CN110542566B - 运输风险评估系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于以车辆运输的物件的运输风险评估方法，包括：设置传感器于用于承载物件的车辆底板，传感器收集车辆运输过程中的振动信号，运算装置依据振动信号执行时域处理程序以输出第一数据，依据第一数据执行频域处理程序以输出第二数据，依据第二数据及测试数据执行风险评估程序以输出风险等级，其中第二数据包括实际振动强度及实际振动时间，测试数据包括测试振动强度及测试振动时间。本发明还公开了一种运输风险评估系统。
Description
技术领域
本发明涉及一种运输风险评估系统及其方法。
背景技术
在供货商提供服务器予其客户的流程中，组装完成的整机柜会从生产地被运送到客户所在地。在车辆运送整机柜的过程中，高速行驶的车辆因为不平整的路面而产生持续的振动。在运输过程中，振动无法避免且持续存在。某些频率的振动可能使产品中的敏感元件发生共振，虽然单次振动产生的应力不会立刻造成元件损坏，但是长时间持续的循环应力会造成元件结构的疲劳损伤，进而影响产品的功能或是让产品损坏。运输时的振动强度、发生时间、发生次数无法被预测，具有随机性，因此需采用概率统计的方法去研究运输过程的振动信号特征。
一般而言，振动信号的数据采集是基于特定的运输路线，采集后的数据只能代表该路线的平均振动水平。目前被大多数企业采用的随机振动可靠性测试是参考美国材料和试验协会(American Society for Testing and Materials，ASTM)或国际安全运输协会(International Safe Transit Association，ISTA)所订定的标准。然而，这两个标准均是以指定载重量，指定悬吊系统的货车在高速公路上以指定车速行驶作为基本情境进行数据采集，实际货运的状况往往与的差异甚大，因而上述两个标准无法准确评估实际运输在各种情况下的振动风险。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种运输风险评估系统及其方法，针对实际运输的随机振动数据进行采集及处理，制成随机振动加速度功率密度谱以评估产品在实际运输时的振动风险。
依据本发明一实施例叙述的一种运输风险评估方法，适用于以车辆运输的物件，所述的方法包括：设置传感器于车辆的底板，底板用于承载物件；传感器收集车辆运输过程中的振动信号；运算装置依据振动信号执行时域处理程序以输出第一数据；运算装置依据第一数据执行频域处理程序以输出第二数据；以及运算装置依据第二数据及测试数据执行风险评估程序以输出风险等级，其中第二数据包括实际振动强度及实际振动时间，测试数据包括测试振动强度及测试振动时间。
依据本发明一实施例叙述的一种运输风险评估系统，适用于以车辆运输的物件，所述的系统包括：传感器、储存装置及运算装置。传感器设置于车辆的底板。传感器用以收集车辆运输过程中的振动信号。储存装置用以储存测试数据。测试数据包括测试振动时间及测试振动强度。运算装置通讯连接储存装置。运算装置用以执行时域处理程序、频域处理程序及风险评估程序。时域处理程序依据振动信号输出第一数据。频域处理程序依据第一数据输出第二数据。第二数据包括实际振动强度及实际振动时间。风险评估程序依据第二数据及测试数据输出风险等级。
通过上述架构，本发明所公开的运输风险评估系统及其方法，通过实际收集的运输的振动数据与实验室测试的振动数据交互比对，进而得以准确地评估实际运输时的风险等级，并且将评估结果应用于整机柜包装时增加减轻振动的设计，保证产品在运输到目的地后的品质。
以上的关于本发明内容的说明及以下的实施方式的说明用以示范与解释本发明的精神与原理，并且提供本发明的专利申请权利要求保护范围更进一步的解释。
附图说明
图1是绘示本发明一实施例的运输风险评估系统的方块架构图。
图2是绘示传感器收集感测数据的设置示意图。
图3是依据本发明一实施例的运输风险评估方法所绘示的流程图。
图4是依据本发明一实施例的风险评估程序所绘示的流程图。
图5是依据本发明另一实施例的风险评估程序所绘示的流程图。
其中，附图标记：
10 传感器
12 底座
30 运算装置
50 储存装置
70 物件
90 车辆
92 底板
S10～S30 步骤
具体实施方式
