工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)方向賽題二賽題名稱：混凝土泵車砼活塞故障預(yù)警

賽題背景

對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的維護(hù)，傳統(tǒng)的做法主要有兩種：一種是等故障發(fā)生后再維修，但這會(huì)導(dǎo)致非計(jì)劃性的停產(chǎn)，經(jīng)濟(jì)損失大;第二種是按固定計(jì)劃進(jìn)行維護(hù)，但維修成本高，停機(jī)時(shí)間長(zhǎng)。預(yù)測(cè)性維護(hù)，則通過分析故障歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)設(shè)備關(guān)鍵部件的剩余壽命或故障進(jìn)行提前預(yù)測(cè)預(yù)警，并據(jù)此進(jìn)行維護(hù)維修，從而減少設(shè)備非計(jì)劃停機(jī)時(shí)間、降低維護(hù)成本。

砼活塞是混凝土泵車的關(guān)鍵部件，也是消耗性部件，砼活塞故障將導(dǎo)致泵車無法正常工作，同時(shí)可能導(dǎo)致整個(gè)工地其他配套設(shè)備無法正常施工，從而帶來相當(dāng)大的經(jīng)濟(jì)損失。砼活塞壽命與設(shè)備的具體工況等密切相關(guān)，通過物聯(lián)網(wǎng)將泵車的實(shí)時(shí)工況數(shù)據(jù)等上傳至工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)，基于積累的數(shù)據(jù)建立合適的模型，有望對(duì)砼活塞在未來一定工作任務(wù)期間內(nèi)可能出現(xiàn)的故障做出有效的預(yù)測(cè)預(yù)警，從而提醒作業(yè)人員在施工前進(jìn)行必要的維護(hù)，避免因計(jì)劃外停機(jī)而帶來的經(jīng)濟(jì)損失。

任務(wù)描述

本賽題由中科云谷提供某類混凝土泵車砼活塞故障有關(guān)的數(shù)據(jù)，包括工作時(shí)間、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、油溫、壓力等多類工況數(shù)據(jù)，以及對(duì)應(yīng)情況下，在未來完成給定工作量（混凝土泵送方量）的過程中，砼活塞是否故障的標(biāo)識(shí)信息。希望參賽者利用大數(shù)據(jù)分析、機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等方法，提取合適的特征、建立合適的故障預(yù)測(cè)模型，再根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)該活塞在未來給定工作量?jī)?nèi)（泵送方量），是否會(huì)發(fā)生故障。

賽題內(nèi)容和方向

大多數(shù)參賽選手可能對(duì)混凝土泵車這種工程機(jī)械不太了解，砼活塞就可能更陌生了?；炷帘密嚨淖饔?，主要是將混凝土泵送到工地的具體施工點(diǎn)，比如在框架結(jié)構(gòu)的樓房施工過程中，支模板、綁鋼筋后，澆筑混凝土就主要是由混凝土泵車完成的。砼缸則是泵車將混凝土泵送到高處施工點(diǎn)進(jìn)行澆筑的動(dòng)作主體，砼缸里面的活塞就是砼活塞。主油泵的動(dòng)力傳送到砼活塞上，活塞推動(dòng)混凝土通過輸送管到達(dá)澆筑位置。

因此，可以說，砼活塞是在泵車第一線干著最苦最臟的粗活，其壽命總是有限的，還可能由于其他復(fù)雜的原因出現(xiàn)異常的故障。

中科云谷是工程機(jī)械行業(yè)最早開展物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用研究實(shí)踐的團(tuán)隊(duì)之一，基于中聯(lián)重科十余年的探索與積累，中科云谷工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)已經(jīng)連接超過20萬套價(jià)值千億元級(jí)別的設(shè)備資產(chǎn)，采集超過9000余種數(shù)據(jù)參數(shù)，存量數(shù)據(jù)已達(dá)PB級(jí)別。

