CN116955434A - 一种工业装备全生命周期管理及多维度能效分析系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及装备管理技术领域，且公开了一种工业装备全生命周期管理及多维度能效分析系统，包括设备档案管理模块、设备监测与数据采集模块、数据存储与处理模块、设备维护管理模块、设备健康诊断与预测模块、多维度能效分析模块、故障报警与远程监控模块和报表与可视化展示模块。该工业装备全生命周期管理及多维度能效分析系统，能够更全面地考虑多个因素,从而做出更准确的决策，它能够综合利用各个维度的信息，充分发挥不同维度的优势,避免了单一维度决策算法的局限性，同时，多维融合的算法还能够提高决策的灵活性和适应性,能够更好地应对复杂多变的决策环境，帮助企业实现设备管理，提高设备的可靠性、可用性、安全性和经济性。
Description
技术领域
本发明涉及装备管理技术领域，具体为一种工业装备全生命周期管理及多维度能效分析系统。
背景技术
随着科学技术的发展和生产工艺的进步，当代装备日益朝着大型化、复杂化、自动化以及智能化方向发展，为保障装备安全性与可靠性，剩余寿命预测技术受到了普遍关注，同时得到了广泛应用，工业装备作为一个公司最重要的资产之一，如何提高装备的利用率、降低装备维护成本，在目前企业面临成本逐步提高的形势下，无疑是帮助企业提高利润、降低成本的一个重要途径，因此装备管理作为企业日常管理的一个重要方面越来越引起广大企业的重视，而企业如何对装备进行很好的管理也成为当今企业发展的健康与否的关键。
大多数企业在工业装备管理方面面临多维度网络连接时网络协议不互通、实时确定性传输难以满足需求,数据智能化分析面临数据不完备、测量不精准、样本不均衡、领域跨度大等复杂挑战，故而提出了一种工业装备全生命周期管理及多维度能效分析系统来解决上述问题。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种工业装备全生命周期管理及多维度能效分析系统，具备可以将装备信息、实时数据、图纸信息等进行统一管理等优点，解决了大多数企业在工业装备管理方面面临多维度网络连接时网络协议不互通、实时确定性传输难以满足需求,数据智能化分析面临数据不完备、测量不精准、样本不均衡、领域跨度大等复杂挑战的问题。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种工业装备全生命周期管理及多维度能效分析系统，包括设备档案管理模块、设备监测与数据采集模块、数据存储与处理模块、设备维护管理模块、设备健康诊断与预测模块、多维度能效分析模块、故障报警与远程监控模块和报表与可视化展示模块。
优选的，所述设备监测与数据采集模块通过传感器和数据采集卡实时采集工业装备的运行数据，所述运行数据包括温度、压力、电流和振动参数。
优选的，所述数据存储与处理模块用于存储和处理采集到的工业装备数据，所述工业装备数据包括数据清洗、异常检测、数据聚合和压缩，所述设备维护管理模块用于计划和管理工业装备的维护任务，所述维护任务包括预防性维护、故障维修和备件管理,且维护任务根据工作量和时间进行维护资源的合理规划和分配。
优选的，所述设备健康诊断与预测模块基于采集到的数据和分析技术，对工业装备的健康状况进行诊断和预测，提前发现潜在故障和预测设备寿命，所述多维度能效分析模块对工业装备的能耗进行多维度分析，通过数据分析和模型建立，提供能效优化的建议和决策支持。
优选的，所述故障报警与远程监控模块通过监控系统对工业装备进行实时状态监测，一旦发现异常或故障情况，及时发出报警信号，并支持远程监控和远程操作，所述报表与可视化展示模块通过可视化方式展示工业装备的运行状态、维护记录和能效指标信息，生成各类报表和图表，便于用户进行数据分析和决策。
