CN109390051B - 一种电动手术床透明化诊断方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电动手术床透明化诊断方法，包括以下步骤：S1)获取电动手术床的内部结构，建立电动手术床的三维模型；S2)实时监测所述电动手术床中各层级中所述结构单元的实际运行时的状态参数，并将各类的所述状态参数与所述三维模型中所对应的结构单元相关联；S3)将所述电动手术床的三维立体模型以及所述状态参数在Web网页中显示；S4)建立嵌套结构，以及定义所述嵌套结构的索引规则和对应所述结构单元的索引编码；S5)建立故障树并对其进行编码，以及建立由上层级到下层级的推理规则，在所述推理规则中；S6)得到并显示透明化诊断结果。

Description

一种电动手术床透明化诊断方法
技术领域
本发明涉及电动手术床等领域，具体为一种电动手术床故障诊断方法。
背景技术
故障诊断技术是工业进步和发展的产物。在工业革命后，西方工业蓬勃发展，故障诊断技术也因此得到了较早的研究。早在60年代末美国宇航局便提出了对机械设备进行故障诊断的概念，并组织建立了机械故障预防小组，积极从事诊断技术的开发。随着互联网时代的到来，传感器技术、远程通信技术、计算机技术等众多技术的应用将故障诊断推向远程诊断的方向，带来了全新的应用场景。通过对设备进行远程在线监测和实时监控来实现设备维护和故障诊断，将为企业带来巨大的经济效益，同时有效降低重大故障事故的发生。
电动手术床是一种基础的医疗设备，广泛应用于骨科、矫形科以及外科手术中。其结构是由机、电、液等多种子系统相互耦合而成。随着医学技术的发展以及手术精度的不断提高，对电动手术床的可靠性和安全性的标准要求也越来越高。其故障诊断的重要性愈加凸显。然而，目前国内大部分电动手术床的维护仍依赖于少量的自我诊断和专业人员出差维修等方式，存在使用安全性不高、后期维护费用高、产品研发升级困难等局限。且手术床销往全国各地，甚至海外，所以专业人员的出差维修费用将极大的压缩手术床的利润空间。在我国，可视化技术的发展可以追溯到上世纪90年代，虽然在应用以及研究方面我国取得了一些进展，但是与欧美、日本等发达国家相比，在可视化应用的深度和广度方面仍显不足。在国外，可视化技术已成熟应用于虚拟风洞试验、核磁共振成像、气象云图等众多科学领域，并取得了十分可喜的成果。除此之外，国外还开发了通用的可视化软件，创造了巨大的商业价值。因此，研究一种较为系统的、完整的电动手术床故障诊断方法是目前需要研究的课题。
发明内容
本发明的目的是：提供一种电动手术床透明化诊断方法，以解决传统的电动手术床的故障检测、管理与维修的不足的问题，实现透明化诊断的目的。
实现上述目的的技术方案是：一种电动手术床透明化诊断方法，包括以下步骤：S1)获取电动手术床的内部结构，所述内部结构包括多层级的结构单元；根据所述电动手术床的内部结构建立电动手术床的三维模型；S2)在电动手术床上分布各类传感器，实时监测所述电动手术床中各层级中所述结构单元的实际运行时的状态参数，并将各类的所述状态参数与所述三维模型中所对应的结构单元相关联，并通过所测状态参数驱动所述三维模型与所诊断的电动手术床同步运动；S3)将所述电动手术床的三维立体模型以及所述状态参数在Web网页中显示；S4)在Web网页中，根据各层级所述结构单元的对应关系建立嵌套结构，以及定义所述嵌套结构的索引规则和对应所述结构单元的索引编码；S5)根据电动手术床的典型故障，建立故障树并对其进行编码，以及建立由上层级到下层级的推理规则，在所述推理规则中，所述传感器所测得的信号、所述故障树的编码与索引编码相互对应；S6)根据所述推理规则和索引规则，Web网页上实现电动手术床的故障透明化诊断，得到并显示诊断结果。
进一步的，在S1)中，所述三维模型通过可视化建模软件建立。
进一步的，所述可视化建模软件为PROE。
进一步的，在S3)中，包括以下步骤：S31)使用PROE导出三维模型的obj格式文件和mtl格式文件，其中，obj格式文件包含各层级的结构单元的顶点相关数据，各层级的结构单元的顶点相关数据包括顶点位置、顶点法向量；mtl格式文件包含各层级的结构单元的材质信息，各层级的结构单元的材质信息包括RGB颜色值；S31)通过OBGLoader.js将obj格式文件和mtl格式文件载入three.js，实现电动手术床的三维模型在Web网页上的显示。
进一步的，所述传感器包括应变式压力传感器，用以检测其所对应的所述结构单元的压力；温差电偶，用以检测其所对应的所述结构单元的温度；电磁流量计，用以检测其所对应的所述结构单元的流量。
进一步的，在S4)中，所述索引编码包括以下特征：编码的长度，以表示索引层及其所对应的所述结构单元的层级；字符串个数，以表示上层级的结构单元所包含的下层级的结构单元的个数，也表征该上层级的结构单元可能出现故障的下层级的结构单元的个数；尾部字母，以定义相应热区展开的顺序。
