基于狀態(tài)監(jiān)測的港口機(jī)械設(shè)備維修策略

唐琦

摘 要：隨著現(xiàn)代社會(huì)市場經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，港口流量規(guī)模日益增加，港口機(jī)械設(shè)備面臨更大的生產(chǎn)作業(yè)壓力，為了保證機(jī)械設(shè)備的良好運(yùn)轉(zhuǎn)，工作人員要借助現(xiàn)代技術(shù)對(duì)機(jī)械設(shè)備展開狀態(tài)監(jiān)測，依據(jù)狀態(tài)監(jiān)測結(jié)果明確維修方向與計(jì)劃，借助狀態(tài)監(jiān)測平臺(tái)的數(shù)據(jù)分析決策獲取最優(yōu)維修策略，從而提升港口機(jī)械設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)管理與維修水平，促使機(jī)械設(shè)備始終處于良好運(yùn)行狀態(tài)中，滿足港口作業(yè)需求。本文簡要分析了港口機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測平臺(tái)構(gòu)成與功能，對(duì)基于狀態(tài)監(jiān)測平臺(tái)的港口機(jī)械設(shè)備維修策略進(jìn)行深入探究。

關(guān)鍵詞：狀態(tài)監(jiān)測;港口機(jī)械設(shè)備;維修

近兩年，越來越多的現(xiàn)代技術(shù)被運(yùn)用于港口碼頭，港口作業(yè)自動(dòng)化進(jìn)程加快，大量人工作業(yè)被自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備所取代?；诖朔N背景，傳統(tǒng)的人工巡檢也無法滿足自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備運(yùn)行需求，不利于提升港口機(jī)械設(shè)備的作業(yè)效率，這就需要一種更具智能化、自動(dòng)化的狀態(tài)監(jiān)測平臺(tái)，實(shí)時(shí)監(jiān)測港口機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行情況，獲取運(yùn)行數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)分析、模擬建模、劣化模擬、精準(zhǔn)計(jì)算等方法，掌握港口機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)運(yùn)行異常問題，為工作人員的設(shè)備維護(hù)、維修管理提供策略支持。借助港口監(jiān)測平臺(tái)，工作人員能夠更好的掌握機(jī)械設(shè)備運(yùn)行過程，在出現(xiàn)運(yùn)行異常時(shí)及時(shí)采取維修措施，在極大程度上提升了港口作業(yè)的自動(dòng)化水平，為港口作業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展提供支持[1]。

一、港口機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測平臺(tái)構(gòu)成與功能

現(xiàn)代社會(huì)港口作業(yè)自動(dòng)化水平較高，存在大量不同的機(jī)械設(shè)備，傳統(tǒng)的人工巡檢無法滿足大量不同機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)測與維修需求，因此，工作人員根據(jù)不同類型機(jī)械設(shè)備及其運(yùn)行特點(diǎn)，引入了兩種不同的狀態(tài)監(jiān)測機(jī)構(gòu)，包括：固定式狀態(tài)監(jiān)測、流動(dòng)式狀態(tài)監(jiān)測，構(gòu)建一個(gè)狀態(tài)監(jiān)測平臺(tái)[2]。

（一）固定式狀態(tài)監(jiān)測機(jī)構(gòu)構(gòu)成與功能

固定式狀態(tài)監(jiān)測機(jī)構(gòu)就是在港口機(jī)械設(shè)備位置搭建特定位置的監(jiān)測設(shè)備，連接狀態(tài)監(jiān)測平臺(tái)，通過實(shí)時(shí)獲取該位置的機(jī)械設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)與情況，滿足港口工作人員的工作需求。固定式狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)，是采用網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、仿真技術(shù)，將狀態(tài)監(jiān)測功能與管理功能相融合，突破傳統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)與管理軟件局限，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了設(shè)備監(jiān)測、設(shè)備管理一體化的目標(biāo)。在監(jiān)測平臺(tái)中，固定式狀態(tài)監(jiān)測融入人機(jī)界面，具有技術(shù)管理、數(shù)據(jù)管理功能，是一個(gè)集合了監(jiān)測設(shè)備、維修保養(yǎng)系統(tǒng)、預(yù)防管理系統(tǒng)于一體的機(jī)構(gòu)。通過實(shí)時(shí)監(jiān)測，能夠獲取不同機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)資料，包括：機(jī)構(gòu)運(yùn)行狀態(tài)、故障異常、保修情況、作業(yè)記錄等，這些資料會(huì)通過以太網(wǎng)被傳輸?shù)椒?wù)器中，以仿真動(dòng)畫的形式展現(xiàn)給工作人員，全面呈現(xiàn)機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)[3]。

