ISO 13374：机器状态监测和诊断——数据处理、通信和呈现

概括

ISO 13374 是工业物联网和状态监测软件领域极具影响力的标准。它解决了不同监测系统、传感器和软件平台之间互操作性的挑战。它并非定义测量技术，而是指定了一个标准化的开放式架构，用于规范状态监测数据的处理、存储和交换方式。该架构通常被称为机械信息管理开放系统联盟 (MIMOSA) 架构，其基础正是基于此架构。其目标是为状态监测技术创建一个“即插即用”的环境。

目录（概念结构）

该标准分为几个部分，并定义了一个分层信息架构。该标准的核心是一个功能框图，其中包含六个关键层，代表任何状态监测系统中的数据流：

1. 1. DA：数据采集块：

   这是基础层，充当物理机器和数字监控系统之间的桥梁。DA 模块的主要功能是直接与传感器接口，例如 加速度计, 接近探头、温度传感器或压力传感器，并获取它们产生的原始、未处理的模拟或数字信号。该模块负责所有底层硬件交互，包括为传感器供电（例如，为加速度计提供 IEPE 电源）、执行信号调理（例如放大和滤波以消除不需要的噪声）以及执行模数转换 (ADC)。DA 模块的输出是原始数据的数字化流，通常是 时间波形，然后将其传递到架构的下一层进行处理。

2. 2. DP：数据处理块：

   该模块是监测系统的计算引擎。它从数据采集 (DA) 模块接收原始的数字化数据流（例如时间波形），并将其转换为更有意义的数据类型，以便进行分析。DP 模块的核心功能是执行标准化信号处理计算。这主要包括执行 快速傅里叶变换（FFT） 将时域信号转换为频域信号 光谱。此块中定义的其他关键处理任务包括计算宽带指标，例如总体 有效值 值，进行数字积分将加速度信号转换为速度或位移，并执行更高级、更专业的处理，如 解调 或 包络分析 用于检测与滚动轴承故障相关的高频冲击信号。

3. 3. DM：数据操作块（状态检测）：

   该模块标志着从数据处理到自动化分析的关键过渡。它从DP模块获取处理后的数据（例如RMS值、特定频率幅度或频谱带），并应用逻辑规则来确定机器的运行状态。这是对问题的初步“检测”。DM模块的主要功能是执行阈值检查。它将测量值与预定义的警报设定点（例如在 ISO 10816 或用户定义的相对于基线的百分比变化。基于这些比较，DM 块为数据分配一个离散的“状态”，例如“正常”、“可接受”、“警报”或“危险”。此输出不再仅仅是数据，而是可操作的信息，可以传递到下一层进行诊断或用于触发即时通知。

4. 4. HA：健康评估区块：

   该模块充当诊断系统的“大脑”，回答“问题是什么？”的问题。它从数据处理 (DM) 模块接收状态信息（例如“警报”状态），并应用一层分析智能来确定异常的具体根本原因。诊断逻辑在这里执行，其范围从简单的基于规则的系统到复杂的人工智能算法。例如，如果 DM 模块发出高振动警报，其频率恰好是轴转速的两倍 (2X)，则 HA 模块中基于规则的逻辑会将此模式与特定故障关联起来，并输出“可能的轴故障”诊断结果。 错位”类似地，如果警报出现在具有特征边带的非同步高频峰值上，则 HA 块将诊断出特定的“轴承缺陷。”该模块的输出是针对机器组件的具体健康评估。

5. 5. PA：预后评估块：

   此模块代表了预测性维护的巅峰，旨在回答“它还能安全运行多久？”这个关键问题。它从健康评估 (HA) 模块中获取具体的故障诊断，并将其与历史趋势数据相结合，以预测故障的未来发展。这是最复杂的层，通常采用复杂的算法、机器学习模型或故障物理模型。其目标是将当前的性能下降率外推到未来，以估算部件的剩余使用寿命 (RUL)。例如，如果 HA 模块识别出轴承缺陷，PA 模块将分析过去几个月中缺陷频率的增长率，以预测它们何时会达到临界故障水平。输出不仅仅是诊断，而是一个具体的行动时间表。

6. 6. AP：咨询演示块：

   从用户的角度来看，这是最后一层，也是最关键的一层，因为它将所有底层数据和分析转化为可操作的情报。AP 模块负责将较低层的发现传达给操作员、可靠性工程师和维护计划人员。其主要功能是以正确的格式向正确的人员呈现正确的信息。这可以采取多种形式，包括带有颜色编码健康指示器的直观仪表板、自动生成的电子邮件或短信警报、带有光谱和波形图的详细诊断报告，以及最重要的，具体明确的维护建议。有效的 AP 模块不仅仅是指出轴承有故障；它还提供全面的建议，例如：“在发动机外轴承上检测到内圈缺陷。预计剩余使用寿命为 45 天。建议：安排在下次计划停机时更换轴承。”

关键概念

• 互操作性： 这是 ISO 13374 的主要目标。通过定义一个通用框架和数据模型，它允许公司使用来自供应商 A 的传感器、来自供应商 B 的数据采集系统以及来自供应商 C 的分析软件，并让它们协同工作。
• 开放式架构： 该标准提倡使用开放、非专有的协议和数据格式，防止供应商锁定并促进状态监测行业的创新。
• 含羞草： 该标准很大程度上基于 MIMOSA 组织的工作。了解 MIMOSA 的 C-COM（通用概念对象模型）是理解 ISO 13374 详细实施的关键。
• 从数据到决策： 六块模型提供了从原始传感器测量（数据采集）到可操作的维护建议（咨询演示）的逻辑路径，形成了现代预测性维护计划的数字主干。

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