观察记录.md 22 KB
功图找气阀/活塞故障 —— 观察记录（中文）
只读分析。样本：
wave_file+wave_sample_one（每条文件一个首周期，约 1545 点）。故障锚点：7,8,9号压缩机故障汇总.xlsx。backend/indicator_features/为新增独立目录，只读数据库，不影响现有程序。数据跨度约 2025-03 ~ 2026-06。
1. 数据方法
- 采样 25.6 kHz、每转 8 个键相脉冲、约 996 转/分 → 单周期约 60 毫秒；每 15 分钟存一条文件。
wave_sample_one= 每条文件一个首周期；旧的cycle_start/end已废弃。- 级配：一级=2/4/6 缸、二级=3/5 缸、三级=1 缸。
- 同一缸的"压力盖侧 / 压力轴侧"是同一缸两个腔，可互换补充。
- 键相 0°：
second_value>=30的脉冲，每转 8 个，较宽的那个是 0° 标记。
2. 可用性（以 wave_sample_one 计数为准）
wave_sample（全量）整表基本为空，真正存数据的是 wave_sample_one（每文件一个首周期）。availability.py 直接统计有多少文件存在 wave_sample_one 数据：
9号机一缸盖侧: 文件1489, 有首周期的日11
8号机三缸盖侧: 文件521, 有首周期的日0 (2025-10~12)
7号机三缸盖侧: 文件0 (2024-12~2025-02)
活塞事件前无数据的直接证据：
| 事件 | 测点 | 窗口内文件 | 有首周期 |
|---|---|---|---|
| 8 号机活塞 2025.12.6 | 三缸/二缸 | 521 | 0 |
| 9 号机活塞 2026.1.18 | 一缸 | 1489 | 仅 2026-01-30 起 |
| 7 号机活塞 2025.1.10 | 三缸/二缸 | 0 | 0 |
| 对照：8 号机气阀 2026.3.29 | 三缸 | 3594 | 535 |
结论：活塞事件前确实没有功图周期（不是抽样误判），"气阀有、活塞没有"是数据采集期差异。
3. 特征与检测（早期完成）
- 稳健平台：用 Otsu 双峰法求吸气压力 / 排气压力 / 压比。
- 相位对齐：整转内取 PV 环面积最大的偏移 → 指示功、等熵效率（0.68~0.89，合理）、多变指数。
- 通道质控：按"级"判断坏道（压力≈0）/弱道/偏高（修正了跨级误判，如三级一缸压力天然高）。
analyze.py：同级缸间对照、同缸双腔对照（相位剖面 L2）、本缸自身基线 z。trend.py：按天自身基线 z + 突发跳变 + 同级偏差的突发跳变。
4. 关键观察（早期）
4.6 全事件慢漂移扫描（event_scan.py）
对 9 个维修事件各回看 120~180 天，自动计算同级相对/自基线的线性漂移并排序：
- 多数事件数据不足；
- 7 号机 2026-05-21：只有六缸盖侧显著漂移（传感器失效）；
- 7 号机 2025-08-08：扫描出的"漂移"其实是二缸盖侧传感器异常——其排气压力在 2025-04-30~06-11 卡在 13.3 MPa，06-12 降到 7.5，06-13 起恢复到约 1.69；
- 其余"漂移"为数据稀疏/启停造成的假象。
结论：全事件扫描未发现气阀/活塞的缸级漂移；找到的异常几乎都是传感器故障。
4.7 往前追溯 1~2 个有效段（lookback_scan.py）
把"有功图周期"的日期聚成段（相邻间隔>10 天分段），对每个事件取之前最近的 1~2 段，比较段间同级相对值，并在长段（≥8 天）内做漂移。
| 事件 | 追溯到的段 | 观察 |
|---|---|---|
| 7 号机 2025-08-08 气阀 | 2025-07-25~27、2025-06-11~13 | 两段同级几乎一致 → 无变化 |
| 7 号机 2025-10-07 气阀 | 同上（2025-10 无数据） | 无变化 |
| 7 号机 2026-05-21 气阀 | 2026-03-12~04-04、2026-02-10~16 | 六缸盖侧：段内漂移（压比 −3.4MAD）× 段间 +4.8%→−23.0% → 传感器退化，事件前两段即可见 |
