CN101057193B - 用于确定复杂机电系统维护需要的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于监控机电系统性能的系统和方法，包括监控多个预定系统状况，随时间推移收集多个预定系统状况的监控值，并且根据收集到的监控值计算系统维护需要。

Description

用于确定复杂机电系统维护需要的系统和方法

技术领域

本发明一般涉及用于机电系统的自动控制，特别是确定此类系统的维护需要作为自动控制功能的一部分。

背景技术

用于复杂机电系统的自动计算机控制系统是众所周知和广泛应用的。通过频繁使用的监控传感器和精密控制的有效输入，此类控制系统在保持对复杂系统精密控制的能力方面高度领先。然而由于此类系统的机械本性，仍然需要定期维护以保持系统的机械性能在可控限度内，并且因此避免由于关键性错误造成的系统故障。该定期维护需要对于位置很远或无人管理的系统甚至更加重要，以避免由于关键性错误造成的拖延停机的后果。

因此希望有一种系统或方法，用于监控复杂机电系统的性能并在没有关键性错误的情况下确定其维护需要，从而避免基于系统历史预测维护需要的不确定性。

发明内容

相应地，本发明的一个实施例提供了一种方法，用于确定机电系统的维护需要，包括以下步骤：监控多个预定系统状况，随时间推移收集多个预定系统状况的监控值，并且根据收集到的监控值计算系统的维护需要。

收集步骤可包括随着每个监控值的发生时间，记录表示每个被监控的系统状况的相应监控值。计算步骤可包括对预定记录值求和并将从加法器得到的总和与阈值相比较以便确定系统维护需要的步骤。求和步骤可根据它们相应的发生时间使用记录值。求和步骤可包括根据它们相应的系统状况对记录值进行加权。比较步骤可包括根据相应的发生时间对得到的总和或阈值进行加权。具有较近发生时间的记录值可被给予比具有较远发生时间的记录值更高的权重。

求和步骤或者可根据它们相应的系统状况使用记录值。求和步骤可包括根据它们相应的发生时间加权记录值。比较步骤可包括根据相应的系统状况对得到的总和或阈值进行加权。

求和步骤可使用预定记录值，这些记录值以它们相应被监控的系统状况来指示错误。

计算步骤可使用来自预定量的机电系统最近操作的记录值。计算步骤可将预定量的最近操作划分成顺序段，并且来自较近段的记录值被给予比来自较远段的记录值更高的权重。计算步骤可基本上将机电系统不活动期排除在预定量的最近操作之外。

本发明的另一个实施例提供了一种系统，用于确定具有多个被监控的系统状况的机电系统的维护需要，包括适于随时间推移收集和记录随着每个记录值的发生时间来自多个被监控的系统状况的监控值的记录装置，以及适于随着它们相应的发生时间使用记录值以便计算系统维护需要的计算系统。计算系统可包括适于对预定记录值求和的加法器，以及适于将从加法器得到的总和与阈值相比较以便确定系统维护需要的比较器。根据它们相应的发生时间可选择预定记录值，并且根据相应的发生时间可对得到的总和或阈值进行加权。系统还包括适于在加法器求和之前根据它们相应的系统状况对预定记录值进行加权的乘法器。机电系统可以是打印装置。

此外本发明的另一实施例提供了一种系统，用于确定具有多个被监控的系统状况的机电系统的系统维护需要，包括适于随时间推移收集和记录随着每个记录值的发生时间来自多个被监控状况的监控值的记录过程，以及使用记录值和它们相应的发生时间以便计算维护需要的计算过程。

计算过程可包括适于对所选记录值求和的加法过程，以及适于将从加法过程得到的总和与阈值相比较以确定系统维护需要的比较过程。根据它们相应的发生时间可选择预定记录值，并且根据相应的发生时间可对得到的总和或阈值进行加权。系统还包括适于在加法过程求和之前根据它们相应的系统状况对预定记录值进行加权的乘法过程。