以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领域的技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所公开的内容、权利要求保护范围及附图，任何本领域的技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。以下的实施例进一步详细说明本发明的观点，但非以任何观点限制本发明的范畴。
请参考图1，其是绘示本发明一实施例的运输风险评估系统的方块架构图。如图1所示，所述的系统包括传感器10、运算装置30及储存装置50。
传感器10进行感测以产生感测数据。运算装置30用以取得传感器10的感测数据。举例来说，运算装置30由传感器10取得感测数据的方式可以是：将传感器10电性连接至运算装置30以传输感测数据，将传感器10内部储存感测数据的记忆卡电性连接到运算装置30以传输感测数据，或者运算装置30通过网络下载传感器10上传至云端的感测数据，本发明对运算装置30取得传感器10的感测数据的方式不予限制。储存装置50存有测试数据，储存装置50通讯连接运算装置30以传输测试数据。
请参考图2，其是绘示传感器10收集感测数据的设置示意图。本发明一实施例的运输风险评估系统适用于评估一物件70以车辆90实际运输的风险等级。所述的物件70例如是整机柜、服务器或易受振动影响的货物。所述的车辆90具有一底板92，用于承载物件70。
请参考图3，其是绘示本发明一实施例的运输风险评估方法的流程图。本发明一实施例的运输风险评估系统是依据图3所示的流程运行。
请参考图2及图3的步骤S10，设置传感器10于车辆90的底板92。传感器10用以收集车辆90运输过程中的振动信号。传感器10具有三轴加速度计及内建电源，可以记录运输过程中的加速度信号，例如美国Lansmont公司制造的SAVER 3X90环境记录仪。实务上，可使用具有强力磁铁的底座12将传感器10吸附于货车车厢的底板，如图2所示。但传感器10的设置方式并不以此为限。另需注意的是，图2绘示的传感器10、底座12、物件70、车辆90及其底板92并非按照实际比例绘制，而仅作为举例说明这些元件的相对位置之用。
请参考步骤S12，以传感器10收集车辆90运输过程中的振动信号。详言之，在运输开始时启动传感器10收集数据，在货物到达后关闭传感器，并将感测期间收集到的振动信号导出至运算装置30(相当于运算装置30由传感器10取得振动信号)。振动信号例如是三轴加速度信号。运算装置30可依据振动信号执行时域处理程序、频域处理程序及风险评估程序，其中时域处理程序是依据振动信号输出第一数据，对应于图3的步骤S20；频域处理程序是依据第一数据输出第二数据，对应于图3的步骤S22，风险评估程序是依据第二数据及测试数据输出风险等级，对应于图3的步骤S30。
请参考步骤S20，运算装置30依据振动信号执行时域处理程序以输出第一数据。具体而言，运算装置30消除振动信号中的噪音部分。实务上，由于电压或环境的因素，使得振动信号呈现逐渐往上漂移的趋势。因此，运算装置30消除原始信号中的线性趋势项及二次趋势项以输出呈现水平趋势的振动信号，在此称其为第三数据。然后，运算装置30计算第三数据的一均值并判断该均值是否达到一均值阈值，如果“是”则从第三数据中消除此均值阈值并将消除后的数据作为第四数据，如果“否”则径以第三数据作为第四数据。接着，运算装置30依据一峰值阈值(例如为0.1g)从第四数据中滤除停车数据以作为第五数据。所述的停车数据是运输过程中车辆停止时所测得的数据，且由于这些数据无助于评估运输风险，因此需将其滤除。运算装置30再依据一截止频率及第五数据执行一低通滤波程序以输出第一数据，藉此让第一数据的采样频率范围(例如为0～200Hz)对应于测试数据的采样频率范围。
请参考步骤S22，运算装置30对第一数据执行频域处理程序以输出第二数据。具体而言，运算装置30从第一数据中提取多个频率点以及在每个频率点上的振动幅值。实务上，运算装置30依据经过时域处理程序的第一数据以及多个默认参数执行快速傅立叶变换(Fast Fourier Transform，FFT)以输出第二数据。第二数据包括实际振动强度及实际振动时间。所述的默认参数包括FFT参数、采样频率及最大分析频率等。
