CN109117526B

CN109117526B - 一种适用于机械系统设备维修指引数据记录及分析系统

Info

Publication number: CN109117526B
Application number: CN201810836389.1A
Authority: CN
Inventors: 张�林; 闫晓; 聂常华; 湛力; 朱志锋; 吴小飞
Original assignee: Nuclear Power Institute of China
Current assignee: Nuclear Power Institute of China
Priority date: 2018-07-26
Filing date: 2018-07-26
Publication date: 2022-08-30
Anticipated expiration: 2038-07-26
Also published as: CN109117526A

Abstract

本发明公开了一种适用于机械系统设备维修指引数据记录及分析系统，系统包括：软件系统和硬件系统；软件系统包括设备信息数据库、现象描述参考数据库、仿真分析模块、严重问题标注数据库、输入界面、以往状态显示界面、数据接口模块及管理决策模块；硬件系统包括穿戴式输入监察设备、云服务器及充电设备；可同时完成智能化设备维修指引工作、现场数据记录工作、可靠性数据筛选与自动生成工作以及可靠性数据分析工作，极大的减少了维修工人、可靠性工程师的工作量，提高了工作效率，显著提高一次维修成功概率，减少人为失误导致维修反复。

Description

一种适用于机械系统设备维修指引数据记录及分析系统

技术领域

本发明涉及机械系统设备维护领域，具体地，涉及一种适用于机械系统设备维修指引数据记录及分析系统。

背景技术

设备是组成核动力装置及化工石油系统的重要部分，对于关键设备的维修及数据记录，是保障设备维修成功，为新设备研发提供必要支持的重要工作。由于关键设备结构复杂，拆装难度大，对维修人员要求高，导致关键设备的维修时间长，一次维修成功率低等情况，同时数据记录工作属于善后工作，主要由维修人员进行记录，数据记录的方式方法一直以来采用文本模式进行描述，由于整体工作量大、流程冗杂以及内容重复率高等问题，导致设备状态描述不统一，后续可靠性工程师数据处理工作量大，难度大，数据分析失真性高等问题，导致数据对设备的预防性维修等可靠性相关工作的支撑力度差等情况，一定程度上制约了设备的可靠性改进工作的进展。

例如实用新型专利CN204810307U提供了一种无人机穿戴式维修保障支持系统。该系统将智能眼镜、可穿戴计算机、远程服务器等硬件资源同技术手册、飞行数据、电子履历等软件资源纳入到无限网络中，集成多种功能与一身，指挥人员能实时掌握现场维修进度和质量，优化人员分工。该系统在结构上属于查询系统及监控系统的组合，对于复杂的机械系统及空间狭小不适合飞行器飞行的空间，不能完成独立的维修对象的确定、拆解，同时不能以3D/2D形式形象的展示维修步骤、故障筛查、现场维修优化记录以及数据收集分析工作。

又如专利CN201510872454提供了一种动态仿真模型的核电厂设备故障分析方法及系统。该系统由数据库、动态仿真模型、实时数据采集以及预警分析平台组成。该系统基于动态仿真模型，利用已有数据库及实时数据采集，对电厂现行状态进行分析，设定预警值，通过预警分析平台进行预警。由于动态仿真模型是基于核电站全范围构建动态模型，是对已失效设备导致结果进行判定，不能对部分失效或可能失效设备导致的结果进行判定，与本发明所用的基于设备级的预测模型有本质不同。同时该方法与系统不能对于维修工作提供相应支持。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术缺点，提供了一种适用于机械系统设备维修指引、数据记录及分析系统。该系统包括专用硬件及专用软件，其中硬件由穿戴式终端及维修服务器两个部分组成，可同时完成智能化设备维修指引工作、现场数据记录工作、可靠性数据筛选与自动生成工作以及可靠性数据分析工作，极大的减少了维修工人、可靠性工程师的工作量，提高了工作效率，显著提高一次维修成功概率，减少人为失误导致维修反复。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

