專利名稱：氣壓沉箱設備性能檢測系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種測量技術領域的檢測系統(tǒng)，特別是一種氣壓沉箱設備性 能檢測系統(tǒng)。
背景技術：
傳統(tǒng)的設備性能提取方法一般是通過在一臺或少數幾臺設置傳感器對某幾個 關鍵參數進行實時監(jiān)測，利用這些傳感器得到的信息對一臺或少數幾臺設備進行 性能評估、測試。這種方法目前仍廣泛應用，這種方法的缺點是同類設備互相之 間信息不共享、單臺設備的信息量較少，參數估計樣本不足，效果較差。而實際 生產中， 一般一個公司可能有多個工地在同時施工，并且各個工地的工況環(huán)境類 似、使用的設備相似。這些設備的工作時間、負荷強度、操作工人的操作水平也 大致類似。而這些因素又直接決定設備的性能和健康狀況。但是，由于傳統(tǒng)的智 能維護技術一般是采用人工智能的方法，如神經網絡、遺傳算法等。這些傳統(tǒng)智 能維護技術一般首先根據實驗樣本提取影響設備性能的因素進行量化分析，然后 用這些因素對網絡進行訓練，在訓練成功之后，利用網絡對單臺設備輸入的信息 進行判斷，給出設備性能結果。這些技術沒有涉及到多臺設備，沒有考慮到設備 在不同工作場景下的對設備性能的影響，因而不能較好的反映設備工作性能。所 以，這種方法不能充分利用分布在不同場合或相同場合下工作的多臺設備提供的 豐富的信息，這種不足有待改進和提高。
中國發(fā)明專利為申請?zhí)?00510025059. 7,名稱為 一種氣壓沉箱無人化施工 設備遠程監(jiān)控及維護系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用神經網絡加遺傳算法對設備性能進行預診 斷，該方法不能充分利用多設備、海量信息對氣壓沉箱設備進行群體智能維護， 誤判時有發(fā)生。日本發(fā)明專利(專利號62133216)公布了一種沉箱挖掘機維護的 發(fā)明，該發(fā)明側重對維修工人的保護。該發(fā)明也沒有對包括挖掘機在內的施工設備 性能狀態(tài)進行在線監(jiān)測，起不到預防的效果，更沒有多設備、群體性智能監(jiān)測、 診斷。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種氣壓沉箱設備性能檢測系統(tǒng)， 為大規(guī)模、多工作場地、群體性作業(yè)設備群提供設備檢測，提高對設備性能進行 預診斷的準確性和實時性，以避免設備突然損壞造成的停工、停產甚至帶來的安 全問題，從而提高工作效率和保證施工安全。
本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括工作節(jié)點模塊、服務器模 塊、群體智能橫向性能比較模塊、人機交互模塊。工作節(jié)點模塊利用設置在設備 上的傳感器對設備的工作狀態(tài)、健康特征進行數據采集和處理，將處理后的信息 送入服務器模塊的數據庫。服務器模塊為所有類型的工作節(jié)點建立群體類數據庫， 對工作節(jié)點傳來的數據進行保存、管理，為群體智能橫向性能比較模塊提供工作 節(jié)點信息，并將群體智能橫向性能模塊診斷的信息存入到相應的工作節(jié)點數據庫 中。群體智能性能橫向比較模塊利用服務器模塊上同類工作節(jié)點的數據庫信息， 使用蟻群算法對工作節(jié)點的設備進行群體智能橫向比較、測試，從而得出各個工 作節(jié)點設備的性能狀況，并將信息存入到服務器模塊中。人機交互模塊通過與服 務器模塊的交互實現(xiàn)對數據庫中工作節(jié)點的建立提供必要的信息、為工作節(jié)點的 維護提供接口 ，并提供報警和對工作節(jié)點性能和健康狀況的査詢。