或者根据它们相应被监控的系统状况可选择预定记录值，并且根据相应被监控的系统状况可对得到的总和或阈值进行加权。系统还包括适于在加法过程求和之前根据它们相应的发生时间对预定记录值进行加权的乘法过程。

计算过程可适于使用以它们相应被监控的系统状况来指示错误的记录值。

计算过程可适于使用来自预定量的机电系统最近操作的记录值。计算过程可将预定量的最近操作划分成顺序段，并且来自较近段的记录值可被给予比来自较远段的记录值更高的权重。计算过程基本上可将机电系统不活动期排除在预定量的最近操作之外。

附图说明

参考附图，本发明将被直观的说明和描述，其中：

图1是复杂机电装置的示意图；

图2是图1中部分图的特写图；

图3是包括图1和图2中装置的打印装置的整体系统图；

图4是根据本发明的一个实施例创建的软件示意图；

图5是图4中软件的部分功能块的表格视图；

图6是图4中软件的另一部分功能块的表格视图；

图7是本发明另一个实施例的示意图；以及

图8是图4中软件的功能方面的时基图。

具体实施方式

本发明将结合图1-3中所示的多色打印机装置进行描述。图1说明了多色打印机装置10形式的复杂机电装置的示意侧视图，其中本发明用于监控性能质量并在关键性错误发生之前确定系统维护需要。打印机装置10通过使用三个分开应用的颜色成分提供了完整的色谱，并且一般包括打印介质14的进给辊12，多个分色打印设备16、17、18和透明涂敷设备20。通过一对从动摩擦辊29、30，打印介质14从进给辊12被拉出并在多个惰辊22、23、24、25、26、27上方经过打印设备16、17、18。

图2是装置10上面部分的放大视图，说明了打印设备16、17、18和透明涂敷设备20。每个颜色成分和透明涂敷从相应的施主衬底或膜16a、17a、18a、20a施加到介质14，其由相应的送料辊16b、17b、18b、20b供给并通过相应的从动卷取辊16c、17c、18c、20c拉出。所有颜色成分和透明涂敷的转印是通过使用相应的打印头16d、17d、18d、20d加热相应的施主膜完成的。

通过以下事实可认识到装置10的复杂性：包括在同一影像点上分开施加的颜色成分的适当对准和平衡的颜色成分的适当应用很易受到包括打印介质的张力、施主膜16a、17a、18a的张力、打印头16d、17d、18d的温度以及甚至装置10的环境温度和湿度的各种状况的影响。出于该原因，各种传感器分布遍及装置10以监控这些预定系统状况。

张力通常通过传感器进行测量并通过步进电机进行控制。打印介质和施主膜上的张力可通过任意合适的方法进行测量。一种方法是将相应的压力传感器24a、25a、26a、27a安装到每个惰辊22-27的轴上。或者可将一对偏转机构22a、23a安装到惰辊22和/或23上以保持打印介质12上适当的张力在可移动限度内。偏转机构22a、23a中的位置传感器可用于确保偏转机构保持在工作限度内。施主膜16a、17a、18a、20a的张力可相似地通过任意类型的合适传感器进行监控。同样，打印头16d、17d、18d、20d的温度随着环境温度和湿度可通过任意合适类型的已知传感器进行监控。

装置10还可包括有效的计算机化控制系统36，它响应上面提到的传感器并控制不同步进驱动电机和/或打印头加热电流，作为保持对可能变量有效控制的手段。控制系统36通常是适用于对被检测系统状况的接近瞬间响应并因此能够最大程度的控制装置10的性能的专用系统。此类控制功能是众所周知的，并且任意合适的设置可用于控制系统36。

图3说明了连接的与打印机控制计算机40一起使用的装置10，其中影像数据被处理用于在位于计算机40内的专用影像处理板42上打印。用于各打印头的影像数据的处理一般包括将每个影像像素的颜色成分值分开并创建各成分值之间适当的定时差异从而确保每个像素的各颜色成分在打印介质14上的精确对准。然后处理过的数据通过宽带影像数据连接44耦合到装置10。控制信号还通过控制链接46在装置10和控制计算机40之间耦合。尽管示出的计算机40具有监视器48和键盘50，但是简单的服务器也可不使用监视器48或键盘50。

