CN109523034B - 船海数值平台运维系统及运维方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及船海数值平台运维系统及运维方法。所述系统包括航海数据大平台、运维环境库、运维策略库、航海装备数值模型库、运维需求分析器、运维数值运算器、运维策略分析器和运维策略输出器。所述方法包括:向运维需求分析器输入运维需求;根据运维需求分析并生成运维场景数值运算配置脚本;根据该脚本加载船海装备数值模型、运维环境模型与运维策略模型,并进行运维耦合数值运算;评估运维数值运算器的运算结果,并生成运维策略输出脚本;将运维策略输出脚本的运维策略输出。本发明在大数据基础上,通过机理分析构建数值模型,运用数值模拟运算,优化运维策略,指导现场运维,能充分发挥大数据价值,提高运维效率,节省成本。
Description
技术领域
本发明涉及大数据与数值应用技术领域,具体地指一种船海数值平台运维系统及运维方法,适用于船舶与海工平台系统及设备的智能化运维,提升运维效率,减少运维成本。
背景技术
船舶与海工平台运维过程已产生大量数据,但数据融合困难。各船厂与船东虽然坐拥海量数据,却无法真正为企业创造核心价值。当前船舶与海工平台装备运维主要采用粗放式计划维修,运维策略的制定依赖于运维人员的经验,忽略系统和设备实际状态,为保证系统安全运行,检修节点一般采用保守设置,往往在设备还远未达到检修需求时,就进行设备检修甚至替换,导致维修频率过快,维修周期过长既无法充分发挥设备能力,增加运维成本,又影响运营过程,不能有提升生产效率。同时,由于船舶运维周期长,运维经验的反馈周期长,一套有效的运维策略往往需要几年甚至几十年的运维经验积累才能制定,运维效率提升困难。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种船海数值平台运维系统及运维方法,海洋核动力数值平台通过海量数据,构建系统设备运维数值模型,结合数值模拟演算,优化设备运维策略,实现平台预测性维修。
为实现上述目的,本发明所设计的船海数值平台运维系统,其特殊之处在于,所述系统包括航海数据大平台、运维环境库、运维策略库、航海装备数值模型库、运维需求分析器、运维数值运算器、运维策略分析器和运维策略输出器;
所述航海数据大平台:用于存储船舶与海工装备数据及装备运维相关数据,包括装备运维环境数据、运维策略数据、航海装备数据和运维需求数据;
所述运维环境库:用于存储根据所述航海数据大平台中源数据构建的运维环境模型;
所述运维策略库:用于存储根据所述航海数据大平台中源数据构建的运维策略模型;
所述航海装备数值模型库:用于存储根据所述航海数据大平台中源数据构建的船海装备数值模型;
所述运维需求分析器:用于采集外部运维需求信息,分析并生成运维场景数值运算配置脚本;
所述运维数值运算器:用于根据所述运维需求分析器配置脚本,加载船海装备数值模型、运维环境模型与运维策略模型,针对运维需求生成数值化运维环境,并进行运维耦合数值运算;
所述运维策略分析器:用于评估运维数值运算器的运算结果,并生成运维策略输出脚本;
所述运维策略输出器:用于将运维策略输出脚本的运维策略输出。
进一步地,所述航海数据大平台采用Hadoop架构,根据数据源配置四个历史数据集群,分别存储装备运维环境数据、运维策略数据、航海装备数据和运维需求数据。
更进一步地,所述航海装备数值模型库将船海装备的物理特性数值化,作为船海装备数值模型的特征属性;将设备内部运行机理转化为数值模型方法函数;将设备外部接口转为数值模型接口函数。
更进一步地,所述船海装备数值模型包括单设备数值模型、多设备联动数值模型、多系统联动数值模型。
更进一步地,所述运维环境模型包括各工况模型、海洋环境模型、工况与海洋环境的耦合关系模型、运维环境与装备的耦合关系模型。
更进一步地,所述运维策略模型包括单设备运维策略模型、多设备联动运维策略模型、系统运维策略模型、运维策略与装备的耦合关系模型。
更进一步地,所述系统还包括运维数据收集器:用于收集根据运维策略输出器输出的运维策略进行现场维修的实际数据并传输至航海数据大平台存储。
更进一步地,所述系统还包括数值平台迭代器:用于根据运维策略输出器输出的运维策略对运维环境库、运维策略库、航海装备数值模型库进行迭代更新。
本发明还提出一种应用于上述的船海数值平台运维系统的运维方法,其特殊之处在于,包括如下步骤:
1)通过数据接口向运维需求分析器输入运维需求信息,所述运维需求信息包括运维对象、运维环境和策略要求;
2)所述运维需求分析器根据运维需求分析并生成运维场景数值运算配置脚本;