所述的工作節(jié)點模塊包括傳感器和信息采集處理模塊，傳感器采集與設備工 作性能有關的信號，并將這些信號送入信息采集處理模塊，信息采集處理模塊對 傳感器采集的的模塊進行濾波、降維、時頻分析，提取出設備相關的監(jiān)測指標參 數，并將這些參數GPRS無線網和路由器送到服務器，存入到相應的工作節(jié)點數據 庫中。
所述的服務器模塊包括各類型的工作節(jié)點數據庫(如挖掘機數據庫、壓縮機 數據庫、皮帶機數據庫、起重機數據庫等)，每個工作節(jié)點數據庫保存該類型所有 工作節(jié)點的常規(guī)信息(如名稱、類型、工作時間、場地等)、工作參數信息(如挖 掘機的某個時間所受的力、溫度、油壓等)和設備性能信息(如預計損壞時間、 預計損壞部件、維護建議等)。服務器模塊接收工作節(jié)點傳來的設備監(jiān)測指標參數 信息和群體智能橫向比較模塊的設備測試性能信息。服務器模塊為設備性能橫向 比較模塊提供工作節(jié)點信息和設備性能歷史信息。服務器模塊接受人機交互模塊 的查詢，并可由人機交互模塊控制實現(xiàn)數據庫中工作節(jié)點的常規(guī)信息的編輯、維護。
所述的設備性能橫向比較模塊從服務器模塊讀取工作節(jié)點數據庫中的工作節(jié) 點參數信息和歷史性能信息，采用改進的蟻群算法測試出設備性能和健康狀況， 并將設備性能和健康狀況數據存入到服務器的工作節(jié)點數據庫中。使用改進的蟻 群算法進行橫向性能比較時，首先將數據進行規(guī)一化處理，然后對每種類型的工 作節(jié)點用蟻群算法計算出所有模式的中心，然后對單個的工作節(jié)點，計算其對每 種模式的距離，并將這些距離信息轉化為性能指標和健康參數，并存入的服務器 模塊中。群體智能橫向性能比較模塊充分利用大量同類設備的信息，利用先進的 蟻群算法對設備群體進行整體分析，然后再對個體設備與整體分析的結果進行對 比，這極大的提高了設備測試的精度和可靠性。
所述的人機交互模塊從服務器模塊中實時讀取工作節(jié)點性能和健康狀況，如 果超過設定閾值，則控制報警電路進行報警。人機交互模塊接受用戶的輸入，通 過internet網絡實現(xiàn)對服務器模塊工作節(jié)點數據庫的建立、初始化、編輯、刪除 等維護。人機交互模塊接受用戶的査詢，實現(xiàn)對服務器模塊中數據的各種査詢。
本發(fā)明的系統(tǒng)通過對工作節(jié)點設備的進行群體智能橫向性能評估和測試，預 防了故障的發(fā)生，通過網絡和數據庫技術，實現(xiàn)了系統(tǒng)集成。采用改進的蟻群算 法對工作節(jié)點群體聚類分析然后進行單臺性能評估和測試，極大的提高了設備預 診斷的精度和或靠性，保障和氣壓沉箱施工安全，降低了生產成本，提高了工作 效率。為企業(yè)的設備維護和管理提供了一種有效的手段，從而提高了企業(yè)的競爭 力。


圖1本發(fā)明結構框圖
具體實施例方式
下面結合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細說明本實施例在以本發(fā)明技術方案 為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護 范圍不限于下述的實施例。
如圖1所示，本實施例包括工作節(jié)點模塊、服務器模塊、群體智能性能橫向
比較模塊和人機交互模塊。工作節(jié)點模塊輸出通過GPRS的無線路由與服務器模塊 相連；服務器模塊與群體智能性能橫向比較模塊互連；群體智能性能橫向比較模
6塊讀取服務器模塊的工作節(jié)點當前工作參數和工作性能歷史信息。服務器模塊還 與人機交互模塊相連;人機交互模塊通過internet網絡讀取服務器中的設備性能、 健康狀況信息，并可由用戶控制對服務器進行維護和査詢。
1、 工作節(jié)點模塊，工作節(jié)點模塊有多種類型的設備組成，每個工作節(jié)點對應 一臺設備。每個工作節(jié)點包括傳感器模塊和傳感器信號采集處理模塊，傳感器模 塊采集設備的工作狀況和性能指標參數，并將這些信號送到傳感器信號采集處理 模塊；傳感器信號采集處理模塊對采集到的信號進行實時降噪、濾波、時頻分析、 降維處理，得到設備性能監(jiān)測指標參數。并將這些參數送到服務器模塊工作節(jié)點 數據庫中。
