稳定性分析计算

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简介

稳定性分析计算,是基于指数进一步的计算分析。指数仅仅研究了数据的本身,稳定性,就是想通过稳定性指数评判这个设备的运行状态到底算不算稳定。

那么如何定义稳定,从定性来描述就是”起伏不大,波动不大,变化不大”等等,但是定量来定义的话,归纳起来就是:

  1. 稳定性一定是要有一个明确的所指,这个所指,就是一个对象,而且是一个运动中的对象;
  2. 稳定性一定要有一个明确的属性,如:全局的、局部的,或者某个因素上的;
  3. 稳定性对应的一定是某个时间区间,而不是针对某个时间点;
  4. 稳定性是相对(某个标准而言)的;
  5. 稳定性是可量化、可比较的;
  6. 稳定性可能对应某个物理意义,也可能不对应某个物理意义;

上面其实并不能算对稳定性的定义,但是,可以作为稳定性含义的参考,其核心还是量化,然后通过量化的结果的离散程度,评估稳定值。稳定性分析计算,是在解决L5层面实际问题的一个重要的利器。

  • 适用范围(应用场景)

    衡量某个确定确定部位的标量化数据的稳定性。

  • 主要功能

    稳定性分析计算的主要功能,就是通过选择的对象和参数, 计算出稳定性指数值以及其余相关结果。

基本概念

  • 方差

方差,是一个统计学概念,它的具体的含义简单来说,就是评估一段时间的数据的波动程度。比如我们每隔一秒,采集一个设备的压力,采集一分钟,数值分别是:2.19、2.19、2.18、2.19、2.19、2.18、2.19、2.20、2.19...2.20、2.20、2.20、2.20,一共60个压力(MPa)值, 对这一分钟的定性描述,是压力比较稳定,变化不大,定量描述,如果用方差计算,就是:

方差
Image - 方差

那么,可以说,当 sigma < 某个值的时候,就是稳定。借用这个含义,我们可以进一步理解稳定性指数。

  • 稳定性指数

稳定性指数,就是衡量一段时间内的某个组件的数据变动情况。很明显,对于一个设备,一个参数的稳定性,无法说明一个对象或者这个单位是否都稳定。那么,首先我们就要全面考虑,兼顾到这个分析侧面的所有参数,同时也要像指数一样,选择好恰当的权重和比例。

我们现在确定了,稳定性指数考虑的是已选参数的离散程度。但是话又说回来,稳定性高一定代表设备没有风险吗?稳定性低一定代表设备有风险吗?

我们考虑一个实际的例子,对于一个锅炉来说,如果锅炉一直在低负载情况工作,稳定性指数一定是比较稳定的,但是,如果锅炉一直在高负荷情况工作,稳定性指数也会是稳定的。甚至说,锅炉在临界状态的稳定性指数,也有可能是非常稳定的。但是,设备从开机到关机,或者关机到开机等数据波动较大的情况,稳定性的波动情况会变化非常大。这就说明,稳定是相对某个状态而言的,是指对象在某个状态下的稳定情况。孤立去谈稳定不稳定,是没有意义的。

如果一个对象稳定性一直在变化,这个对象所处的状态肯定是变化的,但是反过来,如果一个对象的稳定性指数接近恒定,并不百分百分说明这个对象没在变化(有可能抵消),这个时候稳定性一定不是恒定在0附近。 +

  • 稳定性指数差值

稳定性指数差值,是当前期的稳定性指数值,减去上一期的稳定性指数值得出的结果。所以,同样的设备稳定性指数,我们也无法从一个值获取什么具体的信息,但是,如果把一段时间的稳定性指数都拿出来做分析,我们就可以看到相应的规律,也能通过比较,得到一些推论。这就是稳定性指数变化率的用处,他可以看出当期和前一期的稳定性指数变化值。