进一步的，所述S5)中，所述故障树的编码以“0”、“1”组成的字符串来表示。
进一步的，所述故障树的编码包括如下特征：字符串长度，以表示所述故障树的相应层数，第一位数字，以定义下一层为推理步骤或是诊断结果；若为推理步骤，第一个数字为“1”，若为诊断结果，相应的第一个数字记“0”；最后一位数字，以表示是否发生故障，“1”表示“是”，“0”表示“否”；中间字符串，为上一层字符串去掉首位后的剩余编码。
进一步的，所述S4)中包括鼠标点击web网页上所述三维模型中某层级的结构单元，进入该层级的结构单元所对应的下一层级的结构单元。
本发明的优点是：本发明的电动手术床故障诊断方法，采用可视化技术，将故障树与电动手术床的三维模型相结合，以更加直观的方式将故障诊断的过程展示出来，实现远程透明化诊断技术。本发明采用自上而下的推理机制，逻辑清晰，方法简洁有效，可快速定位故障原因和故障部位，并且该方法可广泛用于各类装备故障诊断、维修保障训练中。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步解释。
图1是本发明实施例的索引编码结构图。
图2是本发明实施例的电动手术床的故障树结构图。
图3是本发明实施例的电动手术床透明化诊断方法步骤流程图。
具体实施方式
以下实施例的说明是参考附加的图式，用以例示本发明可用以实施的特定实施例。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。
实施例：如图3所示，一种电动手术床透明化诊断方法，在对手术床进行远程诊断的基础上，综合应用计算机技术，建模理论，图像处理技术等可视化技术，建立电动手术床远程故障诊断可视化平台，实现透明化诊断的目的。具体包括步骤S1)-S6)。
S1)获取电动手术床的内部结构，所述内部结构包括多层级的结构单元；根据所述电动手术床的内部结构建立电动手术床的三维模型。一般的电动手术床内部结构的三维模型，其多层级的结构单元包括按层级依次包括手持器、电机、电源和油泵、油箱、电磁阀和PWM脉冲电路等等。其具体层级结构可参见图3。本实施例中，所述三维模型通过可视化建模软件建立。所述可视化建模软件为PROE。
S2)在电动手术床上分布各类传感器，实时监测所述电动手术床中各层级中所述结构单元的实际运行时的状态参数，并将各类的所述状态参数与所述三维模型中所对应的结构单元相关联，并通过所测状态参数驱动所述三维模型与所诊断的电动手术床同步运动。传感器的种类对应结构单元类型，在需要测量的结构单元的出口或入口布置相应传感器，本实施例中，所述传感器包括应变式压力传感器，用以检测其所对应的所述结构单元的压力；温差电偶，用以检测其所对应的所述结构单元的温度；电磁流量计，用以检测其所对应的所述结构单元的流量。
S3)将所述电动手术床的三维立体模型以及所述状态参数在Web网页中显示。具体的，在S3)中，包括以下步骤：S31)使用PROE导出三维模型的obj格式文件和mtl格式文件，其中，obj格式文件包含各层级的结构单元的顶点相关数据，各层级的结构单元的顶点相关数据包括顶点位置、顶点法向量；mtl格式文件包含各层级的结构单元的材质信息，各层级的结构单元的材质信息包括RGB颜色值；S31)通过OBGLoader.js将obj格式文件和mtl格式文件载入three.js，实现电动手术床的三维模型在Web网页上的显示。
S4)在Web网页中，根据各层级所述结构单元的对应关系建立嵌套结构，以及定义所述嵌套结构的索引规则和对应所述结构单元的索引编码。如图2所示，在S4)中，所述索引编码包括以下特征：编码的长度，以表示索引层及其所对应的所述结构单元的层级；字符串个数，以表示上层级的结构单元所包含的下层级的结构单元的个数，也表征该上层级的结构单元可能出现故障的下层级的结构单元的个数；尾部字母，以定义相应热区展开的顺序。
例如：在Web网页中，构建电动手术床不同内部结构的嵌套结构，如将上一层级的结构单元定义为父级部件，上一层级的结构单元的下一层级的结构单元定义为子部件。通过激活父级部件可访问子部件。定义索引规则，通过索引对电动手术床进行故障逻辑推理以及对三维模型进行按级分解，索引编码主要由三部分构成，一是编码的长度，表示索引层以及手术床结构展开层，二是字符串个数，对应上层父节点下子节点的个数，也表征该层结构下可能出现故障的子结构的个数，三是尾部字母，定义相应热区展开的顺序。
根据手术床结构的嵌套方式，其嵌套索引编码定义如图1所示。例如abb代表电动手术床中第二层级的结构单元下属的第二个子部件，第二个子部件在第三层级中。若该结点即第三层级，不是最后的故障诊断结果，则结束该层级推理后，编码串的长度自动的加一，继续寻找下一层子结构的字符串。