3)所述运维数值运算器根据运维场景数值运算配置脚本,加载船海装备数值模型、运维环境模型与运维策略模型,针对运维需求生成数值化运维环境,并进行运维耦合数值运算;
4)所述运维策略分析器评估运维数值运算器的运算结果,并生成运维策略输出脚本;
5)所述运维策略输出器将运维策略输出脚本的运维策略输出。
优选地,还包括如下步骤:
6)运维数据收集器收集根据运维策略输出器输出的运维策略进行现场维修的实际数据并传输至航海数据大平台存储;
7)数值平台迭代器根据运维策略输出器输出的运维策略对运维环境库、运维策略库、航海装备数值模型库进行迭代更新。
本发明通过现有船舶与海工平台运维积累的海量数据,分析船舶与海工装备运维机理,通过数据挖掘,构建海工数值模型、运维环境数值模型与运维策略模型,建立船海数值平台运维系统。采用上述系统,本发明提供的数值平台运维方法,在大数据基础上,通过机理分析构建数值模型,运用数值模拟运算,优化运维策略,指导现场运维,能充分发挥大数据价值,提高运维效率,节省成本。
附图说明
图1为本发明系统的结构框图。
图中:航海数据大平台1,运维环境库2,运维策略库3,航海装备数值模型库4,运维需求分析器5,运维数值运算器6,运维策略分析器7,运维策略输出器8,运维数据收集器9,数值平台迭代器10。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
如图1所示,本发明提出的一种船海数值平台运维系统,它包括航海数据大平台1、运维环境库2、运维策略库3、航海装备数值模型库4、运维需求分析器5、运维数值运算器6、运维策略分析器7和运维策略输出器8、运维数据收集器9、数值平台迭代器10。
航海数据大平台1:用于存储船舶与海工装备数据及装备运维相关数据,包括装备运维环境数据、运维策略数据、航海装备数据和运维需求数据,根据数据源可以分为多个集群,并能根据数据规模的增长快速扩展。航海数据大平台1采用Hadoop架构,硬件采用X86高性能计算机,存储系统采用HDFS系统。航海数据大平台1根据数据源配置四个历史数据集群,分别存储装备运维环境数据、运维策略数据、航海装备数据和运维需求数据。航海数据大平台1具备专用数据接口协议,可实时获取运维数据收集器9输出的数据。
运维环境库2:用于存储根据航海数据大平台1中源数据构建的运维环境模型。运维环境模型包括各工况模型、海洋环境模型、工况与海洋环境的耦合关系模型、运维环境与装备的耦合关系模型。
运维策略库3:用于存储根据航海数据大平台1中源数据构建的运维策略模型。运维策略模型包括单设备运维策略模型、多设备联动运维策略模型、系统运维策略模型、运维策略与装备的耦合关系模型。
航海装备数值模型库4:用于存储根据航海数据大平台1中源数据构建的船海装备数值模型。航海装备数值模型库4将船海装备的物理特性数值化,作为船海装备数值模型的特征属性;将设备内部运行机理转化为数值模型方法函数;将设备外部接口转为数值模型接口函数。船海装备数值模型包括单设备数值模型、多设备联动数值模型、多系统联动数值模型。
数值模型包括对象、属性、方法与接口。以核动力平台上压载水泵为列,其为单设备对象。通过大数据平台对单设备历史数据的分析,将压载水泵物理特性数值化,作为压在水泵数值模型的特征属性;将设备内部运行机理转化为数值模型方法函数;将压载水泵运行外部接口转为数值模型接口函数。以此方法建立的水泵数值模型,可以在运维数值运算器6中,接受运维环境参数、运维策略参数,并调用内部方法函数进行单设备的运维模拟运算。
压载水阀门与管路构成压载水系统。压载水系统为多设备对象,属性在继承各单设备属性的基础上,引入压载水系统运行特性;方法在继承各设备方法函数的基础上,引入设备联动函数;外部接口函数包括环境接口函数、与其他系统联动接口函数。压载水系统数值模型,可以在运维数值运算器6中,接受运维环境参数、运维策略参数,并调用系统方法函数及各设备方法函数,进行系统运维模拟运算。
运维需求分析器5:用于采集外部运维需求信息,分析并生成运维场景数值运算配置脚本。运维需求分析器5具有格式化数据接口,运维需求按标准格式录入。需求分析模块根据字段解析运维对象、运维环境,映射船海装备数值模型与运维坏境模型;运维需求策略分析模块根据运维需求模式检索历史运维记录,选取最佳运维策略,映射运维策略模型;运维场景配置模块根据运维需求确定各模型依赖关系、加载顺序、运算能力需求,并生成运维场景数值运算配置脚本。
