（机械电子工程专业论文）冲压机床的远程智能诊断、维护系统研究.pdf

硕士论文冲压 机床的远程智能诊断、维护系统研究 ab s tra ct inc 址 na， 此 拼 e 韶几 . c hi n es抽v e enjo y ed五 巧 t d eve l o p m ent inr e c 周 滋y e 别 rsinth e d i re c t i odof“ 巧gh卿司六 i gh朗 c ur 解 y ，hi gh effici en cyand hi ghco m b in ation”soth e 汕p o 比 an c e oft a p i d di a gno s i s and m a i n t enan c e te c hoo l o gi e s is0 b v i ous whi c h 。 ” u 匡 e th e ty胡d re l ia b i l i tyo f th e the pres s m ac h in e s .t b e mamc o n t 份 ltso f this p al 犯 r are as fol low s : f i r s t l y.t h e pr es ent s i 枉 功 t i o nands o m ec 出 祀 s of此 l a 往 ddom a mare 由s cribed t h e 滋 山 c tu teo f the rem ote 加 t e 1 l i g encefaul t di a gno s i s and m a i n t ena n c 七 ， y s t em o f th e p r e s s 叫u ip m e n ts ise s ta b l i shed;its c o 侧 posi ti on st iu 日 刀 re andn e 卜 邢 o rk ar c h ite c to r eare 即目 邓e d and th e 允 n ctions ofe a c h p artare pr e se n te d ind 日 比 1 1 . s e c o n dl y，th e k e y t e hool o gyofth e s y s t em is山 功 l y z c dt 七 l s p a per in tr o duces s o u n d 朗 d v id eog at h er 如 g t ec bno l o gy， th e p h o t o and vi de 。 触q u e n c y co lr lp r e s s te c hoof o gy， n et w o rk andc o n 刀 n 理 m c ation te c hno1 0 g yanddata 七 as ete c hnol o g y，也.in d e ta i l sand s tu d i esth e i r a 钾l i c a t i oninthe sys te m ， 仆i r d l y，b 眯 on 阮 con e ct l v ity sc h emeandp r a ct l c aln 闷 u ir 曰 旧 。 l ts ， th o r . m ote 加 t e l l i g enc e丘 lu lt d i a gno s i s叻dmain t e n a n ce s y s t e mo f the pr e s sm a c h 山 et 0 o l si s de v e l oped， andth eequ i p m ent s u pe rv i s o ry sy 雍m、the in te l l ig ent di a gno s ise xpert s y s t em、re m o ted ia gnos isand it la 劝 触 m ances . 内 i ces u b s yste m、equ ip m ent it 旧 川 让 泊 a c e m 阴 a g ement s ubsy s t e mare de si gneda n d d e v e 1 叩edind e ta i l . l as t ly，all the 贻 翻 当 叮 c h e s ofthe p a 户 叮眼 s u n 刀 n a n 欢 d and 巩 lh ats h o u l d don ext is l i s t ed al议e . k e y wor d ， : th e p re ssm ac h in e too l ， l 血l h g e n t f ault dia gnos is ， s ervi ceofm a in t e n a n ce 声明 本学位论文是我在导师的指导下取得的 研究成果， 尽我所知，在本学位 论文中， 除了 加以 标注和致 谢的 部 分外， 不 包含其 他人已 经 发 表或公 布过的 研究 成果， 也 不 包含我为获 得 任何 教育 机构的 学位 或学 历而 使 用过的 材料。 与我一同 工作的同事 对本学 位论文 做出 的贡献均已 在论文中 作了明 确的说 明。 。 : 奥颐 何年 2 月日 学位论文使用授权声明 南 京 理工 大学 有权保存 本学 位论文的电 子和纸 质文 档， 可以 借阅或 上网 公 布本 学 位论 文的 全部或部 分内 容， 可以 向 有关部门 或 机构 送 交并 授权其 保 存 、 借阅 或上网 公 布本学位 论文的 全部 或部 分内 容。 对于保 密 论文， 按保 密 的 有关规定和程序处理。 研究生签名:- 州叙 滩 讨 年 油日 硕士论文 冲压机床的远程智能诊断、维护系统研究 1绪论 l l论文研究的背景和意义 我国汽车、 家电 、信息、 航空 航天等 主导 产业的快速发 展极大地 拉动了 锻压机 械的发展，对金属板材冲压加工提出了复合、高速、智能、精密、环保、成套的要 求，电机、电子、家电等行业对冲压机床的需求更为迫切。 大型冲压设备是企业生 产中的第一个环节，随着冲压设备的功能增加，设备的复杂性也大大增加，若大型 冲压设备发生故障，不仅可能对人员造成严重的伤害，而且也可能对自 身或者生产 模具造成严重的 难以 恢复的伤 害。 冲压设 备及安装在设备中 用于冲压 不同 零件的模 具都非常昂贵， 而且设 备和模具一旦 损坏， 恢复非 常困 难， 并且耗时。 如果这个环 节停了， 无法 提供冲压件， 后续的生 产全部要停 下来， 给 企业造成 难以 估量的损失。 但是，由 于冲压 机床越来越复 杂， 顾客自 己 对设备进 行故障诊断 与维修以及人员培 训越来越困难，越来越需要供应商的技术和人员的支持，并且供应商内能对这类复 杂设备进行维修的人员也相对比较缺乏， 依靠专业人员及时响应顾客的要求越来越 困难。 在市场全球化 后， 传统的 故障诊断维 护系统存在着以下几 个问 题:监测与 诊断 的方式和手段受到地域条件的限制; 绝大部分设备状态监测与故障诊断系统是作为 一个 孤立的 封闭 系统而 存在， 诊断 知识、 信息 与技术难以共享， 制约了管理部门、 运行 现场、 诊断专 家和制造厂商之间的 相互交流; 企业本身存 在着诊断 方法 和手段 有限、 工作人员的 经验不足等问 题， 在现场只能 解决 一些简单的 故障问题， 一旦发 生重 大和疑难故障时， 企业不得不 求助于有关专家来 会诊， 这 必然耽误生产， 造成 重大的 经济损失。 这都无 法满足当今顾 客对供应商的售 后服务 和故障 诊断请求等方 面的要求。 这种形势下， 企业迫 切需 要快速、准 确、高 效的 专业化设 备远程故障诊断、 维 护 服务。 在信息技术、 通信技术和计算 机技术高速发展的今 天， 远程访问 技术呈现 出 一片蒸 蒸日 上的 景象， 它的发 展为数 据通信、 数据访问 提供了 更 好的 服务。 全球 化计算机网 络的 发展， 以 及i n t 。 刀 e 吠 山 仕 助 et技术、 多媒 体技术、 无线接入技术的成 熟， 都为 制造企业远程智能诊断、 维护系 统的实 现提供了 坚实的 技术基础。 鉴于以 上情况， 本文以 冲压机床为 研究对象建立远 程故障 诊断、 维护系统， 此 系统以 多媒体技术、网 络化技术为基 础， 辅以人 工智能 技术， 应用计算 机和通信网 络， 在企业 服务中 心和异地用户 之间 建立远程连 接， 实 现系统的 故障诊断和维 护服 务， 并 提供 对系统安装和调试的 远程支持。 冲压机床的 远程智能 诊断、 维护系 统的 硕士论文 冲压机床的远程智能诊断、维护系统研究 研制和 开发， 一方 面借助信息技术实 现对冲压 机床的远 程智能 诊断和 维护， 可以加 快制造 商对冲压 机床的诊断维 护服务的响应 速度、 充分 发挥设备的生 产能力， 提高 企 业的 技术服务 质量和 经济效 益， 增强市 场竞 争力。另 一方面，为 用户 提供多 媒体 的维护、安装调试知识服务，收集客户要求与反应，实现企业与顾客之间的双向有 效 沟通， 使双方 建立起良 好和牢固的 互相信 赖关系， 为企业开 发新系统 及进行 有效 的促销活动等提供依据，大大提高企业的信誉度和顾客忠诚度。 1 .2 国内外相关 领域研究状况及实例分析 l 2. 1故障诊断、维护技术的发展状况 1 9 61年， 美国 在开始执行阿波罗计划以 后，出 现了 一系列由 设备故 障酿成的 悲 剧 。 因 而， 1 9 67年4 月 ， 在 美 宇 航 局 伽 a s a ) 的 创 导 下， 由 美 国 海 军 研 究 室 ( 。 n r ) 主持召 开了 美国 机械故障预防小 组伽于 p g ) 成 立大会.19 71年m i p g由 美国国 家标 准 局侧卫 5 ) 领导， 并开设四 个分组，即 故障 机理研究组、 检测诊断和预 测技 术组， 可 靠性设 计组， 材 料耐久性评价组。 除mf p g外， 美国机 械工程师学 会(as m e ) ， j o hns m 妞 c h el公 司， s p ire 公司 等都进行了 相关方面的 研究， 并取得了 一定的 成果。 欧洲方面，英国的机器保健中心于 60 年代末 70 年代初最先开始研究故障诊断 技术。另 外， 挪威的 船舶诊断技术、 丹麦的 声发 射监测系统， 瑞典 spm公司的轴 承监 测技术等都比 较先进。