一种门式起重机全生命周期风险评估及管理系统和方法与流程

本发明涉及起重机械安全监控与管理，更具体地说，本发明涉及一种门式起重机全生命周期风险评估及管理系统和方法。

背景技术：

1、随着我国基础设施建设的推进和重型工业的整体发展，大型门式起重机已成为船舶建造、物流运输等国民经济重要部门的关键装备。随着起重机向大型化、高速化、自动化方向发展，其安全运行与维护正从传统的单机本地化管理向集团级远程集控管理演进。

2、对于拥有多个生产基地的集团型企业，现有技术方案通常为：在每个厂区部署独立的门式起重机监控系统，然后将各厂区系统产生的报警、运行等数据通过网络上传至集团总部服务器，由集团层面的管理系统进行展示和统计。

3、在单机评估层面，已有相关技术方案。如中国专利申请cn121051889a公开了造船门式起重机稳定性安全评估方法，通过获取设备设计资料和结构实测数据，建立几何模型并进行有限元仿真计算，获得安全评估比值和风险等级。中国专利申请cn121809225a公开了一种起重机健康状态实时监测方法及系统，通过获取原始运行数据提取时域特征和频域特征，结合物理拓扑图结构进行特征融合，生成故障诊断结果并预测剩余使用寿命。中国专利cn120097222a公开了一种集装箱门式起重机的监测预警方法以及系统，通过连续获取监测时序数据并进行风险提取处理，得到结构风险、吊运行为风险、作业环境干扰等多维度风险评估指数。此外，学术界也提出了基于模糊数学方法的门式起重机风险评估方法，从主梁和支腿角度建立多层次评判系统。

4、然而，上述现有技术仍存在以下不足：

5、1、数据孤岛与标准不一：各下属单位的子系统可能由不同厂商建设，导致报警分级标准、数据格式、上报频率不一致。起重机的设计参数、制造信息、运维历史等全生命周期关键数据分散存储于不同系统中，集团侧无法将起重机投运前的设计资料与投运后的运行数据进行关联分析；

6、2、风险评估维度单一：现有集团级评估方案很大程度上依赖于报警次数等碎片化信息，无法将运行监测、状态监测、防撞预警等多维度实时数据与起重机的投产年限、累计运行台时、累计工作循环数、历史故障维修记录等反映全生命周期状态的关键信息进行深度融合，导致评估结果片面；

7、3、剩余寿命与风险评估缺乏关联：虽然已有专利提出了单台起重机的剩余寿命估算方法，但该评估结果未能有效融入集团级风险评估体系中，集团管理层无法直观了解各起重机剩余使用寿命对当前安全风险的影响。

技术实现思路

1、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

2、一方面，本发明提供了一种门式起重机全生命周期风险评估及管理方法，包括以下步骤：

3、s1、采集门式起重机的多源异构数据，多源异构数据包括实时运行数据、状态监测评估结果数据、工况统计数据以及全生命周期档案数据，对多源异构数据进行格式校验、缺失值处理和量纲统一，并将处理后的数据与门式起重机的设备标识信息关联，建立全生命周期数据视图；

4、s2、根据全生命周期数据视图，计算门式起重机的基础风险评分，基础风险评分由运行监测评分、状态监测评分和防撞预警评分加权求和得到：

5、

6、其中，、、分别为运行监测评分、状态监测评分和防撞预警评分的权重系数；

7、s3、获取门式起重机的全生命周期修正因子参数，全生命周期修正因子参数包括：服役年限、设计寿命年限、累计疲劳损伤值、损伤极限值、当月运行台时、同类起重机平均月运行台时、实际载荷谱系数、设计载荷谱系数、预防性维护次数、总维护次数、平均故障修复时间、同类起重机平均故障修复时间、关键零部件更换总次数；

8、s4、计算全生命周期修正因子，包括：

9、役龄-疲劳耦合修正因子：

10、运行强度修正因子：

11、维护质量修正因子：

12、备件健康修正因子：

13、其中，为权重系数；

14、s5、根据基础风险评分和全生命周期修正因子计算门式起重机的最终风险评分：

15、

16、s6、根据最终风险评分对门式起重机进行风险等级判定和排名，当最终风险评分超过预设安全阈值时，生成并推送风险预警消息；

17、s7、系统实时监测环境数据、设备报警事件、历史统计趋势及剩余寿命分布，当满足预设触发条件时自动调整所述权重系数、、、；所述预设触发条件包括恶劣天气预警、故障簇集中爆发、周期性校准及剩余寿命集中到期；当多个触发条件同时满足时，按预设优先级确定调整幅度，且恶劣天气预警拥有绝对优先权。