以三级海况下压载水系统的应急检修需求为例,要求检修时间最短。按标准化格式录入运维需求分析器后,需求分析模块确定运维对象为压载水系统,检索船海装备数值模型库,获取压载水系统数值模型标识码及压载水泵、阀门、管路等标识码。需求分析模块进一步确定运维工况为应急检修,环境为三级海况,检索运维环境库,获取三级海况下应急检修环境模型标识码。策略分析模块根据运维时间最短的指标,检索运维策略模型库中压载水系统检修策略,获取符合条件的运维策略模型标识码。运维场景配置模块根据模型大小、运维策略复杂度,确定运维场景数值运算所需的硬件资源、软件组件及模块加载顺序,生成压载水系统检修场景配置脚本,并发送给运维场景数值运算器6。
运维数值运算器6:用于根据运维需求分析器5配置脚本,加载船海装备数值模型、运维环境模型与运维策略模型,针对运维需求生成数值化运维环境,并进行运维耦合数值运算。
以压载水系统检修为例,运维数值运算器根据脚本文件,调用资源分配模块分配计算资源,加载数值运算组件,构建运维场景数值运算环境。调用场景构建模块加载压载水系统数值模型、检修环境模型、检修策略模型,生成压载水系统检修数值场景,并在运算环境中注册场景对象及数据接口。运算器按检修策略流程调度任务,将环境参数传递给压载水系统数值模型,压载水系统数值模型调用自身方法函数完成检修运算。运算结构包含检修人力、检修时间、检修成本等多维度数值信息,供运维策略分析器7分析使用。
运维策略分析器7:用于评估运维数值运算器6的运算结果,并生成运维策略输出脚本。
运维策略输出器8:用于将运维策略输出脚本的运维策略输出。运维策略输出器8配有以太网、串口、无线通信接口,可以连接打印机、PDA、运维现场终端等设备,输出运维工单与运维说明。
运维数据收集器9:用于收集根据运维策略输出器8输出的运维策略进行现场维修的实际数据并传输至航海数据大平台1存储。系统还包括运维数据收集器9采用高性能嵌入式系统设备,具有USB、以太网、串口、无线通信接口,可连接待运维设备获取运维信息,也可以由运维人员手动录入运维信息。
数值平台迭代器10:用于根据运维策略输出器8输出的运维策略对运维环境库2、运维策略库3、航海装备数值模型库4进行迭代更新。数值平台迭代器10采用专用软硬件系统,监控并完成数值平台各模块迭代更新,同时根据内部逻辑实现自更新。
运维需求分析器5、运维环境库2、运维策略库3、船海数值模型库4、运维数值运算器6、运维策略分析器7采用私有云架构,硬件使用X86计算机集群,虚拟化管理服务软件。
本发明通过现有船舶与海工平台运维积累的海量数据,分析船舶与海工装备运维机理,通过数据挖掘,构建海工数值模型、运维环境数值模型与运维策略模型,建立船海数值平台运维系统。
本发明还提出一种船海数值平台运维系统的运维方法,在大数据基础上,通过机理分析构建数值模型,运用数值模拟运算,优化运维策略,指导现场运维,能充分发挥大数据价值,提高运维效率,节省成本。
具体步骤包括:
1)通过数据接口向运维需求分析器5输入运维需求信息,运维需求信息包括运维对象、运维环境和策略要求。
2)运维需求分析器5根据运维需求分析并生成运维场景数值运算配置脚本;运维场景数值运算配置脚本包括运维环境参数、运维策略参数与运维对象参数。
3)运维数值运算器6根据运维场景数值运算配置脚本,加载船海装备数值模型、运维环境模型与运维策略模型,针对运维需求生成数值化运维环境,并进行运维耦合数值运算。具体包括:
31)运维数值运算器6根据运维环境参数从运维环境库2中选取运维环境数据、根据运维策略参数从运维策略库3中选取运维策略数据,根据运维对象参数从航海装备数值模型库4中运维对象模型;
32)运维数值运算器6根据运维环境数据动态生成特定运维环境数值模型;
33)运维数值运算器6根据运维策略要求动态生成特定运维策略数值模型;
34)运维数值运算器6根据运维对象、运维环境,执行运维策略数值运算,将数值化运算结果输入运维数值分析器7。
4)运维策略分析器7评估运维数值运算器6的运算结果,并生成运维策略输出脚本;运维策略分析器7根据运维指标,对运维作业运算结果进行分析评估,并对非最优化的运维策略给出优化数值。
5)运维策略输出器8将运维策略输出脚本的运维策略输出。运维策略输出器8将非最优化运维策略输出到数值平台迭代器10,并更新运维策略库,将最优运维策略输出到现场设备。
6)现场设备生成运维工单,指导现场运维,运维数据收集器9收集根据运维策略输出器8输出的运维策略进行现场维修的实际数据并传输至航海数据大平台1存储。
7)数值平台迭代器10根据运维策略输出器8输出的运维策略对运维环境库2、运维策略库3、航海装备数值模型库4进行迭代更新。