2、 服務器模塊，服務器模塊有多個工作節(jié)點類型數據庫，包括挖掘機工作、 皮帶機數據庫、起重機數據庫、壓縮機數據庫和其他由用戶建立的工作節(jié)點數據 庫，這些數據庫存放整個系統(tǒng)中所有工作節(jié)點設備的所有信息。服務器模塊通過 GPRS無線網和路由器與工作節(jié)點模塊相連；服務器模塊與群體智能橫向性能比較 模塊通過網絡相連，為群體智能性能橫向比較模塊進行預診斷運算提供所需的設 備工作狀況信息和歷史性能信息；服務器模塊與人機交互模塊通過internet網絡 相連。服務器模塊采用SQL server技術，利用.Net建立。采用服務器-客戶機工 作模式。
3、 群體智能橫向性能比較模塊，群體智能橫向性能比較模塊包括各種類型的 工作設備群體智能性能橫向比較算法模塊，對每種工作節(jié)點，群體智能性能橫向 比較模塊首先利用所有該類型工作節(jié)點中所有參數信息和歷史性能信息建立螞蟻 群體。將這些信息根據事先設定的權值進行規(guī)一化，以便進行統(tǒng)一計算。初始化 各參數(最大循環(huán)數、蟻群數量、半徑、相似度閾值、閾值調整系數)；對待聚類 模式進行主成分分析，保留前幾個主要成分，并對其進行一系列的處理，作為每 個模式投影到二維網格平面上。利用先驗信息給定一組螞蟻初始模式值，并且把 模式的坐標賦給螞蟻，將螞蟻初始狀態(tài)設定為無負載。然后進行循環(huán)運算，當達 到最大循環(huán)次數時，結束循環(huán)，從而計算出每個聚類模式的中心值。最后，對每 一個工作節(jié)點，利用其工作參數信息計算出該工作節(jié)點到各個聚類模式的距離， 并將這些計算出的距離數值利用先驗訓練網絡轉換成工作節(jié)點的設備性能信息， 將這些信息參數存入到服務器模塊相應的該工作節(jié)點的數據庫中。群體智能橫向比較模塊利用C語言運算速度快的優(yōu)勢，采用多線程技術實現(xiàn)，該模塊運算量大， 對計算機性能要求較高。
4、人機交互模塊，包括報警模塊、査詢模塊、維護模塊；人機交互模塊中的 報警模塊實時讀取服務器中每臺工作節(jié)點的性能信息，若超過事先設定的閾值則 進行報警。查詢模塊根據用戶的指令對某臺或多臺設備性能當前或歷史健康狀況 進行査詢。維護模塊主要包括新增工作節(jié)點操作、刪除工作節(jié)點操作、新增工作 節(jié)點數據庫操作和刪除工作節(jié)點數據庫操作。每添加到系統(tǒng)一臺新的設備及一個 工作節(jié)點，要通過人機交互模塊在服務器模塊上建立相應的同類型的工作節(jié)點數 據庫中建立該工作節(jié)點的數據卡片。如果還沒有該種工作節(jié)點類型的數據庫，則
先建立該種工作節(jié)點數據庫然后再往該數據庫中添加該工作節(jié)點數據庫。要刪除 一個工作節(jié)點或一個工作節(jié)點數據庫也是通過維護模塊進行。
本實施例基于群體智能的氣壓沉箱橫向性能比較系統(tǒng)，能實現(xiàn)對施工設備的 在線性能監(jiān)控，并進行智能維護，對提高沉箱施工效率，保證沉箱施工安全設備， 解決了工程技術中的實際問題。
權利要求
1、一種氣壓沉箱設備性能檢測系統(tǒng)，其特征在于包括工作節(jié)點模塊、服務器模塊、群體智能橫向性能比較模塊、人機交互模塊，其中工作節(jié)點模塊利用設置在設備上的傳感器對設備的工作狀態(tài)、健康特征進行數據采集和處理，將處理后的信息送入服務器模塊的數據庫；服務器模塊為所有類型的工作節(jié)點建立群體類數據庫，對工作節(jié)點傳來的數據進行保存、管理，為群體智能橫向性能比較模塊提供工作節(jié)點信息，并將群體智能橫向性能模塊診斷的信息存入到相應的工作節(jié)點數據庫中；群體智能性能橫向比較模塊利用服務器模塊上同類工作節(jié)點的數據庫信息，使用蟻群算法對工作節(jié)點的設備進行群體智能橫向比較、測試，從而得出各個工作節(jié)點設備的性能狀況，并將信息存入到服務器模塊中；人機交互模塊通過與服務器模塊的交互實現(xiàn)對數據庫中工作節(jié)點的建立提供信息、為工作節(jié)點的維護提供接口，并提供報警和對工作節(jié)點性能和健康狀況的查詢。