日 本的故障 诊断技术 在钢铁、 石油、 化工、 铁路 等部门 发展很 快， 并在国 际上占 有一定的优势。 我国的 故障诊断 技术研究开始于70年代末， 在初期 阶段， 主 要是引 进 进口 的诊 断设 备， 并在应 用生产的同时，开始学习 美国、日 本、欧洲一 些国家 的先 进技术。 经 过二十多年的 奋斗， 我国的一些高等院 校及科 研机构在故障诊断的 理论 研究 上取 得了 很大的进步， 并 研制出可以 满足生 产的监测 诊断设备，开 发出 专用诊 断软件， 大大地缩小与发 达国 家地差 距， 在某些方面达到国 际先 进水平 111 。 随着故障诊断 技术的不断地发展， 远程诊断维 护服务 系统开 始应用于 某些工业 领 域 ， 如 半 导 体 制 造 工 业 以 3 、 国 际 空 间 站 141 、 机 械 智 能 在 线 故 障 诊 断 151 和 水 泥 制 造 工 业 问 领 域 等 ， 并 发 挥 着越 来 越 重 要 的 作 用， 使 设 备 维 修 从 被 动 型 转 为 主 动 型 ， 从 完全 靠人的 经验主 观判断到以 客观的数据为 依据。 但是传统的设 备故 障诊断、 维 护 方式 在用户自 己 不能 解决设备故障的时候， 只能 采用电 话、 传真等方式 来接受用 户 诊断 维护请求， 然后企业派人 服务， 这种方法 会受到时间、 空间的限 制， 对用户 服 务 会出 现心有余而 力不足的情况，而且这 种形式费 用非常高。 硕士论文冲压机床的远程智能诊断、维护系统研究 l 3国内 外相关技术发展趋势 当今信息时代，网络通信技术的迅速发展及其 良 好的应用前景，加上社会各行 业对冲压加工 设备的 需求， 冲压 机床的远程智能 诊断、 维护 服务系统正 逐渐受到学 术界和工业界的重视，其方向发展趋势如下: (1 ) 多媒体技 术和网络 通信技术的结 合 远 程故障 诊断需要用网 络传输多 种信息，如音频、 视频、 文本、数 据、图 形、 图像等 等， 不可避免 地要用到多 媒体技术。 现代网 络通信技 术和多媒体技 术的 结合， 代表了 远程通信技术发展的 一个重要 方向， 具体的 趋势表现 在这样几 个方 面11 9-211= . 向正融合。 目 前热门的顶 t 。 刀 et与a i m 的 结合技 术、 超高速 交换路由 技术 等，为 在ip网 上实 现多媒体 通信业务提供了良 好的发 展契机， 而最新的正 v 6 协议 具有动态分配网络地 址和支持实时 业务的功能， 增强了 ip 层的安 全机制， 对未来 多媒体通信向ip融合提供了保证。 . 走向宽带。 快速发展的通 信技术为未来宽 带多媒体 技术的 发展奠 定了 基础， 同 时， 基于现有通信技术的 各种接 入技术， 为向 大众提 供多媒体 通信服务提供了 过 渡方案。 . 与 移 动 技 术 结 合。 当 前 第 三 代 移 动 通 信 技 术 能 为 数 据 通 信 提 供z n 伪 p s 的 带 宽， 使多媒体通信与 移动通信的结 合成为可能， 而正在 研究的 第四 代移动通信技术 即是以多媒体通信为核心研究内容，预计 5 年内能面世。 与卫 星技术结 合。 卫星通信的 最大优势是可以实 现对地面的 全覆盖， 用户端接 入更加灵活和经济。 (2) 无线接入技术和智能 前端技术的 结合 无线接入是指从通信业务节点接口到用户终端的一部分或者全部采用无线技术 实现 i83 ) 。 无线接入的实现方案 很多，目 前应用比 较多 的有无 线本地环 路、 本地多点 分 配业务、 卫星接入技术和移动 通信技 术等。 智能 前端 是含有 微处理器的数据输 入 输出 单元， 它是整个监测系统与 现场交 换信息的 接口， 且具有 模块化和便携式的 特 点。 从故 障诊断的 角度来说， 利用无线 接入技术和智能前 端技 术相结合， 特别适 合 快速诊断 和临时急 需， 而且 对于移动设备的 远程诊断， 无线 接入技术无 疑是最好的 连接方式。 (3 ) 诊断方法上大量采用人工智能技术 远 程诊断的实 质是将分布的 诊断资 源和诊断 对象利用网 络通信技术 有机地 集成 起来， 它是一种诊断方式的变 化， 但对于诊断问 题本身， 还是 需要通过 智能的诊断 方法予以解决，大力发展智能诊断技术是远程诊断的必由之路， 硕士论文冲压机床的远程智能 诊断、 维护系统研究 l 4主要研究工作 本课题研究的目 标是， 提供一种与冲压机床配套的、具有分布式、智能化远程 监控、 诊断、 维护的服务系统， 实现冲压机床、 车间和售后服务中心的异地多媒体 信息交互，以 “ 信息流动” 代替“ 人员流动” ，为冲压机床提供高技术、高性能的保障 和快速维护系统. 本论文的研究内容包括: (1) 根 据实际情况建立了 冲压机床智能诊断、 远程维护服务 系统的 体系结构， 确 立了其组成结构、网络结构、工作原理及各自的功能 模型。 (2 ) 研究了 冲压机床智能诊断、远程维护服务系统实现的支撑技术. 包括使用 六 月c a p 实现视频、音频捕获;图像、 视频压缩技术; 玩 忆 m e t 网络与通讯， 无线通 讯与接入 技术， 及使用w 远 so ck控件实 现远程多 媒体通信; 数 据库技术 等， (3) 开发了 冲压机床的远程智能诊断、 维护系统。 