CN109542091A - 一种挖掘机故障维修与可靠性数据管理系统及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种挖掘机故障维修与可靠性数据管理系统及其应用，包括信息收集设备、云服务平台和终端设备；信息收集设备包括挖掘机主控制器、控制屏和故障信息记录仪，挖掘机主控制器、控制屏通过CAN线与故障信息记录仪连接；云服务平台借助无线通信分别与故障信息记录仪、终端设备进行数据传输。该系统选择合适的开发平台及操作系统，搭建基本的挖掘机设备故障维修及可靠性分析的数据库架构、利用终端设备进行工程机械产品所需数据的采集及传输，通过软件完成大数据分析，根据大数据分析，制定故障的补偿措施、同类故障模式的维修方法、后期的预防性维护保养措施，用较低的成本提高工程机械产品的可靠性和维修性。

Description

一种挖掘机故障维修与可靠性数据管理系统及其应用

技术领域

本发明涉及一种挖掘机故障维修与可靠性数据管理系统及其应用，属于挖掘机维护技术领域。

背景技术

在过去，用户对挖掘机质量要求往往是建立在符合性质量的基础上，只要符合产品设计初期的生产工艺指标，能够实现其功能就可以了。随着人们对挖掘机产品质量要求的提高，用户更加重视产品质量的适用性，对产品的可靠性、安全性、维修性、经济性要求越来越高，而可靠性和维修性是提高产品质量的关键因素。

目前，国内挖掘机的产品设计开发阶段，更多考虑的是实现产品的功能，很少涉及到可靠性或维修性的应用，只有当产品在试制过程中或可靠性试验中出现问题后，再返回到设计开发环节去发现并解决问题。随着市场竞争越来越激烈，产品开发周期缩短，从设计开发阶段就需要明确产品要达到的可靠性、维修性目标，这对产品设计者也是极大的考验，在没有对产品进行足够的了解或掌握足够的历史故障或维修信息做支撑，不仅指定的可靠性目标、维修性目标难以实现，而且后期对产品的质量控制也会产生恶劣的影响。

国内在挖掘机产品的维修大多依靠的是售后服务，一般都是主机厂通过全国各地的代理商招聘的市场服务及维修人员，需要花费大量的人力、物力、财力进行培训，但是由于这些人员流通性较大，用户真正发生问题时，要么处理不了，要么需要处理很久，甚至出现谎报工时、故障处理信息，还有的对设备故障的原因不进行分析，直接要求客户更换故障零部件，完全没有一套系统的维修程序，即使配备先进的售后测试维修所用的设备仪器，用户也并没有感受到优质的售后服务。零部件维修保养周期的制定通常不符合现阶段工程机械的实际情况，导致维修过剩或不足。这就使得挖掘机产品在维修时造成产品的浪费，降低产品的品牌效益。

由于挖掘机故障及维修数据搜集的不完整，大量的数据利用价值较小，导致分析结果科学性较差，造成时效性也较为低下，也不能及时应用到挖掘机的实际维修或可靠性分析中。其次在巨大的数据库中，单条的数据可能不具有太大的价值，但是经过对数据的整理、分析，将其整合后可能就会体现出巨大的应用价值。因此，必须利用现有设备提供更多更全的数据及分析支持，以便为挖掘机的维修性和可靠性提升提供更为完整的可靠的支持。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种挖掘机故障维修与可靠性数据管理系统，该管理系统可收集售后挖掘机的故障情况并进行大数据分析，并制定故障的补偿措施、同类故障模式的维修方法、后期的预防性维护保养措施，对市场服务人员、代理商及主机厂进行分级开放，用较低的成本提高工程机械产品的可靠性和维修性，同时提升工程机械产品维修服务效率，降低企业的生产维护成本。

本发明的技术方案如下：

一种挖掘机故障维修与可靠性数据管理系统，包括信息收集设备、云服务平台和终端设备；

信息收集设备包括挖掘机主控制器、控制屏和故障信息记录仪，挖掘机主控制器、控制屏分别通过CAN线与故障信息记录仪连接；

云服务平台借助无线通信分别与故障信息记录仪、终端设备进行数据传输。

优选的，所述故障信息记录仪包括单片机、储存卡、CAN通讯模块、USB接口模块、数据收发模块和供电电源，其中CAN通讯模块、储存卡、USB接口模块、数据收发模块分别与单片机连接，供电电源为单片机提供运行电力；挖掘机主控制器、控制屏分别通过CAN线与CAN通讯模块连接。