18、优选地，步骤s1中：

19、实时运行数据包括在线/离线状态、实时报警信息及报警级别；

20、状态监测评估结果数据包括从健康评估系统获取的健康度评分、应力谱系数、疲劳损伤累积值和剩余使用寿命；

21、工况统计数据包括月度运行台时、累计工作循环数和载荷谱系数；

22、全生命周期档案数据包括设计制造阶段数据、安装调试阶段数据、运维阶段数据和报废退役阶段数据；

23、量纲统一包括将所有报警级别映射为统一的“严重”、“一般”、“提示”三级。

24、优选地，步骤s2中：

25、运行监测评分基于超速报警、超载报警和超限报警的报警次数与报警级别计算，不同报警级别对应不同的严重程度惩罚系数；

26、状态监测评分映射自下层健康评估系统输出的起重机健康度指标；

27、防撞预警评分基于柔腿激光防撞预警系统的触发次数计算。

28、优选地，步骤s4中，役龄-疲劳耦合修正因子中，累计疲劳损伤值基于miner线性累积损伤理论计算得到；

29、当累计疲劳损伤值超过预设损伤警戒值或门式起重机的剩余使用寿命低于预设寿命警戒值时，自动触发寿命预警消息。

30、优选地，步骤s7中，所述预设触发条件包括：接收到风速超过12m/s的恶劣天气预警时，将防撞预警权重提升至25%-30%，预警解除24h后恢复；

31、在近7天滚动时间窗口内，同一厂区同一类型故障报警集中爆发时，自动提升与该故障类型关联的评分维度权重，并同步下调关联修正因子阈值10%；

32、每月1日执行周期性校准，若某类报警的月环比增长率超过30%，则提升对应评分维度权重5-10个百分点，若月环比下降超过50%，则回调至基准值；

33、当厂区内≥30%设备的剩余使用寿命低于设计寿命的20%时，自动将该厂区的役龄-疲劳耦合修正因子中的系数提升20%，并标记为寿命集中到期重点关注区域；

34、所述预设优先级为：恶劣天气预警＞故障簇集中爆发＞剩余寿命集中到期＞周期性校准，调整幅度取较大值但不叠加。

35、优选地，步骤s6中，风险等级判定还包括对同一厂区内的多台门式起重机进行聚合计算，得到厂区级风险评分：

36、

37、其中，为厂区内门式起重机总台数，为第台门式起重机的最终风险评分，为第台门式起重机当月离线天数，为当月总天数，为第台门式起重机当月严重报警次数，为权重系数。

38、优选地，寿命预警消息中关联展示剩余使用寿命信息，并将剩余使用寿命对风险评分的放大效应通过役龄-疲劳耦合修正因子中的累计疲劳损伤项实现。

39、另一方面，本发明还提供了一种门式起重机全生命周期风险评估及管理系统，用于实现上述的方法，包括：

40、数据采集与治理模块，包括数据接口单元、数据清洗单元和数据标准化单元，用于采集门式起重机的多源异构数据，对多源异构数据进行格式校验、缺失值处理和量纲统一，并将处理后的数据与门式起重机的设备标识信息关联，建立全生命周期数据视图；

41、风险评估引擎模块，包括参数配置单元、修正因子计算单元和综合评分单元，用于根据全生命周期数据视图计算基础风险评分，并获取全生命周期修正因子参数，计算役龄-疲劳耦合修正因子、运行强度修正因子、维护质量修正因子和备件健康修正因子，再根据公式计算门式起重机的最终风险评分；

42、预警与排名模块，用于根据最终风险评分对门式起重机进行风险等级判定和排名，当最终风险评分超过预设安全阈值时生成并推送风险预警消息；

43、档案管理模块，用于按照门式起重机的设备标识信息，以结构化方式存储和管理门式起重机全生命周期的档案数据，档案数据包括设计资料、制造安装资料、运维档案和退役管理数据；

44、驾驶舱展示模块，用于展示门式起重机的最终风险评分、各修正因子值、剩余使用寿命及全生命周期关键信息。

45、优选地，所述数据采集与治理模块与各下属单位的起重机监控平台建立数据接口，按照统一的数据字典采集数据；

46、所述设备标识信息为统一编码，统一编码包含设备类型代码、所属厂区代码、设备序号和投产年份信息，作为门式起重机全生命周期的唯一标识；

47、所述档案管理模块还用于根据统一编码对全生命周期档案数据进行自动关联与智能检索。

48、优选地，所述预警与排名模块还用于按照聚合公式计算厂区级风险评分，并生成厂区风险排名；

49、当厂区级风险评分连续上升超过预设趋势阈值时，推送厂区风险趋势预警消息；

50、系统还包括报告生成模块，用于响应于用户的一键操作指令，从数据库中调取指定时间范围内的数据，按照预设模板自动生成包含门式起重机风险评分、排名及全生命周期关键信息的评估报告。

51、本发明的技术效果和优点：

52、1、本发明通过建立集团统一的编码体系和数据字典，对多源异构数据进行格式校验、缺失值处理和量纲统一，构建了贯穿起重机设计、制造、安装、运维、报废各阶段的全生命周期数据视图，将分散存储于各下属单位不同系统中的设计参数、运行数据、评估结果和维护记录等全部数据关联至同一设备编码下，解决了多厂区、多系统数据孤岛的问题，实现了起重机全生命周期数据的可查、可管、可追溯，使起重机档案从静态资料转化为可动态关联的核心数据资产；

53、2、 本发明在基础风险评分的基础上，创新性地引入役龄-疲劳耦合修正因子、运行强度修正因子、维护质量修正因子和备件健康修正因子，将起重机的服役年限、累积疲劳损伤、实际载荷谱系数与设计值的偏离程度、预防性维护占比、平均故障修复时间及关键零部件更换频次等全生命周期关键参数量化为修正系数，对基础风险评分进行多维度修正，克服了现有技术仅依赖报警次数等碎片化信息进行风险评估的局限性，使评估结果更全面、客观、准确；

54、3、本发明将下层健康评估系统输出的剩余使用寿命信息融入集团级风险评估体系中，通过役龄-疲劳耦合修正因子中的累积疲劳损伤项实现剩余使用寿命对风险评分的量化放大效应，并基于最终风险评分自动生成集团内各门式起重机及厂区的风险排名，当风险评分超过预设安全阈值或剩余使用寿命低于预设警戒值时自动推送预警消息，使集团管理层能够直观掌握各起重机剩余寿命对当前安全风险的影响程度，实现从被动应对故障向主动预测风险的转变，并为集团安全管理决策提供数据支撑。