2、 如權利要求1所述的氣壓沉箱設備性能檢測系統(tǒng)，其特征是，所述的工作 節(jié)點模塊包括傳感器和信息采集處理模塊，傳感器釆集與設備工作性能有關的信 號，并將這些信號送入信息采集處理模塊，信息采集處理模塊對傳感器采集的的 模塊進行濾波、降維、時頻分析，提取出設備相關的監(jiān)測指標參數，并將這些參 數GPRS無線網和路由器送到服務器，存入到相應的工作節(jié)點數據庫中。
3、 如權利要求1所述的氣壓沉箱設備性能檢測系統(tǒng)，其特征是，所述的服務 器模塊有多個工作節(jié)點類型數據庫，包括挖掘機工作、皮帶機數據庫、起重機數據庫、壓縮機數據庫和由用戶建立的工作節(jié)點數據庫，這些數據庫存放整個系統(tǒng) 中所有工作節(jié)點設備的所有信息，服務器模塊通過GPRS無線網和路由器與工作節(jié) 點模塊相連，服務器模塊與群體智能橫向性能比較模塊通過網絡相連，為群體智 能性能橫向比較模塊進行預診斷運算提供所需的設備工作狀況信息和歷史性能信 息，服務器模塊與人機交互模塊通過internet網絡相連。
4、 如權利要求1所述的氣壓沉箱設備性能檢測系統(tǒng)，其特征是，所述的設備 性能橫向比較模塊從服務器模塊讀取工作節(jié)點數據庫中的工作節(jié)點參數信息和歷 史性能信息，采用改進的蟻群算法測試出設備性能和健康狀況，并將設備性能和健康狀況數據存入到服務器的工作節(jié)點數據庫中，使用改進的蟻群算法進行橫向 性能比較時，首先將數據進行規(guī)一化處理，然后對每種類型的工作節(jié)點用蟻群算 法計算出所有模式的中心，然后對單個的工作節(jié)點，計算其對每種模式的距離， 并將這些距離信息轉化為性能指標和健康參數，并存入的服務器中，群體智能橫 向性能比較模塊充分利用大量同類設備的信息，利用先進的蟻群算法對設備群體 進行整體分析，然后再對個體設備與整體分析的結果進行對比。
5、如權利要求1所述的氣壓沉箱設備性能檢測系統(tǒng)，其特征是，所述的人機 交互模塊包括三個模塊報警模塊、查詢模塊和維護模塊；報警模塊實時讀取服 務器模塊各工作節(jié)點的信息，如果超過設定閾值，則進行報警；査詢模塊接受用 戶的指令讀取相應工作節(jié)點的各種信息；維護模塊根據用戶的指令，為相應的工 作節(jié)點建立新的卡片，或刪除工作節(jié)點、新建工作節(jié)點數據庫，或刪除工作數據 庫。
全文摘要
本發(fā)明涉及的是一種測量技術領域的氣壓沉箱設備性能檢測系統(tǒng)，其中工作節(jié)點模塊對工作節(jié)點進行數據實時采集，信號采集處理模塊將這些數據轉換為工作節(jié)點的實時工作參數，將這些實時工作參數存入到服務器模塊中；服務器模塊將當前和歷史數據送往群體智能橫向性能比較模塊，以及人機交互模塊；群體智能橫向性能比較模塊測試出工作節(jié)點的性能和健康狀況，將這些參數送往服務器模塊中。人機交互模塊接受用戶的請求從服務器模塊中讀取工作節(jié)點的信息，還向服務器模塊輸入數據。本發(fā)明提高對設備性能進行預診斷的準確性和實時性，避免設備突然損壞造成的停工、停產甚至帶來的安全問題，提高工作效率和保證施工安全。
文檔編號G01M19/00GK101464224SQ200910045408
公開日2009年6月24日 申請日期2009年1月15日 優(yōu)先權日2009年1月15日
發(fā)明者蕾 張, 曹其新, 李寶順, 王忠巍 申請人:上海交通大學