优选的，所述USB接口模块通过USB线连接外部计算机。此设计的好处在于，通过独立设置的USB接口模块连接外部计算机，可以利用电脑对单片机进行编程，以适应不同型号的挖掘机。

优选的，所述单片机连接有独立的存储按钮。此设计的好处是，独立设置的存储按钮作为故障信息记录仪开始工作按钮，按下时故障信息记录仪开始工作，弹起时故障信息记录仪停止工作。

优选的，所述故障信息记录仪还包括内嵌式电池，内嵌式电池与单片机连接。此设计的好处是，当故障信息记录仪出现电源断电的特殊情况时，内嵌式电池工作，并发送断电信号到控制屏，不影响信息处理。

优选的，所述云服务平台包括至少一个服务器，服务器包括数据收发模块、故障信息采集模块、故障信息处理模块、故障分析处理模块和用户接口模块，服务器通过数据收发模块与单片机之间进行无线数据传输；其中，故障信息采集模块与多个数据收发模块交互，通过网络IP地址设置多个网络通道来接收每台挖掘机中故障信息记录仪发送的信息。

优选的，所述故障信息处理模块、故障分析处理模块为底层开发模块，采用Java或C#语言进行程序编写。

优选的，所述用户接口模块包括通讯模块和交互界面，挖掘机厂家平台维护人员通过交互界面登录云服务平台，通过通讯模块与终端设备进行信息交互。

优选的，所述终端设备包括手机、平板电脑、PC机，终端设备采用窗口式应用APP。

一种挖掘机故障维修与可靠性数据管理系统的工作方法，包括以下步骤：

(1)按下存储按钮，故障信息记录仪开始工作执行存储功能，故障信息记录仪根据当前时间在存储卡中新建本次记录文档A，并在文档A中记录开始时间；

(2)当挖掘机出现故障时，挖掘机主控制器会把报警代码和发生信号传输到故障信息记录仪中，故障信息记录仪识别此报警信息时间为故障开始时间，将故障信息数据存储在储存卡文档A中，并通过数据收发模块传送到云服务平台上；

(3)维护人员通过终端设备登录查看到或接收到云服务平台发送的故障信息数据后，开始对挖掘机进行故障处理；故障处理完毕后，挖掘机主控制器把报警代码和消除信号传输到故障信息记录仪中，故障信息记录仪识别此报警信息时间为故障消除时间，并计算报警持续时间，将数据更新在储存卡文档A中，并通过数据收发模块传送到云服务平台上；

(4)故障信息记录仪工作时，会对所有报警信息进行监控记录；当报警信息接连出现，故障信息记录仪会根据所有报警代码按照步骤(2)和步骤(3)，逐条识别报警开始和消除时间，实时更新到存储卡文档A中，并通过数据收发模块传送到云服务平台上；

(5)停止故障信息记录仪工作时，此时故障信息记录仪从挖掘机主控制器读取当前所有报警信息进行识别后，更新到存储卡文档A中，并在文档A中记录停止时间。

优选的，步骤(2)、步骤(3)中，如果通讯信号不好向云服务平台发送失败，故障信息记录仪将当前故障信息数据保存下来，等待信号恢复重新发送到云服务平台。

本发明的有益效果在于：

1、本发明挖掘机故障维修与可靠性数据管理系统，可实时记录挖掘机故障及维修数据，上传至数据库或云平台，利用大数据进行维修性与可靠性分析，提升挖掘机产品的维修性，降低维修成本，提升维修效率，提升产品的可靠性。

2、本发明可在每一台挖掘机出厂前安装，与挖掘机主控制器连接安装在一起，利用本系统可将所有同系列挖掘机的产品数据整理，分类，形成大数据库，主机厂人员可利用其完成当代产品可靠性建模、故障树分析、故障模式影响分析、补偿措施制定，后期出现同类型故障应该如何处理；完成新产品开发时可靠性预计、可靠性分配、可靠性设计(仿真、试制、试验)、预防性维修保养计划制定，从而大幅提升挖掘机新产品研发的理论基础，降低挖掘机新产品的故障率，提升可靠性。