| 8 号机 2025-12-06 活塞 | 2025-03-13~19、2025-04-29~05-03 | 多缸同步变 → 工况/启停；距事件 8~9 个月 |
| 8 号机 2026-03-29 / 04-01 气阀 | 2026-03-15~20、2025-04-29~05-03 | 六缸盖侧已死（传感器）；四缸轴侧压比变化（配置） |
| 9 号机 2026-01-18 活塞 | 2025-10-13~16、2025-09-04~09 | 二/三缸一致 → 无变化 |
| 7 号机 2025-01-10 活塞、8 号机 2025-02-17 气阀 | 无 | 该时段完全无数据 |
结论：往前追溯后仍未发现气阀/活塞的缸级特征；唯一在事件前两段内可见的是 7 号机六缸盖侧的传感器退化。
4.5 长窗口慢趋势（trend.py）
| 机组 | 最主要的慢变化 | 判断 |
|---|---|---|
| 7 号机 | 六缸盖侧排气压力从 4 月约 1.9 骤降到 5 月后约 0.81 并保持（压力幅度 0.85→0.27）；六缸轴侧正常 | 单侧传感器失效；方法能抓到阶跃 |
| 8 号机 | 一缸（三级）压比/指示功缓降（负荷耦合）；四缸轴侧同级压比 +30%→+11%（配置） | 无单缸故障 |
| 9 号机 | 全部缸排气压力/指示功同步 +3~4%/30天 | 负荷级整体漂移 |
结论：长窗口慢趋势能稳定捕捉缓慢/阶跃变化，但这些变化都不是气阀/活塞缸故障。
4.4 形状/波形角度（shape_analysis.py）
用归一化相位剖面（对齐 PV 环 + 平台归一化，消工况），比较"修前/修后 L2、同级、双腔"：
| 事件 | 修前/修后 剖面 L2 | 结论 |
|---|---|---|
| 8 号机 2026.3.29/4.1 | 二/四缸约 0.13~0.16（极稳）；三级一缸 3.0~3.3 | 只有三级一缸变化大，但受负荷耦合 |
| 7 号机 2025.8.8 | 全部 0.13~0.82 | 无单缸畸变 |
| 7 号机 2026.5.21 | 全部 0.05~0.54 | 无单缸畸变 |
结论：形状角度也没有找到可归因于气阀/活塞的单缸畸变。
4.0 早期候选特征（修前/修后同级对照）
把"维修前段"与"维修后段"的同级缸间偏差对比，找维修后恢复的缸。
8 号机 2026.4.1 气阀 —— 一级轴侧压比同级偏差：
| 段 | 四缸轴侧 | 六缸轴侧 | 同级中位 |
|---|---|---|---|
| 修前 2026-03-15~20 | +34% | −22% | 3.42 |
| 修后 2026-04-18~05-06 | +13% | −16% | 3.10 |
- 四缸轴侧压比（相对同级）由 +34% 降到 +13%；效率同期 0.558→0.626。
- 对照：2025-03~05 四缸/二缸压比 0.96~0.98（排序 二>四>六）→ 2026 全为 四>二>六，排序持久反转 → 更像年度拆装/配置变化。
- 其余活塞事件无可用的故障前段。
4.1 8 号机 2025 春季
- 二缸盖侧排气压力比同级低约 8%、指示功低约 9%，但二缸轴侧正常 → 倾向单侧偏置。
- 突发跳变集中在 2025-03-17/18、05-01~03，是工况切换日。
4.2 8 号机 2026 春季（3.29/4.1 气阀）
- 3-16~20 一级排气压力偏低；但同级缸间 + 盖/轴双腔同步移动 → 工况级变化，非单缸故障。
4.3 7 号机 2026-05 气阀前两周
- 同级轴侧偏差稳定、无趋势（该事件为管道突发）。
5. 结论（早期）
- 工具链完备（平台/效率/三种归一化/突发跳变/通道质控）。
- 但活塞事件在现有功图数据里没有故障前可用段；气阀事件多为突发，故障前无单缸趋势。
- 观察到的较大变化都能被"同级/双腔同步"解释为工况，说明目前功图暂未提供可区分的故障特征。
6. 建议（早期）
- 用未来/新采集的密集段做验证；
- 稳定多变指数（限制拟合区间、最小样本）；
- 将"同级偏差 + 双腔差"的长期基线与异常段联合，做多证据互验。