所述S4)中包括鼠标点击web网页上所述三维模型中某层级的结构单元，进入该层级的结构单元所对应的下一层级的结构单元。即通过对嵌套结构和索引规则和索引编码，将故障推理与诊断同设备结构分解相对应。实现鼠标点击网页上三维模型的任一部件，可选择进入下一级子部件。
S5)根据电动手术床的典型故障，建立故障树并对其进行编码，以及建立由上层级到下层级的推理规则，在所述推理规则中，所述传感器所测得的信号、所述故障树的编码与索引编码相互对应。
如图2所示，所述故障树的编码以“0”、“1”组成的字符串来表示。所述故障树的编码包括如下特征：字符串长度，以表示所述故障树的相应层数，第一位数字，以定义下一层为推理步骤或是诊断结果；若为推理步骤，第一个数字为“1”，若为诊断结果，相应的第一个数字记“0”；最后一位数字，以表示是否发生故障，“1”表示“是”，“0”表示“否”；中间字符串，为上一层字符串去掉首位后的剩余编码。故障树是故障推理的依据，透明化诊断方法在故障树的基础上，将索引编码、故障自动推理编码和推理规则三者有机结合，将故障诊断结果以手术床实际部件的嵌套式结构显示，直观的表现故障类型与部位。
S6)根据所述推理规则和索引规则，Web网页上实现电动手术床的故障透明化诊断，得到并显示诊断结果。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电动手术床透明化诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1)获取电动手术床的内部结构，所述内部结构包括多层级的结构单元；
根据所述电动手术床的内部结构建立电动手术床的三维模型；
S2)在电动手术床上分布各类传感器，实时监测所述电动手术床中各层级中所述结构单元的实际运行时的状态参数，并将各类的所述状态参数与所述三维模型中所对应的结构单元相关联，并通过所测状态参数驱动所述三维模型与所诊断的电动手术床同步运动；
S3)将所述电动手术床的三维立体模型以及所述状态参数在Web网页中显示；
S4)在Web网页中，根据各层级所述结构单元的对应关系建立嵌套结构，以及定义所述嵌套结构的索引规则和对应所述结构单元的索引编码；
S5)根据电动手术床的典型故障，建立故障树并对其进行编码，以及建立由上层级到下层级的推理规则，在所述推理规则中，所述传感器所测得的信号、所述故障树的编码与索引编码相互对应；
S6)根据所述推理规则和索引规则，Web网页上实现电动手术床的故障透明化诊断，得到并显示诊断结果。
2.根据权利要求1所述的电动手术床透明化诊断方法，其特征在于，在S1)中，所述三维模型通过可视化建模软件建立。
3.根据权利要求2所述的电动手术床透明化诊断方法，其特征在于，所述可视化建模软件为PROE。
4.根据权利要求3所述的电动手术床透明化诊断方法，其特征在于，在S3)中，包括以下步骤：
S31)使用PROE导出三维模型的obj格式文件和mtl格式文件，其中，obj格式文件包含各层级的结构单元的顶点相关数据，各层级的结构单元的顶点相关数据包括顶点位置、顶点法向量；mtl格式文件包含各层级的结构单元的材质信息，各层级的结构单元的材质信息包括RGB颜色值；
S31)通过OBGLoader.js将obj格式文件和mtl格式文件载入three.js，实现电动手术床的三维模型在Web网页上的显示。
5.根据权利要求1所述的电动手术床透明化诊断方法，其特征在于，所述传感器包括
应变式压力传感器，用以检测其所对应的所述结构单元的压力；
温差电偶，用以检测其所对应的所述结构单元的温度；
电磁流量计，用以检测其所对应的所述结构单元的流量。
6.根据权利要求1所述的电动手术床透明化诊断方法，其特征在于，在S4)中，所述索引编码包括以下特征：
编码的长度，以表示索引层及其所对应的所述结构单元的层级；
字符串个数，以表示上层级的结构单元所包含的下层级的结构单元的个数，也表征该上层级的结构单元可能出现故障的下层级的结构单元的个数；
尾部字母，以定义相应热区展开的顺序。
7.根据权利要求6所述的电动手术床透明化诊断方法，其特征在于，所述S5)中，所述故障树的编码以“0”、“1”组成的字符串来表示。
8.根据权利要求7所述的电动手术床透明化诊断方法，其特征在于，所述故障树的编码包括如下特征：
字符串长度，以表示所述故障树的相应层数，
第一位数字，以定义下一层为推理步骤或是诊断结果；若为推理步骤，第一个数字为“1”，若为诊断结果，相应的第一个数字记“0”；
最后一位数字，以表示是否发生故障，“1”表示“是”，“0”表示“否”，中间字符串，为上一层字符串去掉首位后的剩余编码。
9.根据权利要求1所述的电动手术床透明化诊断方法，其特征在于，所述S4)中包括鼠标点击web网页上所述三维模型中某层级的结构单元，进入该层级的结构单元所对应的下一层级的结构单元。
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