3、通过本发明挖掘机故障维修与可靠性数据管理系统，技术人员将大数据分析处理后上传至终端APP供用户、售后服务人员、代理商、主机厂分级查看；一方面便于售后服务人员第一时间了解某一型号挖掘机的故障问题及处理方法，另一方面方便代理商进行售后维修数据的反馈，使主机厂、代理商、售后服务人员三者之间能够进行信息的互通有无以及故障问题的及时解决，提升产品的服务质量。

附图说明

图1为本发明系统中故障信息记录仪的连接示意图；

图2为本发明系统中云服务平台的原理示意图；

图3为本发明系统中终端设备显示信息示意图；

图4为本发明系统的工作流程图；

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例1：

如图1至图3所示，本实施例提供一种挖掘机故障维修与可靠性数据管理系统，主要包括信息收集设备、云服务平台和终端设备三大部分；

信息收集设备包括挖掘机主控制器、控制屏和故障信息记录仪，挖掘机主控制器(挖掘机控制系统)、控制屏分别通过CAN线与故障信息记录仪连接；故障信息记录仪在挖掘机出厂前就安装在挖掘机上并与挖掘机主控制器连接安装好，或者故障信息记录仪与挖掘机主控制器融合为一体(由挖掘机主控制器提供商进行一体设计)。

云服务平台借助无线通信分别与故障信息记录仪、终端设备进行数据传输。

终端设备可以是手机、平板电脑、PC机，终端设备内装有窗口式应用APP，可通过登录终端设备查看云服务平台的各类数据。

故障信息记录仪包括单片机、储存卡、CAN通讯模块、USB接口模块、数据收发模块和供电电源，其中CAN通讯模块、储存卡、USB接口模块、数据收发模块分别与单片机连接，供电电源为单片机提供运行电力；挖掘机主控制器、控制屏分别通过CAN线与CAN通讯模块连接。故障信息记录仪的模块连接图，如图1所示，数据收发模块通过IP地址设置的不同，云服务平台可以获取不同挖掘机上故障信息记录仪的数据。USB接口模块通过USB线连接外部计算机，通过独立设置的USB接口模块连接外部计算机，可以利用电脑对单片机进行编程，以适应不同型号的挖掘机。

单片机连接有独立的存储按钮。独立设置的存储按钮也是故障信息记录仪开始工作按钮，按下时故障信息记录仪开始工作执行存储功能，弹起时故障信息记录仪停止工作。存储卡是一直使用的，作为信息备份。

云服务平台包括至少一个服务器，服务器包括数据收发模块、故障信息采集模块、故障信息处理模块、故障分析处理模块和用户接口模块，服务器通过数据收发模块与单片机之间进行无线数据传输；其中，故障信息采集模块与多个数据收发模块交互，通过网络IP地址设置多个网络通道来接收每台挖掘机的故障信息记录仪发送的信息。不同的IP地址对应不同的网络通道，每个网络通道根据通讯数据量对应一定数量的终端(故障信息记录仪)。记录如故障代码、维修时间、部件编号、部件名称、制造商、工作时长、复杂程度(分等级)、技术水平(分等级)、环境条件(分等级)、故障模式、故障原因、严重度(分等级)、维修时间间隔、维修时长、维修方式(更换、修复)、维修成本(人工、配件)等信息。

故障信息处理模块为底层开发模块，设有开放接口，采用Java或C#语言进行程序编写，通过算法来分类故障信息并存储在服务器内。

故障分析处理模块为底层开发模块，设有开放接口，采用Java或C#语言进行程序编写，用来做大数据的分析处理，可完成以下内容：

①当代产品：维修成本、单位时间成本、平均使用可用度、平均效费比、平均维修时间、平均故障间隔时间、平均无故障时间。

②可靠性建模、故障树分析、故障模式影响分析、补偿措施制定，相同故障模式故障处理方法。

③下一代产品：可靠性预计、可靠性分配、可靠性设计(仿真、试制、试验)、预防性维修保养计划制定。

用户接口模块包含通讯模块和平台维护人员的交互界面，通过该交互界面，挖掘机厂家的平台维护人员可以进行整个平台信息的查看，新增，维护，删除等功能。而通过通讯模块，实现与终端APP连接，实现信息交互，来为设备维护人员服务。原理框图如图2所示。