现在功能性的参考上面的装置101来对本发明进行描述。本发明一般提供用于确定机电系统维护需要的监控功能，除了所有已知的通常与此类系统结合使用的控制功能之外该监控功能操作。本发明监控多个预定系统状况并随时间推移收集监控值。然后本发明检查收集到的数据以便确定被监控系统的维护需要。鉴于已知的控制功能在关键性错误发生时可用于停止装置的操作，本申请描述了一种系统和方法，它测量装置的性能质量以便在关键性错误未发生的情况下更精确地确定维护需要。

在一种形式中，本发明驻留在运行于控制计算机40上的软件中，该软件包括如图4所示的打印监控程序60，它的基本功能在图5的表格中描述。如步骤61(图5)所示，打印监控程序60将全面控制接收打印任务并把它们引至打印机装置10(图1-3)。在装置10操作期间，打印监控程序60从打印机装置10接收或收集被监控的系统值，并如步骤63所示随着发生时间在数据库62中记录那些值。在该形式中，发生时间可方便地仅仅是创建数据库记录的时间戳。

在步骤65中，打印监控程序60还将控制集合错误处理程序64的初始化。可根据任意合理的基础提供该初始化，并且最好是提供在打印监控程序60运行的打印任务之间。该初始化可具有任意合适的基础，如在每次打印任务之后、在预定量的打印产生之后或只是周期性的。

集合错误处理程序64的过程在图6的表中示出。集合错误处理程序64一般在步骤67中装载装置特定的脚本逻辑文件66，在步骤68中从数据库62选择记录值，并在步骤70中使用所选值以便计算装置10的维护需要。在一个实施例中，计算步骤70包括根据它们相应的类型(打印介质张力、施主膜张力等)或根据它们的发生时间对各种值进行加权的步骤72。加权后的值在步骤74中被求和在一起并在步骤76中与阈值进行比较以便确定维护需要。

正如提到的，被收集和记录的值表示被监控的系统状况。这些值可具有任意合适的特性。它们可采取任意合适的形式，如单个二进制位表示“1”或“0”、任意合适范围值中的多位值，或任意其它可记录的值。最好的形式是可通过数据库被记录和访问的数字化表示。

这样收集到的值可源自任意合适的源，如单个开关的开/关输出，甚至是通过模/数转换器耦合的模拟传感器。实际值可表示如通过开关定义的阈值的确定，或者它们可表示随后可与阈值进行比较的可变值。最后，实际值可被处理为需要更进一步关注的错误状况，或者进一步的处理可要求确定记录值的重要性。

在本例的上下文中，很可能所有被记录的错误读数都将在装置10的关键性操作参数范围内并因此通过控制系统36的运行进行控制。集合错误处理程序64被设计用于检查记录值以便在关键性错误发生之前确定维护需要，它将终止装置10的操作。在该方式下，装置10的真实维护需要可被较好的预测，因此在保持性能质量的同时排除了更大量预防性的定期维护的需要。因此应该这样理解，本例中的术语“错误”用于描述为了本发明需要关注的值或状况。

集合错误处理程序64可适于检查数据库62中所有的记录值并标记或收集需要关注的值。或者，可当它们被记录在数据库62中时对这些值进行标记。在最简单的形式中，数字输出传感器可用于提供上述真或假的传感器值，并且被监控的模拟值可构建成此类传感器的操作特性从而此类传感器的真或假的输出值然后简单的变成数据库62中记录的错误值标记。然后该错误值标记可用作选择用于计算的数据库项的基础。或者，逻辑“1”和“0”值的使用排除了分离错误值的需要，因为零错误值对计算过程将会贡献零值。

正如提到的，根据传感器类型或根据记录值的发生时间，集合错误处理程序64的操作导致各种记录值被加权。这些值还被求和并与阈值比较以确定维护需要。加权与求和的特定设置还有使用的阈值依赖于被监控的机电装置以及监控该装置的方式。这种装置特定的设置可按集合错误处理程序64使用的装置特定的脚本逻辑文件66的形式被编程到集合错误处理程序64中。

