一种柴油机维修保障方法、系统以及计算机储存介质与流程

1.本发明涉及柴油机维修领域，尤其涉及一种柴油机维修保障方法、系统以及计算机储存介质。


背景技术：

2.柴油机作为船舶重要的动力系统，其是否能长时间安全可靠的运行，对船舶正常航行与任务执行具有至关重要的意义。
3.柴油机长期运行在高转速、高负荷的苛刻条件下，在运行过程中极容易发生故障，严重影响了它的使用效率和船舶的生命力。可见，准确、快速、有效的柴油机维修保障是保证船舶正常运行的重要手段。因此实现快速、准确、有效的柴油机的维修保障方法是船舶动力系统领域研究的重点。
4.传统的维修保障是随柴油机出厂设定的计划维修，这种维修计划不能根据柴油机运行状态、运行环境进行实时调整，导致过度维修或在维修前发生严重故障，进而不能满足当前船舶航行任务对动力系统的需求。因此，提出一种能实时根据柴油机运行状态、运行环境进行实时调整的柴油机维修保障方法是亟需解决的问题。


技术实现要素：

5.针对上述问题，本发明的目的在于提供了一种柴油机维修保障方法、系统以及计算机储存介质，用于解决上述问题中的至少一个。
6.为了实现上述目的，本发明提供了一种柴油机维修保障方法，包括步骤：
7.通过设置在柴油机上的多个传感器获取多个柴油机状态参数；
8.柴油机监控系统根据多个所述柴油机状态参数确定所述柴油机运行状态是否异常；
9.当所述柴油机运行状态异常时，所述柴油机监控系统根据识别到的异常状态和/或报警信息并结合所述柴油机的其他状态参数和/或故障现象生成资源查找规则；
10.所述柴油机监控系统将所述资源查找规则输入给决策单元；
11.所述决策单元根据所述资源查找规则生成相适应的维修保障方案。
12.在实施例中，决策单元根据所述资源查找规则生成相适应的维修保障方案的步骤包括：
13.将从所述柴油机监控系统接收到的所述资源查找规则进行格式转换，进而转换为所述决策单元所采用的数据格式；
14.根据转换后的所述资源查找规则将与当前柴油机异常状态和或报警现象相关的数据模块进行线性组装，生成相适应的所述维修保障方案；
15.将所述维修保障方案通过所述决策单元的人机交互界面进行显示。
16.在实施例中，所述柴油机的技术资料包括技术说明书、使用说明书、产品履历、技术规范、技术报告、维修手册、零部件图册；
17.决策单元根据所述柴油机的结构组成和用户需求，将所述柴油机的技术资料按照预设的标准编制成多个所述数据模块。
18.在实施例中，所述数据模块包括描述类、程序类、维修计划类、故障隔离类操作类以及图解零件类的数据模块。
19.在实施例中，决策单元根据多个所述数据模块将所述柴油机监控系统发出的所述资源查找规则转换成所述决策单元所采用的所述数据格式。
20.在实施例中，所述决策单元为ietm决策单元。
21.本发明的实施例还提供了一种计算机储存介质，所述计算机存储介质上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现如上任意一项所述的柴油机维修保障方法的步骤。
22.本发明的实施还公开了一种柴油机维修保障系统，包括：
23.检测单元，通过设置在柴油机上的多个传感器获取多个柴油机状态参数；
24.柴油机监控系统，用于根据多个所述柴油机状态参数确定所述柴油机运行状态是否异常；当所述柴油机运行状态异常时，所述柴油机监控系统根据识别到的异常状态和/或报警信息并结合所述柴油机的其他状态参数和/或故障现象生成资源查找规则；所述柴油机监控系统将所述资源查找规则输入给决策单元；
25.决策单元，用于根据所述资源查找规则生成相适应的维修保障方案。
26.在实施例中，所述决策单元包括：
27.柴油机技术信息库，用于根据所述柴油机的结构组成和用户需求，将所述柴油机的技术资料按照预设的标准编制成多个数据模块。
28.数据格式转换模块，用于根据多个所述数据模块将所述柴油机监控系统发出的所述资源查找规则转换成所述决策单元所采用的所述数据格式；
29.数据包自适应生成模块，根据转换后的所述资源查找规则将与当前柴油机异常状态和或报警现象相关的描述类、程序类、维修计划类、故障隔离类操作类以及图解零件类的数据模块进行线性组装，生成相适应的所述维修保障方案；
30.数据解析模块，用于控制数据包自适应生成模块。