终端设备内装有窗口式应用APP，终端APP为服务人员提供高效的信息检索功能，使服务人员随时了解每台设备状态，维护设备更加便捷，能够更好服务于客户。终端类似一个社区接口，服务人员可以把处理过的报警信息，处理过程进行录入，方便整个社区其他服务人员及工厂技术人员进行问题收集，经验积累，对日后设备改进有更多实质性帮助。终端APP可由Java等开发工具开发，直接安装到手机上，通过手机4G无线网络收发数据。它包含了挖掘机信息查询、故障处理方法检索、服务人员社交、工厂新动态宣传等信息，如图3所示。终端APP具有但不限于以下作用：

01：两个功能：1)服务人员可以通过搜索关键字或者设备编码的方式搜索某台挖掘机信息，此信息必须是平台维护人员已经录入的信息，未录入的信息没法检索，平台维护人员可以选择性的开放给服务人员一些信息。2)服务人员对负责的挖掘机对应挖掘机编号，进行部件名称、制造商、工作时长、复杂程度(分等级)、技术水平(分等级)、环境条件(分等级)、故障模式、故障原因、严重度(分等级)、维修时间间隔、维修时长、维修方式(更换、修复)、维修成本(人工、配件)等信息的录入，APP会上传到云服务平台上，云服务平台通过挖掘机编码进行匹配并按部件分类进行存储。

02：服务人员可以通过搜索关键字的方式搜索是否之前有其他人员录入的问题处理办法，方便到挖掘机客户现场处理问题，提高工作效率，提高客户满意度。

03：提供服务人员交流平台，有利于信息传递，相互交流。

04：挖掘机厂家可以通过平台，往APP中推送工厂新理念、新动态、新产品、新计划等内容，便于服务人员了解厂内信息。

实施例2：

一种挖掘机故障维修与可靠性数据管理系统，结构如实施例1所述，其不同之处在于：故障信息记录仪还包括内嵌式电池，内嵌式电池与单片机连接。当故障信息记录仪出现电源断电的特殊情况时，内嵌式电池工作，并发送断电信号到控制屏，不影响信息处理。

实施例3：

如实施例2所述的挖掘机故障维修与可靠性数据管理系统的工作方法，具体工作过程如下：

(1)按下存储按钮，故障信息记录仪开始工作执行存储功能，故障信息记录仪根据当前时间在存储卡中新建本次记录文档A(例如按年月日时分秒文档名称为：20181019111713)，并在文档A中记录开始时间；

(2)当挖掘机出现故障时，挖掘机主控制器会把报警代码和发生信号传输到故障信息记录仪中，故障信息记录仪识别此报警信息时间为故障开始时间，将故障信息数据存储在储存卡文档A中，并通过数据收发模块传送到云服务平台上；

其中故障信息数据包括报警(故障)代码、当前开始时间、设备代码的一条信息形成一行代码存储，不包含文字信息，传到云服务平台，云服务平台会根据这行代码自动匹配录入信息。

如果通讯信号不好向云服务平台发送失败，故障信息记录仪此时会将当前故障信息数据保存下来，等待信号恢复重新发送到云服务平台。

(3)维护人员通过终端设备登录查看到或接收到云服务平台发送的故障信息数据后，开始对挖掘机进行故障处理；故障处理完毕后，挖掘机主控制器把报警代码和消除信号传输到故障信息记录仪中，故障信息记录仪识别此报警信息时间为故障消除时间，并计算报警持续时间，将数据更新在储存卡文档A中，并通过数据收发模块传送到云服务平台上；

(4)故障信息记录仪工作时，会对所有报警信息进行监控记录；当报警信息接连出现，故障信息记录仪会根据所有报警代码按照步骤(2)和步骤(3)，逐条识别报警开始和消除时间，实时更新到存储卡文档A中，并通过数据收发模块传送到云服务平台上；

(5)停止故障信息记录仪工作时，此时故障信息记录仪从挖掘机主控制器读取当前所有报警信息进行识别后，更新到存储卡文档A中，并在文档A中记录停止时间。

对于不可读取的信息，可以通过挖掘机控制屏，在控制面板上将不能监控的所有报警情况做成下拉表，当出现故障时，客户在控制面板上进行选择确认，记录仪会读取此时触摸控制屏故障代码，并进行数据更新在储存卡20181019111713文档中，并通过数据收发模块到云服务平台(监控中心)上。客户进入报警管理页面点击故障已处理完毕，记录仪会读取此时触摸控制屏故障代码并记录报警消除时间，数据更新在储存卡20181019111713文档中，并通过数据收发模块到监控中心平台。