其中包括设备监控系统、 智能 诊断专家系统、远程诊断维护服务子系统、设备诊断维护管理子系统的设计开发。 1 .5论文的组织结构 全文共分为五章，其组织结构如图1 . 5 . 1 所示。现将各章内 容作简要介绍: 第一章 作为绪论， 首先阐述了本课题的研究背景、 研究意义， 然后分析了国内 外相关领域 研究现状、 实例分析及发展 趋势， 最后简要介绍了 课题主要 研究的工作 及本论文的组织结构。 第二章 对“ 冲压机床的 远程智能 诊断、 维护系统” 进行了 研究， 讨论了 系统的 组成结构、网 络分布结构和功能模型。 第三章 对系统实现的几种关键技术进行了 研究，并简要介绍了其应用情况。 第四 章 详细介绍了冲压机床的远程智能诊断、 维护系统的 研制情况， 包括系统 的总体方案、 设备监控系统、智能诊断专家系统、 远程诊断维护服务子系统、设备 诊断维护管理子系统的设计开发， 并叙述了 系统的 试验与运行情况。 这一章是全文 的重点。 第五章 简要总结了本课题的研究 工作， 同时 指出了 系统有待于继续改 进与完善 的几个方面，并对今后的工作进行了展望。 硕士论文冲压机床的远程智能诊断、 维护系统研究 咨一气 冲压成套设备的远程智能诊断、维护系统的研究 总体设计 组成结构网络结构t 功能模型 黔- 4 冲压成套设备的 远程智能 诊断、 维护系统的 研制 一 资攀 设备监控子系统设计 一远程诊断维护服务系统设计开发 设备诊断维护服务管理子系统 试验与运行 黔气 轰 5结论与展望 图1 :51论文的结构 硕士论文冲压机床的远程智能诊断、维护系统研究 2冲压机床的远程智能诊断、维护系统的 研究 随着产品设备的高技术化、 复杂化，以及制造系统全球化、 客户化的发展趋势， 制造商、 提供商采用传统的 售后服务 模式 对其产品 进行维 护已 经显 得越来越力 不从 心了。因而对用户而言，如果产品发生了故障，想要及时获取诊断维护信息或服务 非 常困 难【221。 为了 确保冲压 机床的可 靠工作， 尽量减少 和及时排除 故障， 提供 产品 全周期内的主动维护服务，我们将远程监控、智能诊断技术与先进的维护、维修理 念引入到冲压机床的日 常保障维护中， 提出了“ 冲压机床的远程诊断与维护系统” 的 体系结构。远程智能监控、诊断与维护技术是传统故障监测、 诊断、维护技术与网 络通讯、 图像压 缩、 数据库、 人工智能 等技术相结合的 产物。 它利用计 算机和 通信 网络，将地理位置或逻辑上分散的设备故障信息、诊断维护知识及诊断专家有机地 集成起来， 实现信息的交 互，以 “ 信 息流动 ” 代替“ 人 员流动” ， 实现对异 地设备的远 程监控， 智能故障诊断 和维护服务 123 洲。 2. 1系统的 组成结构 本课题共分三个部分: 设备监控系 统、本地维护系 统和 远程服务系 统。 设备监 控系 统完成对底 层设 备的 控制， 设备 运行状态的采集和 监视; 本地维护系 统负 责监 控车间的 冲压机 床， 对冲压 机床出 现的 故障进行简单 诊断，当 冲压机床出 现故障而 且无 法解决时可以向 远程服务系统 请求远 程故障 诊断 。 远程服务 系统不但是故 障诊 断中 心， 能够接受客户端的 诊断 请求并 对其不能解决的 故障 给予诊断， 而 且还是设 备制 造企业的售 后服务中 心， 具有远程、 即时的信息管 理的 功能， 远程技术 培训等 功能。 2. 2系统总体网 络结构 结合当前网络 监控系统和压力成 形设备的最新发 展趋势， 遵循模块化、 标准 化、 高可 靠性、易 扩展、易维 护等设计原则， 设备的远程监 控、 智能 诊断 与维护系 统主 要由 远程维 护服务中 心、 本地维护系 统和网络传输通道 等部 分构成， 系统总体网 络 结 构和规划 方案的 框图 如图2. 2 . 1 示。 从地域上看，广域分布是远程系统的基本特征，远程系统的目的就是为地理上 分布广泛的设备提供有效的诊断维护支持。 从组织看，系统由监控系统、本地维护系统和远程维护系统组成，呈分布式网 络化状态，同时也具有明显的递阶层状特征。 硕士论文冲压机床的远程智能诊断、维护系统研究 图2 3 . 1设 备监控系 统功能模型 . 本地维护系统 本地维护系统主要是对冲压机床进行故障诊断和维护，如果故障发生，本地维 护中心不能解决故障问题时，本地维护中心可以通过e 比 旧 1 1 、电话、b 阳 met向远程 服务系 统提出 维修 请求并可以 实 现与 远程维 护系 统的 文字交互、 图片 交互及视 频交 互， 进行实时在线 故障诊断。 其主要功能结 构如图2. 3 2所示。 本地维护系统的服务集中于所属区域内的诊断对象，因而服务更具有各自 运行 环 境的 特点。 另 外， 通过与远程维护系统的 协作可以 获取相应的支持， 并为远 程维 护 系统和诊断专 家提供局 部故障 诊断 知识和经验。 