机械系统设备维修指引、数据记录及分析系统是为了解决在役机械系统设备维修数据记录过程记录参量繁多，可靠性数据提取处理分析难的问题而研制的集软件及硬件于一体的系统。该系统在结构组成上主要由软件系统和硬件系统构成。软件系统包括设备信息数据库、现象描述参考数据库、仿真分析模块、严重问题标注数据库、输入界面、以往状态显示界面、数据接口模块及管理决策模块。硬件系统包括穿戴式输入监察设备、云服务器及充电设备。在使用时，使用者通过穿戴式输入监察设备扫描设备身上ID标识，软件系统弹出以往状态显示界面，界面显示设备实物3D图、特征标示、上次维修时间、维修内容、维修手册链接、可靠性预计参数、此次维修任务等内容。在开始维修时，使用者通过实物3D图及特征标示，确定维修对象无误，之后点击此次维修任务，软件将依次显示针对此次维修任务需要开展的动作，使用者根据提示，开始维修，同时穿戴式输入监察设备根据使用者所使用的工具、行为及拆卸下的部件等特征行为，确定该维修步骤是否按规定完成，对于维修部位拍照及视频影像记录。完成维修后，按照规定完成相应检验工作，通过数据接口模块，穿戴式输入监察设备自动完成相应数据的扫描记录，并保留视频记录支持资料。维修过程中所有监察资料上传至云服务器，该过程可根据使用者需求，可以无线方式传输如WIFI、NFC等方式完成实时传送，也可以用有线方式如USB、串口等方式完成结果传送。云服务器包括数据储存模块、分析模块、计算模块三个部分，使用者通过调用运服务器内的数据对现有数据进行仿真分析，一方面完成基于现有数据的可靠性分析及预计等工作，另一方面对设备的后续预计寿命进行预测，指导设备的更换与维修工作。对于重点问题，或经多次维修后问题仍然存在的设备，服务器可自动或被动的进行严重问题标注，并存储于运服务器数据储存模块。最终，完成机械系统设备维修指引、数据记录及分析等工作，指导机械系统的PSA、设备的PHM、可靠性改进、管理决策等相关工作的进行；云服务器为实现本专利所有功能的终端设备，是实现本发明主要存储、计算、信息交换、更新等具体功能的重要载体。

软件架构特征包括：设备识别模块、故障判别模块、穿戴终端综合逻辑判断模块、行为监控模块、信息接收传输模块A、设备信息数据库、信息接收传输模块B、维修服务器综合逻辑模块、可靠性数据筛选分析模块、维修备件数据库、自动报告模块、健康管理模块；

故障判别模块基于故障树及故障模式分析表的逻辑判断原理，根据穿戴式终端获取的维修对象结构特征，确定故障位置。故障模式分析表中具有每层级部件及以下零件故障产生的微观故障机理及宏观故障现象。利用本发明维修时，首先维修人员会获得设备的宏观故障现象描述，进而可以通过故障模式分析表进行反查，可得出可产生本次宏观故障现象的微观故障机理以及相应的故障零部件，通过次生故障现象的判断，即可确定本次故障的故障位置。

行为监控模块基于穿戴式终端摄取的过程中特殊行为的图像判别结果，根据预先按照维修对象特点，设定好的维修\检查逻辑，进行过程指引及监控。单机械设备零部件之间具有较大的外型结构区别，同时对机械设备拆解过程中，每个零部件的拆解过程及使用工具具有较大差别，因此通过训练后的图像判别系统，可确定本拆解是否符合拆解技术要求，完成过程监控功能的实现，同时可以确定现阶段的拆解情况，完成过程指引功能的实现。

可靠性数据筛选分析模块逻辑利用穿戴式终端自动获取的具有统一且特定内容的维修数据进行特定格式的可靠性数据筛选。

健康管理模块利用设备的动态分析模型，通过自动收集并处理可靠性数据，完成设备的健康管理工作的逻辑。健康管理模块是利用设备寿命特征函数，基于设备动态参数，完成设备健康状态评估及管理。设备动态参数包括了设备运行条件、故障数据的设备寿命特征函数涉及的所有参数。并基于设备寿命特征函数运行结果，自动选择并完成设备健康状态评估，并完成先关管理信息上报。

本申请提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本发明通过穿戴式输入监察设备配合相应软件自动完成维修对象的确认；本发明通过穿戴式输入监察设备配合相应软件自动完成维修步骤指引工作；本发明通过穿戴式输入监察设备配合相应软件自动完成维修后检验工作；本发明通过穿戴式输入监察设备配合相应软件通过视频行为监测，监督相应维修步骤完成情况；本发明通过穿戴式输入监察设备配合相应软件具备WIFI、NFC、USB、串口、蓝牙等多种无线有线方式完成监察资料及现场数据的传输工作；本发明通过运服务器配合相应软件自动完成相应设备的仿真分析，更新相应设备的可靠性数据；本发明通过运服务器配合相应软件自动完成相应设备PHM、可靠性改进及管理决策等工作；本发明实现了机械系统设备维修指引、数据记录及分析一体式系统，数据横向传输无障碍的特点；

本系统可以应用于机械系统设备维修指引、数据记录及分析工作。本装置系统设计合理，成本较低，操作方便。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定；