附录 A. 名词解释
| 名词 | 含义 |
|---|---|
| 功图（示功图） | 气缸一个压缩循环内的"压力–曲柄转角 / 压力–容积"曲线，反映吸气、压缩、排气、膨胀四过程 |
wave_file |
高频波形文件记录，每测点约 15 分钟一条 |
wave_sample_one |
每条文件对应的一个首周期采样点（约 1545 点） |
| 键相/触发 | second_value>=30 的脉冲；8 个脉冲/转，较宽的是 0° 标记 |
| 缸 / 级 | 一级=2/4/6、二级=3/5、三级=1 |
| 盖侧 / 轴侧 | 同一缸两个腔的测点 |
| 吸气压力 / 排气压力 | 一个周期内低压平台 / 高压平台压力 |
| 压比 | 排气压力 / 吸气压力 |
| 指示功 | 一圈内 PV 环面积 |
| 等熵效率 | 理想等熵功 / 实际指示功，实测 0.68~0.89 |
| 同级 | 同一"级 + 侧"内的各缸 |
| 双腔差 | 同一缸"盖侧 − 轴侧" |
| 自身基线 z | 本测点相对自己近期中位数/MAD 的稳健 z |
| MAD | 中位数绝对偏差（稳健尺度） |
| 坏道/弱道/偏高 | 通道质控标记：压力≈0 / 明显偏低 / 明显偏高 |
附录 B. 观察对象（故障点）
| 机组 | 日期 | 类型 | 故障前是否有功图 |
|---|---|---|---|
| 7 号机 | 2025-01-10 | 活塞 | 无 |
| 7 号机 | 2025-08-08 | 气阀（污染） | 有（2025-07-25~27） |
| 7 号机 | 2025-10-07 | 气阀（一级排气阀阀片） | 2025-10 无 |
| 7 号机 | 2026-05-21 | 气阀（进气阀组油压管） | 有（2026-05-07~21 连续） |
| 8 号机 | 2025-02-17 | 气阀（阀片） | 无（数据 2025-03 才开始） |
| 8 号机 | 2025-12-06 | 活塞（开裂） | 无 |
| 8 号机 | 2026-03-10 | 十字头 | 无 |
| 8 号机 | 2026-03-29 | 气阀（一级进气滤网） | 有（2026-03-15~20） |
| 8 号机 | 2026-04-01 | 气阀（阀片/弹簧/缓冲片） | 有（2026-03-15~20） |
| 9 号机 | 2026-01-18 | 活塞（三级活塞杆断裂） | 无（数据 2026-01-30 才起） |
附录 C. 为什么活塞事件"数据不足"
- 7 号机 2025.1.10 活塞：窗口 2024-12~2025-02 内
wave_file0 条。 - 8 号机 2025.12.6 活塞：窗口内有
wave_file521 条，但wave_sample_one0 条（有功图文件但未生成首周期）。 - 9 号机 2026.1.18 活塞：
wave_sample_one从 2026-01-30 才开始（事件后 12 天）。
7. 每 10° 分箱局部统计
思路：整周期平均值会互相抵消，故障可能只体现在某个小角度区间。把每周期按键相 0-360° 切成 36 个 10° 箱，箱内直接在原始点上算指标（不重采样），再做同一点故障前后对比。
7.1 方法（run_segments.py → angle_bins.py → event_bins.py → bin_plot.py）
wave_sample_one每文件约 1545 点、0°=键相宽脉冲；按角度=360×序号/点数落箱（10° 箱约 43 个原始点；--bin-deg可选 5/15/20）。- 每箱指标见 §8.1 与
cn_names.py；只用转速>0 的周期。 - 运行段（
run_segments.py）：以wave_file.rpm>0的日期为开机日（官网开机表不准，弃用），相邻开机日（允许桥接 2 天）合成运行段。 - 前段：事件前最近的运行段，不足 15 运行日就继续往更早的运行段累加；后段：事件后第一个运行段（允许 30 天内桥接），不跨大停机；趋势：事件前累计 ≥30 运行日。