（二）流動(dòng)式狀態(tài)監(jiān)測機(jī)構(gòu)構(gòu)成與功能

流動(dòng)式狀態(tài)監(jiān)測結(jié)構(gòu)，就是在流動(dòng)式機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測調(diào)度系統(tǒng)基礎(chǔ)上，通過升級(jí)、優(yōu)化得到的系統(tǒng)機(jī)構(gòu);這一監(jiān)測機(jī)構(gòu)構(gòu)成包括：GPS技術(shù)、車載終端設(shè)備、服務(wù)器、控制系統(tǒng)，其中車載終端采用GPS技術(shù)構(gòu)建通信模式，輔助工作人員獲取流動(dòng)機(jī)構(gòu)經(jīng)過的機(jī)械設(shè)備運(yùn)行情況，且工作人員能夠利用系統(tǒng)控制車載終端的移動(dòng)速度、位置變化、發(fā)動(dòng)機(jī)水溫溫度等，能夠?qū)崿F(xiàn)全天候、智能化、人性化的機(jī)械設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測與管理。根據(jù)流動(dòng)式狀態(tài)監(jiān)測機(jī)構(gòu)運(yùn)行情況，其具備如下功能，包括：（1）車載語音通訊，司機(jī)能夠在車輛中與調(diào)度中心的工作人員取得聯(lián)系，根據(jù)生產(chǎn)需求接收調(diào)度中心指令，實(shí)現(xiàn)雙向溝通;（2）車輛定位信息獲取，工作人員能夠在調(diào)度中心獲取車輛的實(shí)時(shí)位置變化，明確車輛行駛情況;（3）實(shí)時(shí)跟蹤定位功能，在車輛終端的啟動(dòng)、停止過程中，能夠自動(dòng)上報(bào)車輛定位信息，查看車輛的指定間隔時(shí)間，對(duì)車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)定位跟蹤;（4）停留時(shí)間超長警告，若車輛長時(shí)間停留在一個(gè)區(qū)域，且時(shí)間超過預(yù)期設(shè)置時(shí)間段，車輛會(huì)自動(dòng)向調(diào)度中心發(fā)出警報(bào)[4]。

二、基于狀態(tài)監(jiān)測平臺(tái)的港口機(jī)械設(shè)備維修策略

（一）基于監(jiān)測框架實(shí)時(shí)獲取機(jī)械設(shè)備數(shù)據(jù)

現(xiàn)代港口具有機(jī)械設(shè)備類型豐富、數(shù)量較多、工作狀態(tài)不同的特點(diǎn)，具有較強(qiáng)的離散性質(zhì)，需要?jiǎng)討B(tài)監(jiān)測平臺(tái)實(shí)時(shí)獲取不同機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，才能夠滿足工作人員的維修策略制定需求。在實(shí)際過程中，在港口不同機(jī)械設(shè)備位置設(shè)置不同的狀態(tài)監(jiān)測硬件設(shè)施，對(duì)不同類型的集裝箱起重機(jī)、運(yùn)輸機(jī)械設(shè)備等進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測。為了更好的獲取機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)，工作人員明確平臺(tái)監(jiān)測框架如下：（1）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng);負(fù)責(zé)借助狀態(tài)監(jiān)測設(shè)備獲取起重機(jī)等機(jī)械的運(yùn)行信息、關(guān)鍵部件狀態(tài)信息、關(guān)鍵位置狀態(tài)報(bào)警信息、關(guān)鍵位置傳感器原始信號(hào)等，借助數(shù)據(jù)采集技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)獲取與傳輸。（2）數(shù)據(jù)中心;將采集來的數(shù)據(jù)、中間數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)模型等儲(chǔ)存起來，傳輸?shù)较到y(tǒng)中。數(shù)據(jù)中心構(gòu)成包括：原始數(shù)據(jù)庫、監(jiān)測模型數(shù)據(jù)庫，其中監(jiān)測模型數(shù)據(jù)庫的工作任務(wù)是從原始數(shù)據(jù)庫中獲取數(shù)據(jù)資料，將具有一定故障特征的數(shù)據(jù)匯總、讀取與分析，預(yù)測故障。（3）監(jiān)控系統(tǒng);系統(tǒng)中的重要構(gòu)成，功能包括：故障診斷、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)可視化處理與傳輸、故障預(yù)測等。監(jiān)測系統(tǒng)可以分為6個(gè)部分，分別為數(shù)據(jù)源、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、數(shù)據(jù)分析、業(yè)務(wù)運(yùn)行、數(shù)據(jù)分析模型展示[5]。

