)據(jù)中得到少許的有用信息，而大數(shù)據(jù)技術恰好解決了這個難題。

4.2 豐富綜合性數(shù)據(jù)

大數(shù)據(jù)旨在探究所有與電梯相關性數(shù)據(jù)，而不是依靠有限的數(shù)據(jù)樣本。常規(guī)電梯故障僅對部分指標進行采集傳輸，數(shù)據(jù)包僅僅涉及一些基礎信號點，例如，安全回路和門鎖信號等。而隨著通訊流量費用的縮減和通訊水平的全面提升，使得現(xiàn)下的傳輸內容遠遠不能滿足數(shù)據(jù)分析的需要。當下已有廠家選取非連續(xù)全程監(jiān)控，主要包含故障、載重情況和變頻狀態(tài)等內容，只要依賴信號便能夠全面掌控電梯情況，全方位了解電梯。這并非要求獲得隨機樣本，而是獲取整體數(shù)據(jù)。

4.3 大量關聯(lián)性數(shù)據(jù)

在大數(shù)據(jù)時代，一定要清楚的挖掘現(xiàn)象背后的根本原因，讓數(shù)據(jù)自主發(fā)聲，揭露本質。數(shù)據(jù)分析要求實施人員精通電梯各種參數(shù)，了解電梯的結構，因電梯信息數(shù)據(jù)龐大，我們可以先通過傳統(tǒng)方法進行初步處理，利用樣本分析明確電梯相關數(shù)據(jù)的關聯(lián)性，進而通過電梯技術人員會診、協(xié)同過濾等完成信息分析，從中提取有效的數(shù)據(jù)信息，明確是什么和為什么，從而找到電梯故障的根本原因。

5 電梯預診斷

從客戶的角度來說，電梯出現(xiàn)突發(fā)事故尤為可怕，若想探究出電梯事故的主要引發(fā)原因存在一定困難，這是因為電梯系統(tǒng)較為復雜，存在各種不確定性。一旦出現(xiàn)電梯事故，一般花費較少時間進行維修，而故障排查過程會花費大量時間來明確故障源。

對電梯行業(yè)而言，預診斷應用較少，截止到當前，只有一線品牌和某些自主開發(fā)能力突出的電梯廠家著手布局，借此擴大廠家影響力，而部分人員則通過電梯應急處置平臺以及檢驗檢測數(shù)據(jù)進行分析和預判。本文主要從以下方面探討電梯預診斷。

第一，電梯數(shù)據(jù)直接獲取。隨著人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算的興起，各個廠家逐漸將數(shù)據(jù)傳輸融入電梯的制造過程，遠程監(jiān)控無需二次對電梯進行改造、加裝各種傳感器，然后經由移動網絡，將電梯數(shù)據(jù)輸送至廠家服務器，然后利用大數(shù)據(jù)平臺對數(shù)據(jù)進行分析預判，挖掘各種信息可能帶來的結果。這種數(shù)據(jù)由于廠家統(tǒng)一部署，數(shù)據(jù)相對準確，減少了數(shù)據(jù)誤報率。第二，檢驗檢測數(shù)據(jù)獲取。目前從國家層面已經著手建立檢驗檢測數(shù)據(jù)歸集平臺，該平臺的上線將匯聚全國各個檢驗檢測機構的數(shù)據(jù)，通過對歷年檢驗檢測數(shù)據(jù)的分析得到電梯故障可能發(fā)生的概率趨勢及故障點，從而達到故障預判。第三，故障與診斷。研究電梯參數(shù)異常問題，例如，電梯振動和運行電流不合理波動，這可能是因電梯內部的機械零件處于異常狀態(tài)，然而，卻不會引發(fā)故障。此種情況較為普遍，可利用預診斷算法進行分析，提前報警，然后通過維保人員完成排查，調整器件，以免電梯運行過程出現(xiàn)故障。第四，嚴格監(jiān)控器件壽命。利用電梯遠程監(jiān)控來收集器件的實際使用情況，圍繞不同的工況和使用時間等展開統(tǒng)計分析，基于器件，構建壽命數(shù)據(jù)庫。其數(shù)據(jù)量十分巨大，且復雜繁瑣，排除偶發(fā)因素，明確其中規(guī)律，及早更換調整器件，防范安全事故的出現(xiàn)。監(jiān)控器件涵蓋安全方面，利用運行次數(shù)等完成判斷，當器件瀕臨使用壽命前馬上更換。不同的器件對應的使用壽命也不同，接觸器，其使用壽命為100000次通斷，而光電開關的使用壽命為2000000次通斷。

6 結語

電梯質量關乎生命財產安全，在社會生活中發(fā)揮著不容忽視的作用。隨著人民生活水平的提高及社會的進步，電梯安全性能檢測和故障診斷越來越受重視，建設大數(shù)據(jù)分析故障預判平臺，利用先進的技術對故障進行預判，提升電梯運行的可靠性刻不容緩。

[1]郭威．基于Internet的電梯控制系統(tǒng)遠程故障診斷研究[D]．武漢理工大學,2017．

[2]徐成龍．基于TD-LTE的電梯遠程監(jiān)控預警系統(tǒng)設計[D]．山東師范大學,2015．

[3]宗群,李光宇,郭萌等．基于故障樹的電梯故障診斷專家系統(tǒng)設計[J]．控制工程,2016,20(2):305-308．

TU857

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1671-0711（2017）08（下）-0079-02