(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111546853.1 (22)申请日 2021.12.16 (71)申请人 连云港杰瑞自动化有限公司 地址 222069 江苏省连云港市经济技 术开 发区宋跳高新 技术园区 (72)发明人 胡旭杰　王巍　朱孔浩　陈睿　 刘婷　陈一鸣　何宜瑞　张晓　 王天东　王涛　 (74)专利代理 机构 南京理工大 学专利中心 32203 代理人 朱炳斐 (51)Int.Cl. G06Q 10/04(2012.01) G06Q 10/00(2012.01) G06N 3/08(2006.01)B67D 9/02(2010.01) (54)发明名称 适用于船用装卸臂的安全运维预测系统及 方法 (57)摘要 本发明公开了一种适用于船用装卸臂的安 全运维预测系统及方法， 系统包括： 设备健康状 态监测子系统， 用于获取设备装卸臂工作参数及 作业环境等动态和静态数据； 设备 故障诊断与预 测子系统， 用于获取故障信息， 在线故障诊断， 故 障风险预警与寿命预测； 设备维保管理子系统， 用于自动调用潜在故障维修作业指导手册和规 范标准， 制定安全维护计划表， 对设备进行故障 维修及预测性检修； 设备安全运维知识库子系 统， 用于存储与调用采集、 诊断和预测数据， 管理 设备相关的知识。 本发明通过对 船用装卸臂进行 数据监测和分析预测， 有效保证装卸臂的工作性 能， 解决了船用装卸臂运维管理功能缺失的问 题， 提升了数字化和智能化水平。 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 CN 114298384 A 2022.04.08 CN 114298384 A 1.一种适用于船用装卸臂的安全运维预测系统， 其特征在于， 所述系统包括设备健康 状态监测子系统， 故障诊断与预警子系统， 维保管理子系统和知识库子系统； 所述健康状态监测子系统， 用于采集装卸臂工作过程及作业环境的动态数据和静态数 据， 记录、 分析装卸臂作业历史安全数据， 进行 可视化显示， 便 于查询、 分析和预测； 所述故障诊断与预警子系统， 用于根据采集的数据建立报警预警模型， 实现装卸臂作 业过程中的故障诊断与预警； 所述维保管理子系统， 用于根据报警预警模型， 调用潜在故障维修作业指导手册和规 范标准， 制定安全维护计划表， 对设备进 行故障维修及预测性检修， 制定执行安全运 维检修 及日常点巡检 计划， 管理备品备件领用情况并发送维修数据至知识库内； 所述知识库子系统， 用于采集数据、 诊断数据、 预测数据的存储与调用， 管理设备相关 的使用说明书、 作业指导书、 验收报告、 培训资料、 维修经验知识。 2.根据权利要求1所述的适用于船用装卸臂的安全运维预测系统， 其特征在于， 所述健 康状态监测子系统包括三大核心部件监测模块、 液压系统监测模块、 电气系统监测模块、 生 产溯源监测模块和工作环境监测模块； 所述三大核心部件包括快速连接装置、 紧急脱离装 置和旋转接 头。 3.根据权利要求2所述的适用于船用装卸臂的安全运维预测系统， 其特征在于， 所述健 康状态监测子系统包括数据采集模块， 用于采集装卸臂工作过程及作业环境的动态数据和 静态数据， 并对 数据进行等级分级； 该模块包括接近开关， 角度编码 器， 流量开关， 位移传感 器， 温度传感器， 压力传感器， 光电传感器， 限位开关， 用于采集天气、 气压、 温度、 风级、 角 度、 流量、 油位、 油压、 旋转次数、 移动距离、 工作时长参数， 这些参数作为输入端信号经PLC 控制器后传输 到健康状态监测子系统中的后续处 理模块。 4.根据权利要求1所述的适用于船用装卸臂的安全运维预测系统， 其特征在于， 所述故 障诊断与预警系统基于专家系统对装卸臂运行状态进 行分析学习， 设置正常工作参数关联 阈值， 对超出关联阈值的工作参数进行在线故障诊断， 故障影响分析， 发出报警讯息； 自适 应提取过程数据趋势特征， 对呈现非平稳趋势的过程变量进行智能识别， 通过计算预测数 据与样本数据对应特征量的相似程度确定参考剩余使用寿命与权重， 完成劣化趋势与寿命 预测。 5.根据权利要求4所述的适用于船用装卸臂的安全运维预测系统， 其特征在于， 所述故 障影响分析具体采用FEMA方法， 对装卸臂故障模式和影响进 行分析， 建立 故障诊断数据库， 对装卸臂各分部 分的设备进 行风险评估， 以确定设备的关键等级， 评估内容有故障单元、 故 障类型、 故障原因、 故障影响和检测方法。 6.根据权利要求1所述的适用于船用装卸臂的安全运维预测系统， 其特征在于， 所述安 全维护计划表包括 维护任务、 位置信息、 检修方式、 检修时间、 检修结果以及检修人员， 完成 维保任务后， 维保人员需在系统内确认任务单； 所述确认任务单包括单一确认任务单和批 量确认任务单功能。 7.根据权利要求1所述的适用于船用装卸臂的安全运维预测系统， 其特征在于， 所述知 识库子系统自动存储安全运维预测系统数据文件， 上传各种格式文档 资料， 并能根据输入 关键词通过 “全文检索 ”算法搜索相关文件资料； 该系统有 文件预览功能和下 载阅读功能。 8.基于权利要求1至7任意一项所述适用于船用装卸臂的安全运维预测系统 的方法， 其权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114298384 A 2特征在于， 所述方法包括以下步骤： 步骤1:在装卸臂及其附属设备上安装数据采集模块， 采集装卸臂动态数据、 静态数据 等工作数据以及作业环境信息； 步骤2： 将装卸臂及其附属设备工作运行监测数据作为有效样本数据输入值， 对这些数 据进行预处理操作， 之后存 入专家系统数据存 储数据库内； 步骤3： 基于数据库中的数据， 采用ReLu激励函数的bp神经网络算法进行神经网络算法 模型训练， 获得专 家系统预测模型； 步骤4： 结合专家系统和工作参数， 设定工作阈值， 若实际工作数据超出设定的工作阈 值， 则判断装卸臂工作异常， 发出报警信息， 反 之， 则重复本步骤； 步骤5： 结合工作数据和报 警数据， 基于专家系统预测模型对装卸臂运行状态及 劣化趋 势进行有效预测， 对 装备寿命进行 预警； 步骤6： 基于上述步骤指令信息， 调用潜在故障维修作业指导手册和规范标准， 制定安 全维护计划表， 对设备进行故障维修及预测性检修， 将相关数据存 入知识库。 9.根据权利要求8所述的方法， 其特征在于， 步骤1中所述预处理具体为对数据缺失值 进行填充， 若缺失值区间大于10％， 则直接舍弃该组数据值； 若缺失值区间少于10％， 采用 局部线性拟合的方式对缺失值进行填充， 进行线性拟合时引入权值， 拟合点的相邻的数据 的权值增加， 远离的数据的权值减小或者消除， 取所在组当前缺 失值前后数据各5％分别编 号， 采用线性回归的方式对样本进行拟合， 输入缺失值样 本编号， 输出对应拟合直线 上值即 为当前样本填充值。 10.根据权利要求7所述的方法， 其特征在于， 步骤2中预处理之后还包括进行灰色关联 分析， 步骤如下： A)采用初值 化法对数据进行 无量纲化处 理； B)对特征数据于参 考数据进行差值 运算； C)根据差值 运算结果进行关联系数计算； D)根据关联系数对指标 特征进行关联度计算。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114298384 A 3