优选的，所述设备档案管理模块包括设备采购管理单元、设备部署管理单元、设备监控管理单元和设备报废管理单元。
优选的，所述设备采购管理单元用于帮助企业管理设备采购的流程和信息，包括设备需求的收集、供应商的选择、报价的比较和合同的签订，所述设备部署管理单元用于帮助企业管理设备部署的流程和信息，包括设备的入库、配置、测试和上线，所述设备监控管理单元用于帮助企业实时监控设备的状态和性能，包括设备的运行时间、运行状态、网络连接和负载情况，所述设备报废管理单元用于帮助企业管理设备报废的流程和信息，包括设备的检测、评估、处理和回收。
优选的，所述多维度能效分析模块包括多为感知融合终端、多维数据实时采集单元和边缘计算单元，所述多维数据实时采集单元用于对装备质量数据、工艺数据、生产统计数据、设备数据和能耗数据的采集。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明提供了一种工业装备全生命周期管理及多维度能效分析系统，具备以下有益效果：
该工业装备全生命周期管理及多维度能效分析系统，能够更全面地考虑多个因素,从而做出更准确的决策，它能够综合利用各个维度的信息，充分发挥不同维度的优势,避免了单一维度决策算法的局限性，同时，多维融合的算法还能够提高决策的灵活性和适应性,能够更好地应对复杂多变的决策环境，帮助企业实现设备管理，提高设备的可靠性、可用性、安全性和经济性。
附图说明
图1为本发明的系统结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例和附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，包括设备档案管理模块、设备监测与数据采集模块、数据存储与处理模块、设备维护管理模块、设备健康诊断与预测模块、多维度能效分析模块、故障报警与远程监控模块和报表与可视化展示模块。
在实施例中，设备监测与数据采集模块通过传感器和数据采集卡实时采集工业装备的运行数据，运行数据包括温度、压力、电流和振动参数，具体包括以下步骤：
S1、利用多个传感器分布在不同位置的网络来实时采集目标区域的温度、压力、电流和振动参数数据；
S2、使用具有多个输入通道的数据采集卡，可以同时从多个传感器或数据源采集数据；
S3、使用实时数据流处理框架Apache Kafka，对来自多个数据源的数据进行快速、实时的处理和分析；
S4、将来自不同数据源和不同通道的数据进行融合和校正，以消除数据源之间的差异和偏差。
在实施例中，数据存储与处理模块用于存储和处理采集到的工业装备数据，工业装备数据包括数据清洗、异常检测、数据聚合和压缩。
在实施例中，设备维护管理模块用于计划和管理工业装备的维护任务，维护任务包括预防性维护、故障维修和备件管理,且维护任务根据工作量和时间进行维护资源的合理规划和分配
在实施例中，设备健康诊断与预测模块基于采集到的数据和分析技术，通过时间序列分析方法对工业装备的健康状况进行诊断和预测，提前发现潜在故障和预测设备寿命，具体包括以下步骤：
S1、对收集到的时间序列数据进行探索性分析，包括数据可视化、统计描述和周期性分析，以了解数据的分布、趋势和季节性；
S2、使用单位根检验等方法判断时间序列数据是否平稳，如果数据不平稳，需要进行差分或其他方法来实现平稳化；
S3、根据数据的特征，选择自回归积分移动平均模型，对数据进行拟合和参数估计；
S4、对拟合的模型进行残差分析和模型诊断，包括检查残差的平稳性、正态性和自相关性；
S5、使用拟合的时间序列模型进行预测，预测未来的设备状态或参数值；
S6、将预测结果与设备的正常工作范围进行比较，判断设备的健康状况，如果预测结果超出了正常范围，可能表示设备存在异常或故障；
S7、根据预测结果提前发现潜在的故障，并采取相应的维修措施。