图1为一种适用于机械系统设备维修指引、数据记录及分析系统硬件组成示意图；图1中，1-维修服务器，2-穿戴式终端，3-信号传输；信号传输可根据使用者需求，可以无线方式传输如WIFI、NFC等方式完成实时传送，也可以用有线方式如USB、串口等方式完成结果传送；

图2为软件架构图；图2中，1-设备识别模块，2-故障判别模块，3-穿戴终端综合逻辑判断模块，4-行为监控模块，5-信息接收传输模块A，6-设备信息数据库，7-信息接收传输模块B，8-维修服务器综合逻辑模块，9-可靠性数据筛选分析模块，10-维修备件数据库，11-自动报告模块，12-健康管理模块。

具体实施方式

本发明针对现有技术，提供了一种适用于机械系统设备维修指引、数据记录及分析系统。该系统包括专用硬件及专用软件，其中硬件由穿戴式终端及维修服务器两个部分组成，可同时完成智能化设备维修指引工作、现场数据记录工作、可靠性数据筛选与自动生成工作以及可靠性数据分析工作，极大的减少了维修工人、可靠性工程师的工作量，提高了工作效率，显著提高一次维修成功概率，减少人为失误导致维修反复。

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述范围内的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

请参考图1-图2，维修服务器自动从运行系统中获取维修指令，获取相关故障表象，之后自动形成工作任务指令发送至穿戴终端，穿戴终端发出提示，告知维修人员任务。穿戴终端通过定位功能，利用3D现场图指引维修人员确定维修设备具体位置。穿戴终端根据位置信号反馈确定维修人员是否到达现场。维修人员到达现场后，穿戴终端提醒维修人员开展维修工作，通过扫描设备信息标识，确定维修对象，并通过语音方式指导维修人员操作，已到达隔离维修设备的作用。之后穿戴终端提供维修人员拆检方案，维修人员按照穿戴终端指示，开始对维修对象开展拆检工作，穿戴终端通过图像识别技术，自动监督维修人员拆检过程，保证拆检正确无误，同时穿戴终端基于维修对象的故障表象，根据维修对象的故障树及故障模式分析表内容，指导维修人员进行相关部分的检查工作。在确定具体故障原因后，穿戴终端基于数据库，提供维修方案，如需更换部件，穿戴终端自动链接维修服务器，提供相应部件存储位置及跟换部件编码信息。维修人员按照穿戴终端提示，完成维修后，穿戴终端自动向维修人员提供复检方案。维修人员完成复检后，穿戴终端提示并监督维修人员恢复隔离，清理现场，并将整个维修过程自动反馈至维修服务器，维修服务器按照反馈内容，对重要图像证据留底，如设备损坏部位等图片；记录维修关键时间点，记录维修方案，如有部件更换，记录更换部件的相关信息，如制造商、生产时间、材料信息等等。维修服务器基于维修设备的寿命预测模型，自动更新该设备状态及预测状态，并以一定时间间隔，向使用者提供相应报告报表数据等，如：设备维护报告、设备改进需求报告、健康管理报告、潜在风险分析报表以及相应数据库等。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种适用于机械系统设备维修指引数据记录及分析系统，其特征在于，所述系统包括：

软件系统和硬件系统；软件系统包括设备信息数据库、现象描述参考数据库、仿真分析模块、严重问题标注数据库、输入界面、以往状态显示界面、数据接口模块及管理决策模块；设备信息数据库用于存储设备的基本信息、制造信息、采购信息、责任信息，能够与资产管理系统数据库通过API链接；现象描述参考数据库为设备各类状态下的情况描述信息数据库，包括正常状态、异常状态及故障状态下的现象描述；仿真分析模块用于利用采集及以往数据，对该设备可靠性、可用性相关功能进行预测分析，指导故障维修方案的自动制定；严重问题标注数据库是软件后台自动记录设备状态标注的数据库，用于后期质量安全方向的检测与监测，同时链接可靠性数据库，是可靠性数据的基本素材；输入界面是用于信息输入的显示界面，以往状态显示界面用于查看设备历来包括维修、故障各类信息的查询及显示界面；数据接口模块为实现安全传输各类终端与云服务器信息的数据协议；管理决策模块为具有使用及监测责任的用户与管理员对软件自动产生结果的人工确认的功能模块；硬件系统包括穿戴式输入监测设备、云服务器及充电设备；穿戴式输入监测设备用于维修及检测现场条件下，实现对象确认、各类信息查询、信息输入与输出、过程监督功能的移动端硬件设备。