（二）根據(jù)數(shù)據(jù)規(guī)律實(shí)時(shí)檢測與診斷故障

故障診斷是狀態(tài)監(jiān)測平臺(tái)的重要功能之一，也是開展港口機(jī)械設(shè)備維修策略的主要環(huán)節(jié);在這一過程中，系統(tǒng)利用數(shù)據(jù)信息對(duì)機(jī)械設(shè)備故障情況進(jìn)行診斷，流程為：①根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)展開故障檢測果，構(gòu)建以歷史數(shù)據(jù)為核心的故障模型（如圖一）。

在實(shí)際過程中，工作人員可以利用狀態(tài)監(jiān)測平臺(tái)的這一技術(shù)展開實(shí)施故障檢測工作，及時(shí)、準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)早期故障情況、突發(fā)故障情況，提升故障診斷的精準(zhǔn)性。為了更好的實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)故障檢測目標(biāo)，工作人員采用故障特征匹配法進(jìn)行診斷，之后獲取故障診斷預(yù)警。根據(jù)圖一可以發(fā)現(xiàn)，實(shí)時(shí)故障檢測系統(tǒng)中有明確的設(shè)備故障參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，其中“峰值”是所檢測數(shù)據(jù)的最大數(shù)值，用來表示設(shè)備軸承的磨損程度，“有效值”受到信號(hào)能量的影響，表示設(shè)備軸承的老化情況，“峰值因子”就是指峰值與有效值之間的比值，“缺陷因子”是設(shè)定報(bào)警值的依據(jù)。在一次狀態(tài)監(jiān)測平臺(tái)的使用中，工作人員發(fā)現(xiàn)其中一臺(tái)輪胎起重機(jī)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)峰值因子存在異常，且發(fā)出報(bào)警信號(hào)，此時(shí)工作人員根據(jù)狀態(tài)監(jiān)測平臺(tái)數(shù)據(jù)，分析起重機(jī)情況，得到結(jié)論為：軸承存在明顯磨損情況，對(duì)其進(jìn)行更換之后，狀態(tài)監(jiān)測平臺(tái)現(xiàn)實(shí)各種數(shù)值下降到正常范圍內(nèi)[6]。

（三）模擬劣化過程奠定維修基礎(chǔ)

劣化過程模擬是工作人員利用狀態(tài)平臺(tái)監(jiān)測系統(tǒng)完成故障診斷之后，借助系統(tǒng)功能顯示港口機(jī)械設(shè)備劣化的一般過程情況。在平臺(tái)操作中，港口的劣化過程顯示只能夠從“較好狀態(tài)”轉(zhuǎn)移到“較差狀態(tài)”，但是不能夠在不維修的情況下從“較差狀態(tài)”恢復(fù)。關(guān)于港口機(jī)械設(shè)備故障的劣化過程模擬，就是利用平臺(tái)中的算法技術(shù)，設(shè)定港口機(jī)械設(shè)備的狀態(tài)空間，設(shè)置時(shí)間段為T、T+△，設(shè)定“較好狀態(tài)”為i，設(shè)定“較差狀態(tài)”為j。此時(shí)得到的劣化過程模擬公式為：Pij=p[Sn（t+Δ）=j|Sn（t）=i，得到狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣為P=|pij|，此時(shí)若其數(shù)值滿足系統(tǒng)原設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)，則P為上三角矩陣。之后分析此公式中，港口接設(shè)備在不同狀態(tài)的停留時(shí)間，實(shí)現(xiàn)對(duì)港口機(jī)械設(shè)備劣化過程的模擬，輔助工作人員分析港口機(jī)械設(shè)備的老化原因、故障誘因，為之后獲取最優(yōu)維修方案提供方向[7]。