- 对比只限同一点（同缸同侧）。每个指标分成：整体（全箱变化的中位数，全箱一起动=负荷/传感器）与局部（各箱变化−整体，个别箱动=阀/局部故障）；波动类与水平类分开。
- 质控：压力幅度<0.3 的坏道/卡死自动跳过；箱尺度下限=该指标各箱尺度中位数的 20%。
7.2 数据覆盖（转速>0 开机天数）
7号机: 65 天 / 8 个运行段
8号机: 58 天 / 6 个运行段
9号机: 84 天 / 11 个运行段
7.3 结果
7 号机 2026-05-21 气阀（进气阀组油压管崩开） — 唯一干净候选：
前段 2026-05-06~05-20(15运行日) 后段 2026-05-21~06-06(9运行日) # 测点 角度箱 类型 指标 前 后 变化 相对 1 二缸盖侧 140-150° 局部波动 标准差 0.0227 0.0333 +6.0M +50% 2 二缸盖侧 140-150° 局部均值 斜率 -0.00775 -0.0112 -5.6M -342% 3 二缸盖侧 140-150° 局部波动 极差 0.0718 0.0923 +3.9M +30%同箱 3 个指标一致（波动/幅度增大、斜率变陡），均值剖面几乎重合。
其余事件受跨年/跨季工况、传感器卡死、或故障缸无前段干扰。
7.4 结论与下一步
- 唯一可复现的"局部角度箱"候选：7 号机二缸盖侧（一级）140-150°。
- 下一步：按本周期压力幅度归一再比、只保留同月对比。
8. 特征扩展与全时间轴扫描
对照第 7 节，本节把特征从 6 个扩到"分箱 18 + 整周期 13"，并新增全时间轴无监督扫描。
8.1 特征集（bins_common.py 统一注册）
- 分箱 18 个：均值/极差/标准差/中位绝对偏差/斜率/粗糙度 + 10/50/90 分位/四分位距 + 偏度/峰度 + 导数族（平均|导数|、最大|导数|、导数RMS、二阶导RMS、导数过零数、极值数）。
- 整周期 13 个：吸气压力/排气压力/压比、吸气占比/排气占比、最小压力角/最大压力角、上升穿越角/下降穿越角、最大上升斜率/最大下降斜率、最大上升角/最大下降角。
- 角度型指标按 0-360° 环形处理（差值取最短弧，尺度下限 1°），避免跨 0° 假跳变。
8.2 事件对比结果（event_bins.py）
- 7 号机 2026-05-21 仍是最干净候选，新指标佐证：二缸盖侧 140-150° 同箱
四分位距+46% / 标准差+50% / 斜率-342% / 导数RMS+31% / 极差+30%。 - 8 号 2026-03-29：一缸（三级）40-50°、220-230° 的斜率/导数族变化最集中。
- 9 号 2026-01-18：三缸（二级）多处变化；故障缸一缸无前段。
- 偏度/峰度/导数过零数集中在四缸轴侧 70-80°（已知配置/传感器问题）。
8.3 全时间轴无监督扫描（scan_bins.py）
对每个（测点、箱/整周期、指标）在整条时间轴上找最佳二分段，再减去整点中位数 → 局部分数。
- 7 号：榜首是二缸盖侧传感器卡死（2025-06-12 从 13.3 恢复）与四缸盖侧坏道（2026-02）。
- 8 号：榜首是六缸盖侧坏道（2026-03-15 起压力→0.015）。
- 9 号：阈值 5 无候选，阈值 4 仅 2 条弱候选。
- 价值：扫描器无需事件、无需前段即可自动定位已知传感器故障 → 方法有效；但仍未自动浮现阀/活塞特征。
8.4 结论与下一步
- 特征维度已扩展（分箱 6→18、整周期 0→13）。
- 仍只有 7 号 2026-05-21 一个可复现的局部压力候选；扫描器自动找到的都是传感器故障。
- （曾尝试压力×振动联合：日度相关以负荷共动为主，压力候选与同缸十字头振动无同步，振动未产出特征，已删除相关代码与数据。）
9. 压力幅度归一
9.1 压力幅度归一（--normalize span）
- 原理：压力幅度类指标（均值/标准差/极差/四分位距/导数族、吸气压力/排气压力/最大上升/最大下降斜率等）除以本周期压力幅度，消掉负荷/压比的整体变化。
- 结果：7 号 2026-05-21 二缸盖侧 140-150° 候选在归一后依然存在（标准差+51% / 四分位距+45% / 斜率-366% / 导数RMS+31%）→ 是真实波形形状变化，不是负荷。