请参考步骤S30，运算装置30依据第二数据及测试数据执行风险评估程序以输出风险等级。第二数据包括实际振动强度及实际振动时间，测试数据包括测试振动强度及测试振动时间。详言之，实验室进行振动测试后产生的测试数据储存于储存装置50作为测试数据。相对于实际运输而言，实验室进行的振动测试采用较大的振动强度及相对较短的测试时间。本发明是基于线性疲劳累积损伤理论(Palmgren-Miner rule)进行推算，在振动强度和振动时间之间建立如下关系式：
其中tt代表测试振动时间，at代表测试振动强度的均方根值(Grms)，aa代表实际振动强度的均方根值(Grms)，ta代表实际振动时间，k一般而言取2。
请参考图4，其是绘示本发明一实施例的风险评估程序。
请参考步骤S32，运算装置30依据测试数据的测试振动强度调整第二数据的实际振动强度，并依据测试数据的测试振动时间调整第二数据的实际振动时间。
请参考步骤S34，运算装置30依据调整后的实际振动强度转换第二数据的实际振动时间为另一振动时间，并依据调整后的实际振动时间转换第二数据的实际振动强度为另一振动强度。
请参考步骤S36，运算装置30比对测试振动时间及另一振动时间并比对测试振动强度及另一振动强度以输出风险等级。
关于步骤S36中的风险等级判定，详言之，若同时考虑振动强度及振动时间的比对，则有如下四种状况：
状况1：测试振动强度大于另一振动强度，且测试振动时间大于另一振动时间。
状况2：测试振动强度大于另一振动强度，且测试振动时间小于或等于另一振动时间。
状况3：测试振动强度小于或等于另一振动强度，且测试振动时间大于另一振动时间。
状况4：测试振动强度小于或等于另一振动强度，且测试振动时间小于或等于另一振动时间。
若运算装置30经比对得到状况1，则可判定风险等级为低。若运算装置30经比对得到状况4，则可判定风险等级为高。若运算装置30经比对得到状况2或3时，可依据实际状况，选择性地偏重考虑振动时间或偏重考虑振动强度或选择不偏重任一个。举例来说，若选择偏重考虑振动时间，则对于状况2，运算装置30判定风险等级为“中高”，对于状况3，运算装置30判定风险等级为“中低”。若选择偏重考虑振动强度，则对于状况2，运算装置30判定风险等级为“中低”，对于状况3，运算装置30判定风险等级为“中高”。若选择不偏重任一个，则对于状况2及状况3，运算装置30皆判定风险等级为“中”。
请参考图5，其是绘示本发明另一实施例的风险评估程序，此实施例的风险评估程序相当于前一实施例的风险评估程序的一种简化版。
请参考步骤S42，运算装置30依据测试数据的测试振动强度调整第二数据的实际振动强度。举例来说，假设测试数据的测试振动时间tt为2小时，测试数据的测试振动强度at为1.146g；并假设第二数据的实际振动强度aa为0.239g，实际振动时间ta为24小时。在步骤S42中，依据测试振动强度at调整第二数据的实际测试强度aa需放大约
倍。
请参考步骤S44，运算装置30依据调整后的实际振动强度转换第二数据的实际振动时间为另一振动时间。承前例，运算装置30将上述数值代入第1式可转换出另一振动时间为1.04小时。
请参考步骤S46，运算装置30比对测试振动时间及另一振动时间以输出一风险等级。风险等级例如可分为高、低两个等级。承前例，由于2小时大于1.04小时，因此可判断实验室中的测试强度大于实际运输中的振动强度，故判断风险等级为“低”。反之，则判断风险等级为“高”。
需注意的是，图5的风险评估程序仅为图4的风险评估程序简化后的一种实施方式。本发明所属技术领域的技术人员可依据图4及图5，而得到另一种实施方式(运算装置30比对测试振动强度及另一振动强度以输出风险等级)，在此不重复叙述。
综合以上所述，本发明所公开的运输风险评估系统及其方法，通过实际收集的运输的振动数据与实验室测试的振动数据交互比对，进而得以准确地评估实际运输时的风险等级，并且将评估结果应用于整机柜包装时增加减轻振动的设计，保证产品在运输到目的地后的品质。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (8)
1.一种运输风险评估方法，其特征在于，适用于以一车辆运输的一物件，所述的方法包括：
设置一传感器于该车辆的一底板，其中该底板用于承载该物件；
以该传感器收集该车辆运输过程中的一振动信号；
以一运算装置依据该振动信号执行一时域处理程序以输出一第一数据；
以该运算装置依据该第一数据执行一频域处理程序以输出一第二数据；以及
以该运算装置依据该第二数据及一测试数据执行一风险评估程序以输出一风险等级，其中
该第二数据包括一实际振动强度及一实际振动时间，该测试数据包括一测试振动强度及一测试振动时间，