（四）借助馬爾科夫決策系統(tǒng)獲取維修策略

基于狀態(tài)監(jiān)測平臺(tái)的港口維修策略的獲取，需要工作人員在明確故障類型與位置，獲取劣化過程分析故障原因之后，根據(jù)機(jī)械設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)，采取可的維修策略，分別為：①不維修策略;②預(yù)防性維修策略;③事后維修策略;④完全維修策略。工作人員選擇維修策略，需要遵循“經(jīng)濟(jì)效益之上”、“平均成本最少”、“滿足港口作業(yè)基本需求”等原則。根據(jù)狀態(tài)監(jiān)測平臺(tái)數(shù)據(jù)獲取港口機(jī)械設(shè)備維修策略機(jī)油一定的隨機(jī)性，為了提升“獲取維修策略”的精準(zhǔn)性與高效性，避免“系統(tǒng)隨機(jī)制定策略”的情況出現(xiàn)，工作人員可以借助馬爾科夫決策系統(tǒng)，在制定維修策略的過程中，將不同的時(shí)間點(diǎn)設(shè)備狀態(tài)作為決策依據(jù)，獲取不同的決策，最終對(duì)不同的決策進(jìn)行對(duì)比，獲取最維修策略。工作人員可以使用“a”表示維修側(cè)，分別設(shè)置a1-a4，分別小時(shí)“不維修”、“預(yù)防性維修”、“事后維修”、“完全維修”等策略，在系統(tǒng)處于不同狀態(tài)時(shí)，會(huì)對(duì)這一狀態(tài)的時(shí)間點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，若數(shù)據(jù)在分析與優(yōu)化之后滿足“設(shè)備良好運(yùn)行”的數(shù)據(jù)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，則表示可以使用這一維修策略。另外，還需要根據(jù)不同策略方案內(nèi)容，分別計(jì)算不同方案的風(fēng)險(xiǎn)成本、維修成本、監(jiān)測成本、意外故障成本等，從多個(gè)角度考慮不同方案的可行性，明確不同方案與維修投入成本之間的關(guān)系，進(jìn)一步輔助工作人員選擇合適方案[8]。

（五）計(jì)算對(duì)比獲取最優(yōu)維修策略

在經(jīng)過上述環(huán)節(jié)之后，狀態(tài)監(jiān)測平臺(tái)的數(shù)據(jù)分析與策略制定進(jìn)入初始化階段，獲取初始化策略（如表1），之后代入該機(jī)械設(shè)備的數(shù)據(jù)資料，采用“描述策略迭代法”進(jìn)行處理，借助MATLAB系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算，通過不同的策略迭代處理，在狀態(tài)監(jiān)測平臺(tái)中獲取該機(jī)械設(shè)備的最優(yōu)維修策略（如表2）。

結(jié)語：

綜上所述，結(jié)合現(xiàn)代港口狀態(tài)監(jiān)測類型及其功能，可以發(fā)現(xiàn)，狀態(tài)監(jiān)測平臺(tái)不僅能夠監(jiān)測港口機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行過程，還能夠根據(jù)運(yùn)行過程數(shù)據(jù)展開數(shù)據(jù)分析與挖掘，借助其中的計(jì)算功能展開計(jì)算，推導(dǎo)最優(yōu)維修方案，為工作人員的港口設(shè)備維修與管理工作帶來了極大的便利。在今后的狀態(tài)監(jiān)測平臺(tái)之下的機(jī)械設(shè)備維修工作中，工作人員要靈活利用狀態(tài)平臺(tái)監(jiān)測中的大數(shù)據(jù)技術(shù)、實(shí)時(shí)監(jiān)測技術(shù)、故障診斷模型構(gòu)建技術(shù)，根據(jù)數(shù)據(jù)規(guī)律推斷故障問題，通過劣化過程模擬為之后的維修方向提供依據(jù);還可以利用馬爾科技術(shù)得到最優(yōu)維修策略，從而提升機(jī)械設(shè)備維修精準(zhǔn)性與有效性，為港口的現(xiàn)代化發(fā)展提供有力保障。

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