其主要功能 有: 1)用 户管理: 对本地维护系统的用户进 行管理; 2 ) 诊断维护: 提供了 简单 诊断 功能 对冲压机 床进行故障智能诊断 与设备维 护; 向 远程维护 服务 系统发 送报修单， 请求远程维护 服务系统对其 进行远程智能诊 断、 维 护服务; 与远程诊 断维护专家通过交互式手 段 ( 音频、 视频、文字、 图片、 文件 传输等) 对现场设备 进行远程故障诊断与维护; 3) 维护管 理: 对 本地维护系统进行维护包括 对以 往故障的查 询， 工单分配 及维 修情况反馈; 4) 设 备定期报 表: 现场可定期接收远程维 护服务系统发 送的设 备状态 报告、 运 行趋势分析报告等。 5)诊断知识 库定期更 新: 本地维护系统可从 远程维护 服务中 心定期更新知 识库 中的知识，以提高本地维护系统诊断维护能力。 硕士论文 冲压机床的远程智能诊断、维护系统研究 图2. 3 2本 地维护中心的功能模型 . 远程 服务系统 远程服务系统提供广域 范围内 的 共享诊断资 源平台，为 客户提供 共享资 源和多 种智能 诊断与维护手 段， 并 可与客 户进行交互。 中 心的核心 资源是 知识库、 数据库， 它 们一方面向客户 提供诊断与维 护服务， 另 一方面又通过诊断 专家从客户 端获得资 料 加以 精炼、 提取， 来丰 富自 身的 诊断智能和提高 远程服务能力， 其功能结 构图如 图2. 3. 3 所示125 一 刀 。 主要功能 有: . 系统的 集成、 配置与 数据管理: 提供优化了 的系统 集成方法 和安全措施: 。 用户管 理: 用户登录、 级别、 查询、 管理等; . 客户管理: 客户类型 、拥有设 备、 地区 、服 务级别 等; . 知识库、 数据库的 管理与更 新: 远程服务 系统对客户提供诊断和维护时 会 产生新知识， 需要处理并规 范化以 补充更 新系统知识库;同时还可以 获取 中 心技术讨论板块的诊断知 识， 更新当 前知识库;中 心诊断支持能力的 增 强， 取决于以 上两库的丰富 程度和有效的 检索提取手段; . 历史数据管理及挖掘: 历史 数据管理针对的是已 整理成知 识的数 据， 实际 上是知识 库的 优化和更新; . 诊断任务管理:对新的 诊断 任务、正在进行的诊断任务、已 完成的 诊断任 务的管理; . 在线辅助诊断: 用户使用此功能可进行信号分析、运行 趋势预报 等， 并可 使用中 心的各种智能诊 断工具， 如专家系统等; 硕士论文 冲压机床的远程智能诊断、维护系统研究 带 远程监测与分析: 进行故障诊断; 远 程 服 务 系 统 可直接对设备进行监测，并对原始信号进行分析处理， 系统 管理系统建模 、 配t 系统数 据管 理 用户 管理 知识管 理 知识 库的 建立 知识 的获取 和处理 推理控 韦 爪 约束和 管理 知识更 新 传递 远程诊 断维 护设 备运行状 态监 侧 在线 诊断 维护 远程 培训技 术 交流 智 能诊 断 诊断 过程智 能管 理 电子手 册维 护 协 同管理 与调度资 西、任务管 理 专 家调 度管 理 数据 管理与 报告 历 史数据 管理 数据挖 掘模 型更新 设备状态 定期 报表 设 备运行 档案 管理 诊 断专家 管理 图2.3. 3 远程服务系统功能模型 辛 协作管理:对诊断过程中可能涉及的协作问题进行管理，比如多个专家之 间 协同诊 断会议等;设 备运行趋势分析 报告、 诊断 报告的 生成， 诊断结果 规范化处理，以及处理结果存储、显示; 帝 远程培训 :借助远程服务系统强大的知 识资 源， 建立设备使用、维护培训 系统，对用户进行使用和维护培训: 硕士论文冲压机床的远程智能诊断、维护系统研究 带 知识的传递、发布功能:向各现场本地维护系统传送新知识; 辛 电 子手册维 护发布: 不断 利用新 知识更新己 有的电 子手 册， 并提 供给客 户， 来提高客户的自 身诊断维护能力。 辛 诊断专家管理:专家注册、登录、注销、当前工作状况、专家能力等: 2. 4本章小结 为了确保冲压机床的可靠工作，尽量减少和及时排除故障，提供产品全周期内 的主动维护服务，将远程监控、智能诊断技术与先进的维护、维修理念引入到冲压 机床的日常保障维护中，提出了“ 冲压机床的远程诊断与维护系统” 的体系结构，并 根据设备的分布情况构建了系统的网络结构， 最后描述了系统的各个子系统的功能 模型。 硕士论文冲压机 床的远程智能诊断、 维护系统研究 3系统实现的关键技术研究 冲压机床的 远程智能诊断、维护系统的 研究跨越计算机、 通讯、自 动控制等学 科领域， 是多学科的交汇。 本系统的远程维护服务系统包含两个主要的功能: 远程 在线诊断维护服务和远程专家在线维护服务， 其中远程在线诊断维护服务可以 供远 程维护服务系统用户对冲压机床故障进行远程在线诊断维护服务， 而远程专家在线 维护服务主要供远程维护服务系统用户对冲压机床故障进行远程专家在线诊断维 护服务。由于开发远程专家在线维护服务系统所需要的技术较为全面， 所以下面主 要介绍远程专家在线维护服务系统的技术实现. 远程专家在线维护服务系统完成的功能是借助多媒体信息的远程交互功能使远 程专家可以对客户现场进行在线维护指导， 帮助客户快速地定位和排除故障。 其完 成的主要内容包括图像、音视频等多媒体信息的获取、压缩、 传输和播放等， 下面 就介绍 远程专家在 线维护所使用的关键技术， 其中 重点 介绍的 是: 音频、 视频数 据 的采集、图像、视频压缩技术、网络与通讯技术、数据库技术. 