在实施例中，多维度能效分析模块对工业装备的能耗进行多维度分析，通过数据分析和模型建立，提供能效优化的建议和决策支持，多维度能效分析模块包括多为感知融合终端、多维数据实时采集单元和边缘计算单元，多维数据实时采集单元用于对装备质量数据、工艺数据、生产统计数据、设备数据和能耗数据的采集，具体包括以下步骤：
S1、特征选择和提取：从不同数据源中选择具有预测能力的特征，并通过特征提取方法将这些特征转化为更高维度、更有代表性的特征，以提供更可靠的预测依据；
S2、数据对齐和融合：将不同维度的数据进行对齐和融合，将它们统一到相同的时间、空间或其他相关维度上，以实现数据的一致性和可比性；
S3、建模与算法选择：根据预测目标和数据特性选择BP神经网络模型算法；
S4、权重分配和集成学习：对于多个预测模型或算法结果，可以通过权重分配和集成学习的方法将它们综合起来，得到更准确的预测结果；
S5、环境监测与反馈：对预测模型的输出结果进行环境监测和反馈，通过实际观测结果对模型进行校准和调整，以提高预测的准确性和稳定性；
S6、不确定性评估和风险分析：对预测结果进行不确定性评估和风险分析，包括误差范围估计和概率分布分析，以提供更全面的预测信息和决策支持。
在实施例中，BP神经网络即反向传播神经网络由一个输入层、一个隐藏层和一个输出层组成，多层的网络体系结构使得信息的输出更加准确，通过改进蚁群算法、改进粒子群算法、启发萤火虫算法和改进烟花算法，BP神经网络数据融合算法，优化了BP神经网络的拓扑结构、权值和阈值,有效地减少了冗余数据传输，提高了融合的精度和收敛速度,改善了数据融合算法的性能。
在实施例中，故障报警与远程监控模块通过监控系统对工业装备进行实时状态监测，一旦发现异常或故障情况，及时发出报警信号，并支持远程监控和远程操作。
在实施例中，报表与可视化展示模块通过可视化方式展示工业装备的运行状态、维护记录和能效指标信息，生成各类报表和图表，便于用户进行数据分析和决策，包括以下四种方式：
1)显示屏：使用大型显示屏或电视墙来展示实时的工业装备运行状态、维护记录和能效指标信息；
2)智能手机和平板电脑：通过在智能手机或平板电脑上安装适当的应用程序或网页，以可视化方式展示工业装备的的运行状态和能效指标关键信息；
3)使用专业的数据可视化软件Tableau，将工业装备的运行状态、维护记录和能效指标信息转换为图表、仪表盘和报表形式进行展示；
4)云平台和远程监控系统：通过将工业装备的数据上传到云平台或远程监控系统，可以通过网页或移动应用程序以可视化方式展示装备的运行状态和能效指标信息。
在实施例中，设备档案管理模块包括设备采购管理单元、设备部署管理单元、设备监控管理单元和设备报废管理单元，其中，设备采购管理单元用于帮助企业管理设备采购的流程和信息，包括设备需求的收集、供应商的选择、报价的比较和合同的签订，设备部署管理单元用于帮助企业管理设备部署的流程和信息，包括设备的入库、配置、测试和上线，设备监控管理单元用于帮助企业实时监控设备的状态和性能，包括设备的运行时间、运行状态、网络连接和负载情况，设备报废管理单元用于帮助企业管理设备报废的流程和信息，包括设备的检测、评估、处理和回收。
在实施例中，设备采购管理单元通过使用表格、表单和流程图方式实现，根据企业的需求进行定制；设备部署管理单元通过使用二维码和RFID技术实现设备的快速识别和定位，提高设备部署的效率和准确性；设备监控管理单元使用SNMP技术实现设备的监控和诊断和设备监控的告警和报警，及时发现设备故障和异常，提高设备管理的响应速度和效率；设备报废管理单元通过使用流程图、表格和图表方式实现设备报废的计划和执行，根据设备的类型、使用时间、维修历史和报废价值信息，进行决策和分析，实现设备报废的自动化。