31.本发明的决策单元可以采用ietm决策单元，进而汲取ietm的信息化保障优势。ietm决策单元与柴油机监控系统建立通讯，通过在ietm中增设数据格式转换、数据解析、数据包自适应生成模块，可正确接收柴油机监控系统发出的资源查找规则请求，并自适应生成与柴油机当前异常状态和/或报警信息(故障现象)相适应的数据包，以指导现场维修人员开展柴油机异常状态原因排查和/或排故、维修等过程。在重大故障发生前，有效开展对柴油机使用与维修的管理，明显增强了柴油机维修的针对性、有效性，提高了柴油机的使用效率。
32.参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本发明的实施方式包括许多改变、修改和等同。
33.针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。
34.应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并
不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。
附图说明
35.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
36.图1为本发明的实施例提供的一种柴油机维修保障方法的流程图；
37.图2为本发明的实施例提供的根据多个所述柴油机状态参数确定所述柴油机是否运行状态异常步骤的流程图；
38.图3为本发明的实施例提供的ietm决策单元根据所述资源查找规则生成维修保障方案步骤的流程图；
39.图4为本发明的实施例提供的ietm决策单元的设计流程示意图。
具体实施方式
40.下面将结合附图和具体实施方式，对本发明的技术方案作详细说明，应理解这些实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本技术所附权利要求所限定的范围内。
41.为了至少部分解决前述的技术问题，本发明通过利用ietm决策单元(即权利要求中的决策单元的一种类型)并结合实时故障检测技术，提出了一种柴油机维修保障方法。
42.ietm(interactive electronic technical manual，交互性电子技术手册)是将装备技术资料电子化、结构化，并且在其内部按照一定的逻辑功能重新编制后存储到数据库中的信息系统，辅之以计算机或便携式维修辅助设备对信息系统中的技术资料根据实际的故障情况进行交互式调用，甚至智能推理。ietm具有辅助功能多样化、表现力强、方便查询、异地传输、多用户访问、维护简单以及更新方便等优点，是目前柴油机保障体系信息化的一个重要发展方向。
43.该方法通过引入ietm决策单元，在实时识别柴油机异常状态的基础上，建立基于异常状态的ietm的维修决策单元，能根据柴油机运行状态，给出合理的维修保障建议，进而保证柴油机设备能及时发现故障，同时在发现故障后能较为迅速地获得一套合适的维修保障建议，进而提高柴油机的工作效率和稳定性。
44.本发明的一种柴油机维修保障方法，概括来说主要包括两个大的步骤，即(1)首先通过现场采集模块获取柴油机运行状态数据，对柴油机运行数据进行监测报警、异常状态识别，然后将报警或识别到的异常状态发送给ietm决策单元(即权利要求书中的决策单元的一种类型)；(2)ietm决策单元根据接收到的故障现象信息，进行故障查找、分析故障原因、故障定位，最后进行维修指导，完成柴油机的维修保障。本发明汲取ietm的优势并结合柴油机异常状态的识别，在重大故障发生前，有效开展对柴油机使用与维修的管理，明显增强了柴油机维修的针对性、有效性，提高了柴油机的使用效率，保障了船舶的安全航行。
45.以下将以至少一个实施例对本发明的一种柴油机维修保障方法做详细地介绍，参照图1所示，具体可以包括步骤：
46.s101：通过设置在柴油机上的多个传感器获取多个柴油机状态参数；
47.s102：柴油机监控系统根据多个所述柴油机状态参数确定所述柴油机运行状态是否异常；
48.s103：当所述柴油机运行状态异常时，所述柴油机监控系统根据识别到的异常状态和/或报警信息并结合所述柴油机的其他状态参数和/或故障现象生成资源查找规则；
49.s104：所述柴油机监控系统将所述资源查找规则输入给所述ietm决策单元；
50.s105：ietm决策单元根据所述资源查找规则生成相适应的维修保障方案。
51.在本实施方式中，s102：柴油机监控系统根据多个所述柴油机状态参数确定所述柴油机运行状态是否异常的步骤中
52.首先，可以设存在n个相互独立分布的输入为m维向量x
i
、输出为yi(正常或者异常)标签的样本组成的样本集(例如样本集m1和m2)，其输入的m维向量x
i