图7是计算过程80的例子，它可被实现在脚本逻辑文件66中并被错误处理程序64使用以便计算系统维护需要。一般包括一个或多个输入增益乘法器82、84，累加器或加法器86，过滤乘法器88和比较器90。乘法器82、84旨在分别从数据库62接收各自的记录值92、94，并将那些值与反映值92、94类型的相应增益或权重因子92a、94a相乘。换句话说，打印介质14(图1)相关的张力值将被给予某增益或权重因子，同时来自透明涂敷介质20a(图1)的张力值将被给予不同的增益或权重因子。

加权后的值92b、94b耦合到加法器86，在那里它们被相加或累加。加法器86可以各种形式创建从而要被累加或相加在一起的加权后的值可如图7所示被并行接收或串行接收，多个加权后的值从同样的乘法器82、84接收到。换句话说，计算系统80可仅使用单个输入乘法器82进行创建，并且要被累加或相加在一起的值可串行送入通过输入乘法器82，得到的加权后的值在加法器86中串行累加。如本实施例中建议的该串行方法对处理数据库项是有用的。累加器86的输出总和或值86a也可被记录在数据库62中以便将来使用。

一旦加法器86接收并累加到一预定组的加权后的输入值，则累加的错误值86a可耦合到过滤乘法器88，从而可根据该预定组的值对它进行加权。因此过滤乘法器88的使用允许对一组累加的、加权后的值进行过滤，或在不相关的维度如时间中进一步进行加权。用于累加总和或值86a的相应权重因子96从脚本逻辑文件66提供给乘法器88。

然后过滤乘法器88的输出88a耦合到比较器90，它基于包括在累加的错误值86a中的错误值类型使用预定的阈值98以便确定系统维护需要。相应的阈值98从脚本逻辑文件66提供给比较器90。或者这样使用过滤乘法器88，用于与累加的错误值86a进行比较的阈值可被因子化或提前加权用于该预定组的错误值，因此降低系统计算需求。

当被比较的错误值88a超出其预定的阈值时，将产生可初始化装置10服务调用的输出信号99。或者，多计算过程80为了实现尤其是适用于特定装置的错误分析方法可能在结构上相互依赖。因此输出信号99可被用作后继计算过程80的输入信号。在一种相似的方法中，输出信号99与总和或值88a都可被记录在数据库62中用于后继的处理。

每个记录值的发生时间最好在计算过程中用于给予最近发生的记录值较高的权重。在该方式下，由于记录值的平均，被监控的正在产生越来越多错误值的系统不会被丢失。任意合适的时基权重可被使用。在如参考图8中所述的时基权重因子被应用于多组值，基础被用于对时间相关的值进行分组。在打印机装置10的上下文中，为了基于发生时间应用权重因子，希望检查最近24小时的打印机操作并将该期间划分成4个均等的6小时段。

图8说明了描述用于分析记录值的检查阶段100的时基图。检查阶段100被划分成四个均等的段102-105从而记录值可根据那些段进行分组，其中段102是最近的。每个段102-105在计算过程中相应地接收它自己的权重因子106-109。

在将值分组为段102-105的过程中，最好忽略装置10的不活动期。为了演示该设置，通过它们实际的性能时间绘制了实际的打印任务112。然而为了便于计算，基于装置操作时间116扩展的空闲阶段114基本上被忽略并且那些打印任务过程中的记录错误值被作为任务112a分配给段102-105。

图7中的计算过程在应用于本发明时有很大的灵活性。乘法器82、84被描述为应用各记录值的被监控的系统状况相关的权重因子，并且过滤乘法器88被描述为根据它的发生时间对累加的总和或值86a进行加权。在该设置中，集合错误处理程序62根据它们的发生时间将记录值分组为段102-105，从而具有相关发生时间的值将在过滤乘法器62之前被求和在一起。然后给定段102-105中累加的总和或值86a将根据相应段102-105的权重因子106-109在过滤乘法器88中被加权。该设置用于监控整个系统性能的不同但相关的系统状况。