- 归一后浮现一类新变化：阀时序角度——多个缸的上升穿越角/下降穿越角/最小压力角/最大压力角同时移动 3~9°。多缸同步 → 更像全机工况/相位参考变化，不是单缸故障。
- 注意：压力幅度归一不能自动剔除传感器道（卡死道的幅度不一定为 0，坏道的无量纲量也仍会参与）。
9.2 结论
- 压力幅度归一验证了 7 号二缸盖侧 140-150° 是形状变化而非工况。
- 曾试压力×振动联合，振动未产出可用特征（相关以负荷共动为主、与候选不同步），相关代码与数据已删除。
10. 两个追问：9 号活塞看全缸 + 7 号事件前的长期演化
metric_trace.py：把任意（测点、角度箱、指标）的日度中位数沿全时间轴画出，按数据间隔分段、逐段拟合趋势。
10.1 9 号机 2026-01-18 活塞——故障缸无前段，但其它缸有特征
一缸（三级）功图 2026-01-30 才起，确无前段；但二缸（一级）、三缸（二级）有变化（前段 2025-06~10，后段 2026-01-30~03-13，已归一）：
| 测点 | 集中角度箱 | 指标变化 |
|---|---|---|
| 三缸轴侧（二级） | 230-240° / 240-250° / 260-270° | 斜率正负翻转，+15~18MAD |
| 三缸盖侧（二级） | 60-70° / 100-110° / 340-350° | 标准差/中位绝对偏差/粗糙度/四分位距/极差普遍增大 +7~15MAD |
| 二缸盖侧（一级） | 350-360° | 标准差+114% / 四分位距+112% |
| 二缸轴侧（一级） | 0-10° | 峰度+54% |
整周期上，三缸最大压力角/上升穿越角移动 +4~5°、吸气压力 −8%、压比 +5%。 评价：三缸（二级）表现为同一小角度带的波动/幅度增大，符合"上游级受三级活塞故障牵连"的形态；但前后段跨 3~4 个月且跨年，不能证明是事件前渐变，仍需同月基线。
10.2 7 号机 2026-05-21 气阀——事件前的长期演化
- 二缸盖侧 140-150° 标准差（候选）：2026-02 约 0.033 → 2026-03 中位 0.030 → 2026-05 事件前中位约 0.023，约 −25% 缓慢下降；修复后跳回约 0.033。即事件前有小幅、非单调的长期下降，修复后恢复。
- 2025-04~06 的约 0.002 低值是二缸盖侧传感器卡死造成的假象。
- 整机吸气压力：事后核对——二/三/五缸盖侧"事件前段 vs 修复后"中位数只差约 1%（如二缸盖侧 0.667→0.649、三缸 1.806→1.764），差异可忽略。此前依据归一趋势表说的"全机吸气压力回落"不成立，已撤回。
结论：① 候选特征（二缸盖侧 140-150° 波动）在事件前约 2.5 个月内有缓慢下降再修复后回升，这是该事件唯一清楚的长期线索；② 吸气压力差异可忽略（已撤回）；③ 2025 年因传感器与长断档不可用。
10.3 结论
- 9 号活塞：故障缸无前段不妨碍从别的缸找特征——三缸（二级）是主要候选，但需同月基线去伪。
- 7 号 2026-05-21：事件前确有长期演化——二缸盖侧 140-150° 波动缓慢下降约 −25%，修复后回升（吸气压力差异可忽略）。
11. 形状特征扩展 + 7/8/9 全事件扫描汇总
11.1 新增形状/复杂度特征（分箱 18 → 23）
再增加 5 个箱内形状指标：二阶导最大（拐角尖锐度）、总变差（Σ|相邻差|，弧长/毛糙）、过均次数、移动度、复杂度。全部纳入压力幅度归一。
11.2 全事件汇总（summary_features.py）
把 event_bins.py 明细按事件×测点×角度箱跨指标合并、按总 |MAD| 排序，输出 summary_final.csv（全量 891 组）。头部（阈值 3MAD）：
| 事件 | 测点·角度箱 | 指标数 | 主要指标 |
|---|---|---|---|
| 9号 01-18 活塞 | 三缸盖侧 60-70° | 7 | 移动度↓14.9, 中位绝对偏差↑5.1, 过均次数↓5.0 |