1 1音频、视频数据的采集 当 前， 在v 丙 n d o w s 平台 下开发视频应用程 序一般采用两种方式: 一种是基于视 频 采 集卡 所附带 的二 次 软 件开发 包s d k(s。 丘 w 公 。 d ev ei o p m 即 t 玫) 进 行。 这 种 方 式的 优点是应用方便， 容易上手， 缺点是对硬件的依赖性较强，灵活性差， 且功能 参差不齐，不能充分满足各种视频应用程序的开发需要;另一种方式是基于 vfw 娜d e o forw 访 d 卿习 进行的。 vfw 是m i croso ft 公司为开发w 山 d 0 w s 平台 下的 视频应用程序提供的 软件工具包， 提供了 一系列 应用程序编程接口( api ) ， 用户可 以 通过它们很方便地实现视频捕获、 视频编辑及视频播放等通用功能， 还可利用回 调函数开发更复杂的视频应用程序。它的特点是播放视频时不需要专用的硬件设 备， 而且应用灵活， 可以 满足视频应用程序开发的需要。 win d o w s 操作系统自 身就 携带了vfw， 系统安装时， 会自 动安 装vfw的相关组件。 因此我们选用后者 进行 开发。 3. l i v 下 w 的体系结构 vfw以 消息驱动方式对视频设备进行存取， 可以很方便地控制设备数据流的工 作过程。目 前， 大多数的视频采集卡驱动程序都支持v f w接口，它主要包括多个 动态连接库， 通过这些组件间的协调合作， 来完成视频的捕获、 视频压缩及播放功 能。 硕士论文冲压机床的 远程智能 诊断、维护系统研究 l)a v i c ap.d ll: 主要实现视频捕获功能， 包 含了 用于 视频捕获的函 数， 为音 像 交 错声 v i ( a udi o vi d eoin terle a v e d ) 格式文 件和 视 频、 音 频设 备 程序提 供一 个高级 接口。 2)ms v i d e o dll: 能够将视频捕获窗口与获驱动设备连接起来， 支持icm视 频编码服务。 3) m c i a 刃 .d r v : 包含m cl ( m ed iac o n tl o 】 加 te ri 兔 c e ) 命令解释器， 实 现回 放 功能。 4) a v if il e. d l l : 提供对a v i 文件的读写 操作等文件管理功能。 5) icm( 加 由】 l ab lec o m p re ss i onm a n a g er) :即 压缩管理器， 提供对存储在a v i 文件中视频图 像数据的压缩、解压缩服务。 6) a c m( andio c o m press i onm an a g er) :即 音频压缩管理 器， 提供实时 音频压 缩及解压缩功能。 在视频捕获上采用的视频源是基于u s b口 的电 脑眼， 它支持vfw ( 巧d eo for v 石 n d o w s)， 视频采集通过 a v i c 妙 部件中的消息、宏函数、结构及回调函数来完 成的; 在音频捕获 上 采用的 录 音 源是 普 通mic( 麦 克 ) 。 1 1 )用a v i c a p实现视频、 音频捕获 a v i c a p支持同步的视频流捕获和单帧捕获并提供对视频源的控制。同时 冉 v i c 妙 在捕获视频方面具有明显的 优势， a v l c ap提供了 对视频源的 控制 ( m cl 媒体控制接口 设备) ，它能直接访问 视频缓冲区， 不需要生成中间文件，同步性很 强， 效率很高， 它也可将数字视频保存到事先建好的 文件中， 可以 利用a v i c 妙 自 由 地处理这个冉 丫 】 文件、 管理缓存区的 音视频数据、 还可以 在底层访问 音视频设备 的驱动器。 在课题研制的远程智能 诊断、维护系统中运用刃 刃 c a 卫实现视频、音频捕获的 过程如图3 . 1 .2 . 1 所示。 几个主要步骤如下: 建立视频捕获窗口，它是所有捕获工作及设置的基础，实现函数: 口 沐找 汾 t 日 c apture w 知 d o w o: 将捕获窗 与 视 频、 音频捕 获驱 动 相连， 实 现函 数: c a p driv e rc姗 e c t() : 获得 捕获 驱动 器的 能 力， 实 现函 数: c 即 加v e 旧e tc ap s o ; 设置视频源视频格式和显示对话框，获得和设定音频格式; 每个视频捕获驱动器最多具有三个不同的对话框用于控制视频的数字化和捕获 方法，可调用这些对话框完成对视频捕获的控制，实现函数如下: c 叩 d l g 叭 doosource( h whdcap ) 用于显示设置视频源对话框; 视 频源对话框 即d eo 硕 士论 文 冲压机床的远程智能诊断、维护系统研究 s ourcedi al ogbox) 用于选择视频 输入通道和 视频图 像的 动态参 数。它可以 列举出 当 前连接视频设 备的 信号类型( 5 讥1 5 和复合 类型) ， 并 且可以 通过 该对话框去 修改图 像的 色调、 亮 度、 饱和度。 c apdlg 巧 d eo f orm a t 伪 w n d c ap) ， 显示设 置视频 格式对话 框; 视频格式 对话框 ( 巧 deo f o n ” atdi al ogbo x) 用于 选择数字视 频的 框架 大小和视 频图像的色深，以及捕获视频图像的压缩格式。 