或者，最好基于装置10分析单类型系统状况的性能质量。在这种情况下，最好基于相同类型的监控状况将记录值92、94分组在一起并使用与发生时间相关的相应权重因子92a、94a。得到的累加总和或值86a将基于相应监控状况的类型被评估。得到的累加总和或值86a将随时间推移指示单类型被监控的系统状况的质量。该备选计算过程还可用于与第一描述过程结合以便从不同的观点评估系统性能。

应该指出，时间权值106-109并不是唯一可用的加权方法。在评估单类型被监控的系统状况性能的应用中，其中每个记录值根据它的发生时间被首先加权，持续变化的时间权重因子、如线性时间功能可用于替换步骤值106-109。

应该指出，图7所示的处理器可以任意可转换的方式复制和扩展。因此，任意所描述的输出86a、88a、99在集合错误处理程序64的单次活动中或不同的后继活动中可用作处理器80后继版本的输入。在该方法的一个例子中，当第一次被计算时给予了某权重因子106-109的累加总和86a可在错误处理程序64的后继活动中被给予较低的权重因子106-109。

本发明上面已参考公开的实施例被直观的描述。在不背离所附权利要求中规定的本发明的范围前提下，本领域的技术人员可对公开的实施例进行各种修改和变更。

Claims (12)

1.一种用于监控机电系统性能的方法，包括：

监控多个预定系统状况；

随时间推移收集所述多个预定系统状况的监控值；

随着每个收集值的发生时间来记录表示每个被监控的系统状况的所述收集值；以及

通过包括以下的步骤计算系统维护需要，

根据所述的发生时间或者根据它们相应的系统状况，对所述记录值进行加权，其中具有较近发生时间的记录值被给予比具有较远发生时间的记录值更高的权重；

对所述加权的记录值进行求和，以产生一个得到的总和；

将所述得到的总和与阈值进行比较；以及

基于所述比较，确定系统维护需要。

2.权利要求1中的所述方法，其中所述的进行求和使用以它们相应被监控的系统状况来指示错误的预定记录值。

3.权利要求1中所述方法，其中所述计算的步骤使用来自预定量的所述机电系统最近操作的记录值。

4.权利要求3中的所述方法，其中所述计算的步骤将所述预定量的最近操作划分成顺序段。

5.权利要求4中的所述方法，其中所述计算的步骤将所述机电系统不活动期排除在所述预定量的最近操作之外。

6.一种用于监控具有多个被监控的系统状况的机电系统的性能的系统：包括：

各种传感器，配置为监控多个预定系统状况；

记录装置，配置为随时间推移收集所述多个预定系统状况的监控值，并且记录随着每个记录值的发生时间来自被监控的所述多个预定系统状况的监控值；以及

计算系统，配置为：

根据所述的发生时间或者根据它们相应的系统状况，对所述记录值进行加权，其中具有较近发生时间的记录值被给予比具有较远发生时间的记录值更高的权重；

对所述加权的记录值进行求和，以产生一个得到的总和；

将从一个加法器得到的总和与阈值比较；以及

基于所述比较，确定系统维护需要。

7.权利要求6中的所述系统，其中所述机电系统是打印装置。

8.权利要求6中的所述系统，其中根据它们相应被监控的状况选择所述记录值用于收集。

9.权利要求6中的所述系统，其中所述计算系统使用以它们相应被监控的系统状况来指示错误的值。

10.权利要求6中的所述系统，其中所述计算系统使用来自预定量的所述机电系统最近操作的值。

11.权利要求10中的所述系统，其中所述计算系统将所述预定量的最近操作划分为顺序段，并且对来自较近段的记录值给予比来自较远段的记录值更高的权重。

12.权利要求11中的所述系统，其中，当对所述记录值进行加权时，所述计算系统将所述机电系统不活动期排除在所述预定量的最近操作之外。