2.根据权利要求1所述的适用于机械系统设备维修指引数据记录及分析系统，其特征在于，在使用时，通过穿戴式输入监测设备扫描设备身上ID标识，软件系统弹出以往状态显示界面，界面显示设备相关内容；在开始维修时，通过实物3D图及特征标示，确定维修对象无误之后点击此次维修任务，软件系统将依次显示针对此次维修任务需要开展的动作，使用者根据提示开始维修，同时穿戴式输入监测设备根据使用者的特征行为，确定该维修步骤是否按规定完成，对于维修部位拍照及视频影像记录；完成维修后，按照规定完成相应检验工作，通过数据接口模块，穿戴式输入监测设备自动完成相应数据的扫描记录，并保留视频记录支持资料。

3.根据权利要求1所述的适用于机械系统设备维修指引数据记录及分析系统，其特征在于，软件系统包括：设备识别模块、故障判别模块、穿戴终端综合逻辑判断模块、行为监控模块、信息接收传输模块A、设备信息数据库、信息接收传输模块B、维修服务器综合逻辑模块、可靠性数据筛选分析模块、维修备件数据库、自动报告模块、健康管理模块；设备识别模块用于维修对象的确认；故障判别模块用于基于故障现状，指导设备拆解，依据拆解情况自动完成故障判别；穿戴终端综合逻辑判断模块基于故障树及故障模式分析表的逻辑判断原理，根据穿戴式终端获取的维修对象结构特征，确定故障位置；行为监控模块基于穿戴式终端摄取的过程中特殊行为的图像判别结果，根据预先按照维修对象特点，设定好的维修\检查逻辑，进行过程指引及监控；信息接收传输模块A为移动端信息传输至服务器的专用模块；设备信息数据库存储设备的基本信息、制造信息、采购信息、责任信息，能够与资产管理系统数据库通过API链接；信息接收传输模块B为信息转接栈，各移动端信息传输，保证各类信息的完整与安全；维修服务器综合逻辑模块为服务器实现维修支持的逻辑模块，用于完成信息的查询、处理以及基于包括FMECA分析理论在内的故障信息判断与确认功能；可靠性数据筛选分析模块用于基于数据库及现有采集数据，对新维修数据进行自动筛选存储及自动分析模块；维修备件数据库链接仓储数据库，同时对通用性备件进行自动甄别，支持维修实际实施过程；自动报告模块是基于维修过程软件自动监测结果，自动完成相关报告的编制与上报；健康管理模块用于利用可靠性数据筛选分析模块结果与设备信息数据库信息，通过维修服务器综合逻辑模块计算，对设备健康状态及后续管理进行自动识别与标注，并完成相关信息的主动上报。

4.根据权利要求3所述的适用于机械系统设备维修指引数据记录及分析系统，其特征在于，故障判别模块基于故障树及故障模式分析表的逻辑判断原理，根据穿戴式终端获取的维修对象结构特征，确定故障位置。

5.根据权利要求3所述的适用于机械系统设备维修指引数据记录及分析系统，其特征在于，可靠性数据筛选分析模块利用穿戴式终端自动获取的具有统一且特定内容的维修数据进行特定格式的可靠性数据筛选，健康管理模块利用设备的动态分析模型，通过自动收集并处理可靠性数据，完成设备的健康管理工作的逻辑。

6.根据权利要求1所述的适用于机械系统设备维修指引数据记录及分析系统，其特征在于，系统维修过程中所有监测资料上传至云服务器，云服务器包括数据储存模块、分析模块、计算模块；数据存储模块用于存储设备、维修、备件相关信息，分析模块用于对现场信息进行再次判定，自动完成设备相关的基本分析及可靠性分析，计算模块基于分析模块的结果，完成对设备后续状态的判定，并自动提供相关意见。

7.根据权利要求1所述的适用于机械系统设备维修指引数据记录及分析系统，其特征在于，以往状态显示界面显示设备实物3D图、特征标示、上次维修时间、维修内容、维修手册链接、可靠性预计参数、此次维修任务。

8.根据权利要求1所述的适用于机械系统设备维修指引数据记录及分析系统，其特征在于，使用者的特征行为包括使用者所使用的工具、行为及拆卸下的部件；通过调用运服务器内的数据对现有数据进行仿真分析，一方面完成基于现有数据的可靠性分析及预计，另一方面对设备的后续预计寿命进行预测，指导设备的更换与维修工作；对于重点问题或经多次维修后问题仍然存在的设备，服务器自动或被动的进行严重问题标注，并存储于运服务器数据储存模块。