最后需要说明的是,以上具体实施方式仅用以说明本专利技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本专利进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本专利的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本专利技术方案的精神和范围,其均应涵盖在本专利的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种船海数值平台运维系统,其特征在于:所述系统包括航海数据大平台(1)、运维环境库(2)、运维策略库(3)、航海装备数值模型库(4)、运维需求分析器(5)、运维数值运算器(6)、运维策略分析器(7)和运维策略输出器(8);
所述航海数据大平台(1):用于存储船舶与海工装备数据及装备运维相关数据,包括装备运维环境数据、运维策略数据、航海装备数据和运维需求数据;
所述运维环境库(2):用于存储根据所述航海数据大平台(1)中源数据构建的运维环境模型;
所述运维策略库(3):用于存储根据所述航海数据大平台(1)中源数据构建的运维策略模型;
所述航海装备数值模型库(4):用于存储根据所述航海数据大平台(1)中源数据构建的船海装备数值模型;
所述运维需求分析器(5):用于采集外部运维需求信息,分析并生成运维场景数值运算配置脚本;
所述运维数值运算器(6):用于根据所述运维需求分析器(5)配置脚本,加载船海装备数值模型、运维环境模型与运维策略模型,针对运维需求生成数值化运维环境,并进行运维耦合数值运算;
所述运维策略分析器(7):用于评估运维数值运算器(6)的运算结果,并生成运维策略输出脚本;
所述运维策略输出器(8):用于将运维策略输出脚本的运维策略输出。
2.根据权利要求1所述的船海数值平台运维系统,其特征在于:所述航海数据大平台(1)采用Hadoop架构,根据数据源配置四个历史数据集群,分别存储装备运维环境数据、运维策略数据、航海装备数据和运维需求数据。
3.根据权利要求1或2所述的船海数值平台运维系统,其特征在于:所述航海装备数值模型库(4)将船海装备的物理特性数值化,作为船海装备数值模型的特征属性;将设备内部运行机理转化为数值模型方法函数;将设备外部接口转为数值模型接口函数。
4.根据权利要求3所述的船海数值平台运维系统,其特征在于:所述船海装备数值模型包括单设备数值模型、多设备联动数值模型、多系统联动数值模型。
5.根据权利要求1所述的船海数值平台运维系统,其特征在于:所述运维环境模型包括各工况模型、海洋环境模型、工况与海洋环境的耦合关系模型、运维环境与装备的耦合关系模型。
6.根据权利要求1所述的船海数值平台运维系统,其特征在于:所述运维策略模型包括单设备运维策略模型、多设备联动运维策略模型、系统运维策略模型、运维策略与装备的耦合关系模型。
7.根据权利要求1所述的船海数值平台运维系统,其特征在于:所述系统还包括运维数据收集器(9):用于收集根据运维策略输出器(8)输出的运维策略进行现场维修的实际数据并传输至航海数据大平台(1)存储。
8.根据权利要求1所述的船海数值平台运维系统,其特征在于:所述系统还包括数值平台迭代器(10):用于根据运维策略输出器(8)输出的运维策略对运维环境库(2)、运维策略库(3)、航海装备数值模型库(4)进行迭代更新。
9.一种应用于权利要求1所述的船海数值平台运维系统的运维方法,其特征在于:包括如下步骤:
1)通过数据接口向运维需求分析器(5)输入运维需求信息,所述运维需求信息包括运维对象、运维环境和策略要求;
2)所述运维需求分析器(5)根据运维需求分析并生成运维场景数值运算配置脚本;
3)所述运维数值运算器(6)根据运维场景数值运算配置脚本,加载船海装备数值模型、运维环境模型与运维策略模型,针对运维需求生成数值化运维环境,并进行运维耦合数值运算;
4)所述运维策略分析器(7)评估运维数值运算器(6)的运算结果,并生成运维策略输出脚本;
5)所述运维策略输出器(8)将运维策略输出脚本的运维策略输出。
10.根据权利要求9所述的船海数值平台运维系统的运维方法,其特征在于:还包括如下步骤:
6)运维数据收集器(9)收集根据运维策略输出器(8)输出的运维策略进行现场维修的实际数据并传输至航海数据大平台(1)存储;
7)数值平台迭代器(10)根据运维策略输出器(8)输出的运维策略对运维环境库(2)、运维策略库(3)、航海装备数值模型库(4)进行迭代更新。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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