| 8号 12-06 活塞 | 二缸轴侧 110-120° | 10 | 标准差↑11.8, 斜率↑11.0, 极差↑9.7 |
| 8号 03-29/04-01 气阀 | 一缸轴侧 220-230° | 16 | 导数RMS↑23.1, 最大 |
| 8号 03-29/04-01 气阀 | 一缸盖侧 40-50° | 14 | 最大 |
| 7号 05-21 气阀 | 二缸盖侧 140-150° | 9 | 标准差↑6.2, 四分位距↑6.0, 斜率↓5.6, 导数RMS↑3.9 |
11.3 关键判读：看"前后段的时间距离/前段跨度"
汇总含 相隔天数（后段起点 − 前段终点）与 前跨度天数（前段首末）；用 --max-pre-span 过滤"前段回溯到一年前"的伪比较，用 --pre-days 6 让前段只取事件前最近的运行段。干净短名单（前跨度≤20 天 且 相隔≤40 天）：
| 事件 | 测点·角度箱 | 指标数 | 主要指标 |
|---|---|---|---|
| 8号 03-29/04-01 气阀 | 一缸轴侧 220-230° | 16 | 导数RMS↑23.1, 最大 |
| 8号 03-29/04-01 | 一缸轴侧 70-80° | 15 | 斜率↓27.0, 移动度↑17.2, 四分位距↓16.1 |
| 8号 03-29/04-01 | 一缸盖侧 40-50° | 14 | 最大 |
| 8号 03-29/04-01 | 一缸轴侧 整周期 | 9 | 吸气压力↑24.4, 最大下降斜率↓23.7, 最大上升斜率↑21.1, 压比↓19.3 |
| 7号 05-21 气阀 | 二缸盖侧 140-150° | 9 | 标准差↑6.2, 四分位距↑6.0, 斜率↓5.6, 导数RMS↑3.9 |
| 7号 05-21 | 二缸轴侧 320-330° | 8 | 峰度↑10.0, 偏度↓4.2, 移动度↑3.9 |
| 7号 05-21 | 四缸轴侧 70-80° | 5 | 偏度↑11.6, 峰度↑5.0, 导数过零数↑4.0 |
- 8 号 2026-03-29/04-01：一缸（三级）轴侧 220-230° 波形形状大幅改变（三联图左图可见停机前在约 220° 有个深坑、开机后消失），一整套导数指标同时变；但该段前后有 03-10 十字头、03-29 进气滤网、04-01 阀片多次维修，且前段只有 5 天（03-15~20，恰逢已知工况切换日），不能唯一归因。
- 8 号 230-270° 段（阈值 2MAD 后可见）：一缸轴侧 250-260° 局部 12 个指标（最大|导数|↓6.3、二阶导RMS↓4.4、极差↓4.4、标准差别前 0.289→后 0.156）；230-240° 12 个指标（中位绝对偏差↑34）。对应图
plots/8号_2026-03-29_一缸轴侧_230-270_波动.png（中图橙带内红线明显比蓝线高）。 - 7 号 2026-05-21：仍是唯一只有一次检修、前段完整（15 天）的干净对比，候选二缸盖侧 140-150° 稳。
- 9 号 2026-01-18：前段只能回到 2025-06~10（跨度大），三缸盖侧 60-70° 是跨事件台阶，需同月基线。
11.4 结论
- 特征已补齐（23 个分箱 + 13 个整周期），有中文交付
cache/indicator/bins/results_cn/。 - 干净（时间近）且指标一致的候选：7 号 2026-05-21 二缸盖侧 140-150°、8 号 2026-03-29/04-01 一缸（三级）轴侧 220-230°（后者受多次维修干扰）。
- 跨期强候选（需同月基线）：9 号三缸（二级）60-110° 多个箱。
- 阈值说明：最终
event_bins --z 2、summary_features --threshold 2，即 ≥2MAD 的局部/整体变化都列出；汇总含"范围"列区分 局部(单角度箱) 与 整体(全角度)——整体变化多为负荷/工况。 - 工具：
summary_features.py（汇总+相隔/前跨度过滤）、pair_plot.py（停机前/开机后三联简图）、make_report.py（生成中文交付）。