图3. 1 . 2. 1 用冉 v l c ap 实现 视频、 音频捕获的过 程 视频显示对 话框帅d co压sp l ay枷l ogbox) 用 于控制视频外 观。 在该对 话框上进 行了 修改只是对 视频显示起作用， 对于实际的视 频数据是不会 造成改变的。比 如， 可以改变显示的颜色，饱和度等等。同样通过函数 c a pge i a udi of0 rmat o和 c a 丙e 认 u d iof o n 刀 at s 泳0 可 以 获 得 当 前的 音 频 数 据 格 式 和 音 频 数 据结 构 的 大 小。 默 认音频捕获 格式是8 七 it ，n k h z p c m， 立 体声。 如果要对音频 数据捕获格 式进行设 置 可以 使 用 函 数c ap se ta udiof o rmat o 来 实 现。 显示 视频 视 频 显 示 有overlay ( 叠 加 ) 和巧 e v ic w(预 览 ) 两 种 模 式 。 在叠 加 模 式 下 ， 捕获 视 频 数据不占 用 c p u的 处理资 源， 显示 速度 快， 视频采集 格式为 y u v格式，可 通过 c 刚dv e rl a y (b whdc叩 ， t r u e ) 来 设 置 。 打 开 覆 盖 模 式 后 ， 将自 动 关闭 预 览 格 式 . 预 览模 式从捕获设备 硬件传输数 据帧到系统的内 存中， 要占 用系统资 源， 视 频由 系统 调用g d i 函 数在捕获窗显示，显 示速度慢，它支 持r g b 视频格式。当 捕获窗口 的 父窗体失去焦点的时候，在应用程序的视频预览的数据将变慢，如果父窗体获得焦 硕士论文冲压机床的远程智能诊断、维护系统研究 点后，将对预览显示进行加速，因此预览处理的这种处理方式将大大提高整个系统 的效率。 打开预览模式 后， 系统将自 动 关闭 覆盖模式。通过 c 即 介 已 v i e w rat e o 来设 置显示频率;通过 口 p pr e v i e w ( h wn d c 叩，几垅 ) ，来开始预览 ;通过 capp re v ie w (h whdc即，f a l s e)，来结束预览;可以 使用 。 p c ap 奴 叮 e g etse to p ( c a iy n 兀 诬r 叼 闭 m s )去获得当前的音频缓存 区的设置。c a 卫 n 卫诬r 叼 团 m s的 犯叩 奴 叮 e a u d i o 指定在这次 捕获操作中 是否包括对声音的 捕获。 捕获图 像到缓存 或文件并作相 应处理 若要对 采集数据 进行实 时处理， 则 应利用回调 机制， 由c ap s etc all b 毗 。 n f ra m e o 完成单帧视 频采集;由 c ap s etc all b 朗 k c 勿 巧 deo s tr e a m o 完成 视频流 采集。 如果要保 存采集数 据， 则可 调用c a pca 别 tu r e s eq u e n c e ( h w n d ) 将 使用默认 设置， 开始对视频 和音频进行捕获，并把数据放在一个 c a 夕 叭兀 诬流 v l 的文件中;要指定文件名，可 调 用c a p f i l esetca p tu r e ( h 物d ， fi l en a ln e ) 0 终 止视频捕获 断开与视频采集设备的 连接. 调用 c ap c a to re s t o p 伪 w n d c 叩 ) 停止采集，调用 c 叩 d ri v er d i sc oym ec 叹 h w n d c ad ) ， 断开视频窗口 与捕获驱 动程序的 连接。 1 2图像压缩技术 常见的 图 像编码方法有 矢量量化编码、 霍夫曼编码 ( huff 比 田 1 d i n g ) 、 香农 一 弗诺编码、 预测及内 插编码、 变换编码、 行程长 度编码( rle)、 l z w编码、 jpe g 编码等。由 于jp e g将影像资 料中 较不重要的部 份去除， 仅 保留 重要的资 讯， 可以 达到很高的压 缩率。虽然影 像会有失真， 但 尸 e g提供参数 来控制失真比 例。 一般 而言，当 压 缩率 ( 即压缩过 后所减少的资料 量除以 原有资料 量)在 5 %一 巧 % 之 间 时，影像依然能 维持适当品质， 这是一般无失真压 缩法所做不到的。 开e g压缩 率高，影像品 质也为 人所接受， 因 此成为目 前最受 欢迎的 压缩方 法之一。 它能 应用 于压缩全彩 或是8位元的灰 阶影像， 凡是 照片 或是色彩连续的 影像都非 常适合利用 开 e g来压缩【 ， 所以 本系统采用jpe g 编码. jp e g( 联 合图 像 专 家 组 ， jo intph otog a p hi c e x pe rtsg r o 叩) 是 由 国 际 标 准 组 织 15 0( i ntem ati o na l s tan ar d 画iono rg an izati on) 和 国 际 电 话电 报 咨 询 委员 会ccit t (co n s u lta lioncom m 姗 of th e ln t e ry . ti on al tel印 h one an d tele 歹 a p h ) 为 静 态图 像 所 建 立的第一 个国 际数 字图 像压缩标准。 