賽題價(jià)值

砼活塞看起來不起眼，卻是混凝土泵車的關(guān)鍵部件，也是消耗性部件。砼活塞故障不僅將導(dǎo)致泵車無法正常工作，由于在工地施工過程中，通常都會(huì)有多臺(tái)攪拌運(yùn)輸車等多種施工設(shè)備配套以及多類施工人員共同工作配合，因?yàn)橐粋€(gè)小小的砼活塞故障，可能導(dǎo)致整個(gè)工地臨時(shí)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，無法正常施工，從而帶來相當(dāng)大的經(jīng)濟(jì)損失。

本賽題是將大數(shù)據(jù)分析、機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)應(yīng)用到工程機(jī)械實(shí)際業(yè)務(wù)場(chǎng)景中的一次嘗試，賽題本身具有很好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，同時(shí)，對(duì)于探索成熟算法在復(fù)雜的實(shí)際場(chǎng)景中如何應(yīng)用落地具有很好的啟示作用。

賽題難點(diǎn)

本賽題的特征數(shù)據(jù)字段包括：活塞工作時(shí)長(zhǎng)、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、油泵轉(zhuǎn)速、泵送壓力、液壓油溫、流量檔位、分配壓力、排量電流、低壓開關(guān)、高壓開關(guān)、攪拌超壓信號(hào)、正泵、反泵、設(shè)備類型。其中，活塞工作時(shí)長(zhǎng)指的是新?lián)Q活塞后的累積工作時(shí)長(zhǎng)，屬于數(shù)值型。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、油泵轉(zhuǎn)速、泵送壓力、液壓油溫、流量檔位、分配壓力、排量電流，均為泵車的對(duì)應(yīng)工況值，也屬于數(shù)值型。低壓開關(guān)、高壓開關(guān)、攪拌超壓信號(hào)、正泵、反泵，都是開關(guān)量。設(shè)備類型指的是，該泵車的類型，屬于類別型。

這道題目的難點(diǎn)主要有：

1.特征字段原始數(shù)據(jù)存在缺失，為簡(jiǎn)化賽題，數(shù)據(jù)在預(yù)處理的時(shí)候進(jìn)行了填充，但某種程度的信息缺失仍然是實(shí)際存在的。

2.不同類型的設(shè)備，其工況不同，活塞壽命損耗情況可能不同，因此可能需要針對(duì)不同類型的設(shè)備分別建立模型。

3.測(cè)試數(shù)據(jù)中有一部分新的設(shè)備，其數(shù)據(jù)從來沒有在訓(xùn)練數(shù)據(jù)中出現(xiàn)過（設(shè)備類型出現(xiàn)過），因此如果從訓(xùn)練集隨機(jī)切分一部分樣本作為驗(yàn)證集，驗(yàn)證集效果可能不錯(cuò)，但是在測(cè)試集上效果可能不如驗(yàn)證集。本賽題這么設(shè)計(jì)，是因?yàn)樵趯?shí)際應(yīng)用中就包含這樣的場(chǎng)景，新投入工作的設(shè)備，從來沒有過活塞故障記錄，但仍然希望對(duì)其可能的故障進(jìn)行預(yù)測(cè)。是否可以將某些遷移學(xué)習(xí)的思想應(yīng)用到本題中，需要選手們進(jìn)行探索。

4.是否是原裝的砼活塞，其工作壽命和故障概率可能會(huì)不同。不排除某些混凝土泵車車主，在超過保修期后，更換時(shí)采用了非原廠出品的砼活塞，從而表現(xiàn)出不同的壽命。因此，僅僅根據(jù)累積工作時(shí)間來預(yù)測(cè)其故障，預(yù)測(cè)效果可能不會(huì)太高。

此外，由于工況數(shù)據(jù)的具體值都經(jīng)過了一定的脫敏處理，即不完全是實(shí)際測(cè)量值，雖然盡量保留特征的相對(duì)關(guān)系，但不可避免地會(huì)有某些信息丟失。