  • 稳定性指数变化率

稳定性指数变化率,就是当期的稳定性指数差值除以当期的稳定性指数值,结果是一个环比增长率,只不过由于方便后续处理,这个的结果并没有乘以100%。这个值也是从”变化“的侧面来表达稳定性指数的变化。简单来说,当变化率为正时,本期的稳定性指数呈增长趋势,当变化率为负时,本期的稳定性指数呈下降趋势。

  • 稳定性指数变化速度

稳定性指数变化速度,就是当前期的稳定性指数变化率除以周期时长。为了统一,这个周期全部转化为秒,也就是说,这个稳定性指数变化速度,展示的是稳定性指数的每秒变化程度。 那么,我们由稳定性指数变化速度能知道什么呢?假设是一辆匀速行驶的车,如果我们知道了它的速度,又知道了它的现在为止,那么我们就能知道下一秒在什么地方。

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稳定性指数变化速度也是一样的用法,当我们获取到稳定性指数变化速度以后,基本上就能知道下一期的稳定性指数会在什么样的范围。或者浅显来说,不看稳定性指数变化速度的正负号,就代表了下一期稳定性指数的波动范围,稳定性指数变化速度的正负号,就代表了下一期的稳定性指数到底是增加还是降低。

  • 各参数的稳定性指数变化速度

上面的稳定性指数变化速度,是反应了整个对象的稳定性指数变化趋势,进一步的,有时候我们更想知道到底是哪个参数的变化导致了稳定性指数的变化。这个各参数的稳定性指数变化速度,就是反应每个参数的变化速度的结果参数。 各参数的变化速度,其实也是用对比看出结果。相对来说,如果其中一个时刻中的某参数变化速度特别大,那么就可以值得研究,和实际情况相对照,是不是设备的情况发生了什么异常。

  • 稳定性指数变化加速度

稳定性指数变化加速度,就是稳定性指数的变化速度的变化率,它能够比速度更敏感的反应稳定性指数的变化情况,也能大概估计下一期的稳定性指数值的所处范围。 这里的加速度,也可以类比行驶的汽车,汽车在匀速行驶时,加速度是0,当加速度变化时,我们就能肯定,速度肯定是变化的,下一秒汽车所走的距离,肯定与匀速行驶时的距离有所不同。 稳定性指数变化的加速度,为了更加统一,也是每秒的稳定性指数加速度。

  • 各参数的稳定性指数变化加速度

各参数的稳定性指数变化加速度,类比概念五,也是反映每个参数的数值变化的加速度。一般来说,如果稳定性指数的变化加速度突然变大,我们进一步想看看是哪些参数发生了异常,那就再研究各个参数的变化加速度。同样的,也是考虑他的相对变化,如果某个参数的变化加速度突然变动,那就值得引起我们的注意,考虑这个数据变化背后的实际情况。

这些变化速度、变化加速度等一系列结果,都是为了反映这个设备是一个愚钝的、反应慢的、不敏感的东西,还是一个敏感的精神病,这些结果,在L5层面针对实际问题调整优化策略时,对那些牵一发而动全身的调整,就要慎之又慎,对哪些摸不得的老虎屁股,就要敬而远之。

配置方法

添加项目

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  • 项目名称:项目名称要求不能重复,其具体名称可以从实际需要和便利性出发,填写项目名称。

  • class名称:根据需要选择class名称,目前稳定性分析有以下class:

class中文名 Class英文名 具体功能
稳定性分析 Stability 标准对象运行稳定性分析计算
  • 分析计算周期:可选项有:分钟小时其他等等,其他的含义为秒,可以根据需要自行填写,填写范围是从0-999。

  • 限定映射表:此处可以关联MixIOT中所有已有的映射表,如果选择限定映射表,根据要分析的对象,在映射表标识选择相应的映射表。如果选择不限定映射表,那么在对象ID中,直接选择对象。