它采用有 损压缩方式来进 行图 像压缩， 但失 真的 程度非 常小，肉眼几乎 无法辨认。当然， jpe g也支 持无损 方式的图 像压缩， 但 其压缩比 就不能 达到那 么高. jp e g编码可以分为几 种模式， 有基于离散余弦变 换 ( d is c r e t e co s in e 加 劝 s fo n 刀，简 称dc t ) 的有 失真模式， 也有使用预 测器的 无失 真 模 式 128 . 2 l 硕士论文 冲压机床的远程智能诊断、维护系统研究 其中 最常用的开 e g编码是基于】 x 一 t 变换的 顺 序型 基本图像处 理模 式， 以下 针 对这种 格式进行 讨论。 在jp e g中， 编码 好的 数据 分成规定数量的 块， 称为最小 代 码单 元(mc u)， 这些 块由 原图 中一些8 、 8 像素 块构成。 m cu 的目 的 是 通过将图 像 分成可管理的数据块，使其便于进行处理，这对于内存受限制的嵌入式系统应用尤 其重要。此外 m c u还允许通过编码算法处理图像。在处理每个 mc u时，算法总 是从左到右穿过静止图像屏幕，然后从上到下遍及每个分拆部分。处理mc u和各 分 拆部分有 两种方法，一 种是每个m c u的数据都 只从一 个分拆部分中 来，另一 种 是 从每个 分拆部分中来的 数据交错排列 在一个m c l l 里。 对于后者， 每个m c u含 有图像特定部分所有数据， 而不是很多 m c u包含那一部分的各个分拆信息。 此外， 分拆部分 数据交错 排列时， 水平和垂直取样因 子决定了多 少个8 、 8 像素 块放在一 个 mc u里。 jpe g的目的是巧妙利用人类视觉系统特征进行处理， 以达到最大图像数据压缩 效果。 实际 上， 这个 标准就 是专门 用来去 除那些人 眼不易觉察的 信息。 人的眼睛 有 一种倾向， 对光的变化比对色彩的变化要敏感得多。与光线明暗变化不同， 色彩的 细微变化一般不容易察觉.因此以缺损 d c t为基础的编码倾向于去除表达轻微色 彩变化的数据，因为那对于观察者来说并不重要。 jp e g编解码 流程图 如图3. 2. 1 所示。 jp e g基本算 法实际上可以 粗略地分 成三 步， 分别是 离散余弦变换( d c 刀、 量化和嫡编 码。 图3. 2. i jp e g 编解码流程图 离 散余弦变 换( d c 劝: oc t是一 种空间 变换， 在现有的视频压缩编 码标 准中， d c t以8 、 8 的像素块为单 位进行， 生成的是8 x8的d c t 系数数据块。 d c t 变换的 最大 特点是对于 一般的图 像都能够 将像块的 能量集中 于少数低频 d c t系数 上，即 生 成 8 x 8 的l t系数块中 ，仅左上角的 少量低频系 数数值较大，其 余系数的 数值 很小， 这样就可能只编码和传输少数系数而不严重影响图像质量。 d i 二 t不能直接对 图 像产生 压缩作用， 但对图 像的能 量具有很好的 集中 效果，为压缩打下 了 基础。 硕士论文 冲压机床的远程智能诊断、维护系统研究 量化: 它是针对d c t变换系数进行的， 量化过程就是以某个量化步长去除d c t 系数。 量化步长 越大， 量化精度 越粗糙， 量化步 长 越小， 量化精度就越 细， 包 含的 信息越多。 不同的i x 二 t变换系数对人 类视觉 感应的 重要 性是不同的， 因此编 码器 根据视 觉感应准 则， 对一 个8x8 的d c t 变换块中 的64个d c t变换系 数采用不同 的量 化精度， 以 保证尽可能 多地包含特定的d c t空间 频率 信息，又 使量化精 度不 超过需要。 d c t变换系数中， 低频系数对视觉感应的重要性较高，因此分配的量化 精度较细; 高频系数对视觉感应的重要性较低， 分配的量化精度较粗， 通常情况下， 一 个 d ct 变换 块中 的大 多数高频系数 最后都会变为 零。 之字型扫描与 游程编码: d c t 变换产生的 是一 个8 ， 8 的 二维数组， 为进行 传输， 还须将其转换为 一维排列 方 式。 有两 种二维到一维的 转换方 式， 或称扫描方 式。 之字型扫 描和交替扫描， 其中 之字型扫描 是最常用的 一种。由于 经量化后， 大多 数非零工 兀 ! t 系数集中于8 x8 二 维 矩阵的 左上 角，即低 频分量区， 之型 扫描后， 这 些非零 d c t系数就 集中 于一维 排列数组的前部，后面跟着长串的量化为零的 d c t系数，这些就为游程编码创造 了 条件。 游程编码中， 只有非零系 数被编码。 一个非 零系 数的 编码由 两 部分组成: 前一部分表 示非零系数前的 连续零系数的数量( 称为 游 程) ， 后一部分是 那个非零系 数。 这样就把之型扫描的优点体现出来了，因为之型扫描在大多数情况下出现连零 的 机会比 较多， 游程编 码的效率 就比 较高。当 一维 序列中的 后部剩余的 工