其中，以该运算装置依据该第二数据及该测试数据执行该风险评估程序还包括：
以该运算装置依据该测试数据的该测试振动强度调整该第二数据的该实际振动强度；
以该运算装置依据该测试数据的该测试振动时间调整该第二数据的该实际振动时间；
以该运算装置依据调整后的该实际振动强度转换该第二数据的该实际振动时间为另一振动时间；
以该运算装置依据调整后的该实际振动时间转换该第二数据的该实际振动强度为另一振动强度；以及
以该运算装置比对该测试振动时间及该另一振动时间并比对该测试振动强度及该另一振动强度以输出该风险等级，
在该测试振动时间、该测试振动强度、该实际振动强度及该实际振动时间之间的关系式为：
其中，tt代表该测试振动时间，at代表该测试振动强度的均方根值，aa代表该实际振动强度的均方根值，ta代表该实际振动时间，k为正整数。
2.根据权利要求1所述的运输风险评估方法，其特征在于，该振动信号是三轴加速度信号。
3.根据权利要求1所述的运输风险评估方法，其特征在于，该时域处理程序还包括：
以该运算装置依据该振动信号消除线性趋势项及二次趋势项以输出一第三数据；
以该运算装置依据一均值阈值及该第三数据执行一均值消除程序以输出一第四数据；
以该运算装置依据一峰值阈值及该第四数据执行一停车数据滤除程序以输出一第五数据；以及
以该运算装置依据一截止频率及该第五数据执行一低通滤波程序以输出该第一数据。
4.根据权利要求1所述的运输风险评估方法，其特征在于，该频域处理程序还包括：
以该运算装置依据该第一数据，一快速傅立叶参数、一采样频率及一最大分析频率执行一快速傅立叶计算以输出该第二数据。
5.一种运输风险评估系统，其特征在于，适用于以一车辆运输的一物件，所述的系统包括：
一传感器，设置于该车辆的一底板，该传感器用以收集该车辆运输过程中的一振动信号；
一储存装置，用以储存一测试数据，该测试数据包括一测试振动强度及一测试振动时间；以及
一运算装置，通讯连接该储存装置，该运算装置用以从该传感器取得该振动信号，该运算装置用以执行一时域处理程序、一频域处理程序及一风险评估程序，其中
该时域处理程序用以依据该振动信号输出一第一数据；
该频域处理程序用以依据该第一数据输出一第二数据，该第二数据包括一实际振动强度及一实际振动时间；
该风险评估程序用以依据该第二数据及该测试数据输出一风险等级，
其中该风险评估程序是：
该运算装置依据该测试数据的该测试振动强度及该第二数据的该实际振动强度转换该第二数据的该实际振动时间为另一振动时间；
该运算装置依据该测试数据的该测试振动时间及该第二数据的该实际振动时间转换该第二数据的该实际振动强度为另一振动强度；以及
该运算装置比对该测试振动时间及该另一振动时间并比对该测试振动强度及该另一振动强度以输出该风险等级，
其中，以该运算装置依据该第二数据及该测试数据执行该风险评估程序还包括：
以该运算装置依据该测试数据的该测试振动强度调整该第二数据的该实际振动强度；
以该运算装置依据该测试数据的该测试振动时间调整该第二数据的该实际振动时间；
以该运算装置依据调整后的该实际振动强度转换该第二数据的该实际振动时间为另一振动时间；
以该运算装置依据调整后的该实际振动时间转换该第二数据的该实际振动强度为另一振动强度；以及
以该运算装置比对该测试振动时间及该另一振动时间并比对该测试振动强度及该另一振动强度以输出该风险等级，
在该测试振动时间、该测试振动强度、该实际振动强度及该实际振动时间之间的关系式为：
其中，tt代表该测试振动时间，at代表该测试振动强度的均方根值，aa代表该实际振动强度的均方根值，ta代表该实际振动时间，k为正整数。
6.根据权利要求5所述的运输风险评估系统，其特征在于，该振动信号是三轴加速度信号。
7.根据权利要求5所述的运输风险评估系统，其特征在于，该时域处理程序是该运算装置依据该振动信号消除线性趋势项及二次趋势项以输出一第三数据，依据一均值阈值及该第三数据执行一均值消除程序以输出一第四数据，依据一峰值阈值及该第四数据执行一停车数据滤除程序以输出一第五数据，以及依据一截止频率及该第五数据执行一低通滤波程序以输出该第一数据。
8.根据权利要求5所述的运输风险评估系统，其特征在于，该频域处理程序是该运算装置依据该第一数据，一快速傅立叶参数、一采样频率及一最大分析频率执行一快速傅立叶计算以输出该第二数据。
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