  • 分析计算对象:分析对象有限定不限定两个选项。如果选择限定对象,可以接下来选择对象,表示计算这个映射表项目下的一个或者几个对象。如果选择不限定对象,那么就会针对这个映射表,每次计算都动态获取映射表下的所有对象,并分析每个对象下的选定数据。

脚本规范

二维Json数组

首先,脚本必须为Json格式,否则无法创建项目。每一行为一个分析变量,可以同时存在多行。格式如下:

[
    ["FV", "Label_En", "Label_Cn", "Weight", "Scale", "Normal", "Tag", "Qmin", "Qmax"]
]

脚本示例如下:

[
    ["S01", "Label_En", "Label_Cn", 1, 0.3, "", "", "", ""],
    ["S02", "Label_En", "Label_Cn", 1, 0.3, "", "", "", ""],
    ["S03", "Label_En", "Label_Cn", 1, 0.3, "", "", "", ""],
    ["S13", "Label_En", "Label_Cn", 1, 0.2, "", "", "", ""],
    ["S14", "Label_En", "Label_Cn", 1, 0.2, "", "", "", ""],
    ["S15", "Label_En", "Label_Cn", 1, 0.2, "", "", "", ""],
    ["S77", "Label_En", "Label_Cn", 1, 0.14, "", "", "", ""],
    ["S78", "Label_En", "Label_Cn", 1, 0.1, "", "", "", ""]
]

填写要求

一行有9个字段,在算法计算的时候使用。

字段 含义 备注
FV 分析参数标识 对应映射表的参数
Label_En 英文标签 变量英文描述说明,可填""
Label_Cn 中文标签 变量中文描述说明,可填""
Weight 参数权重 填写本参数的重要性占比权重
Scale 参数比例 填写本参数的数值大小缩放比例
Normal 参数标准值 填写本参数的理想值或标准值,本block不需要,可填""
Tag 参数标签 填写本参数的标签,本block不需要,可填""
Qmin 参数最小值 填写本参数的最小值,本block不需要,可填""
Qmax 参数最大值 填写本参数的最大值,本block不需要,可填""

脚本中必填的列是:FV、Weight、Scale,并且Weight和Scale必须是数字,Tag可填可不填,填写的话将会起到过滤的作用,保留所有等于该值的数据,其余项用""填空,下面我们逐一介绍。

FV对应的就是对象参数。对象,就是MIXIOT系统中相对应的设备。在建立对象的时候,还要绑定相应的映射表,这里的FV,就对应着相应映射表中的参数。按照我们上文说明的规则选择、填写脚本中第一列的FV,选择了多少个FV,本脚本就有多少行。

Weight,就是上文提到的参数权重,填写的原则就是,谁更重要填写的权重就更大,谁不重要填写的就偏小,建议权重的填写范围在0~1之间。对于权重的填写,其实是没有标准答案的,第一次填写,可以先暂定一个值,计算出结果以后,有必要再进行调试。

Scale,就是参数比例。在实际设备数据中,有可能某些参数范围在0~1之间,比如说压力,有些参数范围是在0~1200,比如说用电量,他们的数据相对大小非常大。假如压力从0上升到1,已经是非常大的变化,但是对于转数,从999到1000,实际上是一个非常平稳的正常波动。

基于这种数据量纲的问题,我们就使用Scale来规避这种问题,对参数数据进行缩放。假如我们想把上面的两个参数缩放到10,那在压力参数的Scale中填写10÷1=10,在转速参数的Scale中填写10÷1000=0.01。经过缩放,两个参数的范围都规整到了0~10中。

Tag,就是标签。在我们实际计算中,例如我们只考虑设备开机的情况的稳定性指数值,关机时不需要计算稳定性指数值,那么我们就可以增加一个开关机的FV,假设开机时数据为1,关机时数据为0。那么我们在Tag中填写1,过滤掉所有开关机量为0的数据,得出的结果就全部是开机时的稳定性指数计算结果。

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