综上所述，该工业装备全生命周期管理及多维度能效分析系统，能够更全面地考虑多个因素,从而做出更准确的决策，它能够综合利用各个维度的信息，充分发挥不同维度的优势,避免了单一维度决策算法的局限性，同时，多维融合的算法还能够提高决策的灵活性和适应性,能够更好地应对复杂多变的决策环境，帮助企业实现设备管理，提高设备的可靠性、可用性、安全性和经济性。
本系统中涉及到的相关模块均为硬件系统模块或者为现有技术中计算机软件程序或协议与硬件相结合的功能模块，该功能模块所涉及到的计算机软件程序或协议的本身均为本领域技术人员公知的技术，其不是本系统的改进之处；本系统的改进为各模块之间的相互作用关系或连接关系，即为对系统的整体的构造进行改进，以解决本系统所要解决的相应技术问题。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种工业装备全生命周期管理及多维度能效分析系统，其特征在于，包括设备档案管理模块、设备监测与数据采集模块、数据存储与处理模块、设备维护管理模块、设备健康诊断与预测模块、多维度能效分析模块、故障报警与远程监控模块和报表与可视化展示模块。
2.根据权利要求1所述的一种工业装备全生命周期管理及多维度能效分析系统，其特征在于，所述设备监测与数据采集模块通过传感器和数据采集卡实时采集工业装备的运行数据，所述运行数据包括温度、压力、电流和振动参数。
3.根据权利要求1所述的一种工业装备全生命周期管理及多维度能效分析系统，其特征在于，所述数据存储与处理模块用于存储和处理采集到的工业装备数据，所述工业装备数据包括数据清洗、异常检测、数据聚合和压缩，所述设备维护管理模块用于计划和管理工业装备的维护任务，所述维护任务包括预防性维护、故障维修和备件管理,且维护任务根据工作量和时间进行维护资源的合理规划和分配。
4.根据权利要求1所述的一种工业装备全生命周期管理及多维度能效分析系统，其特征在于，所述设备健康诊断与预测模块基于采集到的数据和分析技术，对工业装备的健康状况进行诊断和预测，提前发现潜在故障和预测设备寿命，所述多维度能效分析模块对工业装备的能耗进行多维度分析，通过数据分析和模型建立，提供能效优化的建议和决策支持。
5.根据权利要求1所述的一种工业装备全生命周期管理及多维度能效分析系统，其特征在于，所述故障报警与远程监控模块通过监控系统对工业装备进行实时状态监测，一旦发现异常或故障情况，及时发出报警信号，并支持远程监控和远程操作，所述报表与可视化展示模块通过可视化方式展示工业装备的运行状态、维护记录和能效指标信息，生成各类报表和图表，便于用户进行数据分析和决策。
6.根据权利要求1所述的一种工业装备全生命周期管理及多维度能效分析系统，其特征在于，所述设备档案管理模块包括设备采购管理单元、设备部署管理单元、设备监控管理单元和设备报废管理单元。
7.根据权利要求6所述的一种工业装备全生命周期管理及多维度能效分析系统，其特征在于，所述设备采购管理单元用于帮助企业管理设备采购的流程和信息，包括设备需求的收集、供应商的选择、报价的比较和合同的签订，所述设备部署管理单元用于帮助企业管理设备部署的流程和信息，包括设备的入库、配置、测试和上线，所述设备监控管理单元用于帮助企业实时监控设备的状态和性能，包括设备的运行时间、运行状态、网络连接和负载情况，所述设备报废管理单元用于帮助企业管理设备报废的流程和信息，包括设备的检测、评估、处理和回收。
8.根据权利要求1所述的一种工业装备全生命周期管理及多维度能效分析系统，其特征在于，所述多维度能效分析模块包括多为感知融合终端、多维数据实时采集单元和边缘计算单元，所述多维数据实时采集单元用于对装备质量数据、工艺数据、生产统计数据、设备数据和能耗数据的采集。
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