Claims (10)

1.一种挖掘机故障维修与可靠性数据管理系统，包括信息收集设备、云服务平台和终端设备；其特征在于，

信息收集设备包括挖掘机主控制器、控制屏和故障信息记录仪，挖掘机主控制器、控制屏分别通过CAN线与故障信息记录仪连接；

云服务平台借助无线通信分别与故障信息记录仪、终端设备进行数据传输。

2.如权利要求1所述的挖掘机故障维修与可靠性数据管理系统，其特征在于，所述故障信息记录仪包括单片机、储存卡、CAN通讯模块、USB接口模块、数据收发模块和供电电源，其中CAN通讯模块、储存卡、USB接口模块、数据收发模块分别与单片机连接，供电电源为单片机提供运行电力；挖掘机主控制器、控制屏分别通过CAN线与CAN通讯模块连接。

3.如权利要求2所述的挖掘机故障维修与可靠性数据管理系统，其特征在于，所述USB接口模块通过USB线连接外部计算机。

4.如权利要求2所述的挖掘机故障维修与可靠性数据管理系统，其特征在于，所述单片机连接有独立的存储按钮。

5.如权利要求2所述的挖掘机故障维修与可靠性数据管理系统，其特征在于，所述故障信息记录仪还包括内嵌式电池，内嵌式电池与单片机连接。

6.如权利要求2所述的挖掘机故障维修与可靠性数据管理系统，其特征在于，所述云服务平台包括至少一个服务器，服务器包括数据收发模块、故障信息采集模块、故障信息处理模块、故障分析处理模块和用户接口模块，服务器通过数据收发模块与单片机之间进行无线数据传输；其中，故障信息采集模块与多个数据收发模块交互，通过网络IP地址设置多个网络通道来接收每台挖掘机中故障信息记录仪发送的信息。

7.如权利要求6所述的挖掘机故障维修与可靠性数据管理系统，其特征在于，所述故障信息处理模块、故障分析处理模块为底层开发模块，采用Java或C#语言进行程序编写。

8.如权利要求6所述的挖掘机故障维修与可靠性数据管理系统，其特征在于，所述用户接口模块包括通讯模块和交互界面，挖掘机厂家平台维护人员通过交互界面登录云服务平台，通过通讯模块与终端设备进行信息交互。

9.如权利要求1所述的挖掘机故障维修与可靠性数据管理系统，其特征在于，所述终端设备包括手机、平板电脑、PC机，终端设备采用窗口式应用APP。

10.一种如权利要求1-9任一项所述的挖掘机故障维修与可靠性数据管理系统的工作方法，包括以下步骤：

(1)按下存储按钮，故障信息记录仪开始工作执行存储功能，故障信息记录仪根据当前时间在存储卡中新建本次记录文档A，并在文档A中记录开始时间；

(2)当挖掘机出现故障时，挖掘机主控制器会把报警代码和发生信号传输到故障信息记录仪中，故障信息记录仪识别此报警信息时间为故障开始时间，将故障信息数据存储在储存卡文档A中，并通过数据收发模块传送到云服务平台上；

(3)维护人员通过终端设备登录查看到或接收到云服务平台发送的故障信息数据后，开始对挖掘机进行故障处理；故障处理完毕后，挖掘机主控制器把报警代码和消除信号传输到故障信息记录仪中，故障信息记录仪识别此报警信息时间为故障消除时间，并计算报警持续时间，将数据更新在储存卡文档A中，并通过数据收发模块传送到云服务平台上；

(4)故障信息记录仪工作时，会对所有报警信息进行监控记录；当报警信息接连出现，故障信息记录仪会根据所有报警代码按照步骤(2)和步骤(3)，逐条识别报警开始和消除时间，实时更新到存储卡文档A中，并通过数据收发模块传送到云服务平台上；

(5)停止故障信息记录仪工作时，此时故障信息记录仪从挖掘机主控制器读取当前所有报警信息进行识别后，更新到存储卡文档A中，并在文档A中记录停止时间。