组成为：柴油机转速、滑油温度、滑油压力、燃油温度、燃油压力、冷却水压力、冷却水温度、轴承温度等，可以表示成{(x1,y1),(x2,y2),...,(x
n
,y
n
)}，其中x
i
＝(x
i1
,x
i2
,...,x
i5
)。参照图2所示，具体应用到本项目中，一类支持向量机算法计算如下：
53.s1021：定义一个包含m个柴油机正常状态的传感器数据样本集m1和n个柴油机异常状态的传感器数据样本集m2，其中，参数m、n用于控制样本选择的数目；
54.在该步骤中，参数m、n通过多次实验选取，t为训练样本集。所述样本集m1包括对所述柴油机维修保障过程中获取的柴油机正常状态参数；所述样本集m2包括对所述柴油机维修保障过程中获取的柴油机异常状态参数。因此，本发明的方法可以通过在使用过程中获取大量的参数数据并进行自学习，进而不断提高检测出故障的精度。
55.s1022：对所述数据样本集m1以及数据样本集m2中的数据分别使用均值平移聚类算法，并分别记录下所述数据样本集m1以及数据样本集m2中各类样本的m1聚类中心和m2聚类中心；
56.s1023：分别计算所述数据样本集m1中各类数据的所述m1聚类中心到所述数据样本集m2中各类数据的所述m2聚类中心的距离，记作di；分别计算所述数据样本集m2中各类数据的所述m2聚类中心到所述数据样本集m1中各类数据的所述m1聚类中心的距离，记作dj；
57.s1024：选出所述数据样本集m1中距离所述数据样本集m2最近的前m个类和最远的n个类，并对数据样本点进行标记；
58.s1025：选出所述数据样本集m2中距离所述数据样本集m1最近的前m个类和最远的n个类，并对数据样本点进行标记；
59.s1026：根据步骤s104中标记过的所述数据样本点，构造一个超球面，使得所述超球面包含至少部分所述数据样本点；
60.例如，超球面上可以包括90％以上的数据样本点。
61.s1027：通过设定的约束条件对超球面半径r进行最小化进而对所述超球面进行优化处理；
62.在该步骤中，针对所述超球面以外存在的孤立数据，通过引入了一个松弛变量因子ξ
i
，所述松弛变量因子ξ
i
用于对错误惩罚和超球面半径r进行优化处理，使得二者之和最小化，即
63.f(r,α,ξ
i
)＝r2 c∑ξ
i
，
64.(x
i-α)(x
i-α)
t
≤r2 ξ
i
65.其中，ξ
i
≥0，α为超球面的圆心，r为半径，c表示错误惩罚变量。由此引入拉格朗日乘子α
i
,γ
i
,该函数为
66.f(r,α,α
i
,ξ
i
)＝r2 c∑ξ
i-∑γ
i
ξ
i
∑α
i
(r2 ξ
i-(x
i-α)2)
67.同时，对所述超球面进行优化还包括：处理调整s107中的参数，使得s104中的标记样本包含在超球面中的最多，而s105中的标记样本包含在超球面中的最少。
68.s1028：判断获取的多个所述柴油机状态参数是否在所述超球面内，如果不在，则所述柴油机运行状态异常例如，计算样本输入的x
i
是否在超球面内，如果在，在该样本是正常样本，否则就是异常样本，完成柴油机运行状态的异常检测。
69.在上述的实施方式中，本发明的方法采用一类支持向量机方法对柴油机的运行状态进行异常检测。关于一类支持向量机方法，在故障诊断和异常检测应用中，由于样本获取的难度太大或者代价较高，只能获得一类样本或获得的样本类别极端不平衡，通常的异常检测方法则不能很好地处理这样的情况。因此这种检测只能利用一类样本训练分类器，故称为一类分类。一类支持向量机方法是一种有效的一类分类方法，基本思想是在特征空间寻找能够包围所有正常样本点的最小包围超球面。
70.因此，本发明在对柴油机维修保障过程中利用了机器学习的一类支持向量机技术，由于支持向量机具有在线学习能力，可以克服柴油机在不同运行工况和运行环境带来的运行状态识别的自适应性差的问题，从而使本发明在柴油机异常状态识别上具有更高的准确性、鲁棒性和自适应性，能够应用于柴油机运行环境复杂的场合
71.参照图3所示，当通过上述的步骤识别出柴油机运行过程中的异常状态，例如滑油压力低时，可以根据识别到的所述异常状态生成资源查找规则；然后将所述资源查找规则输入给ietm决策单元，ietm决策单元可以执行步骤如下：
72.s1051：将从所述柴油机监控系统接收到的所述资源查找规则进行格式转换，进而转换为所述ietm决策单元所采用的数据格式；
73.s1052：根据转换后的所述资源查找规则将与当前柴油机异常状态和或报警现象相关的数据模块进行线性组装，生成相适应的所述维修保障方案；
74.在该步骤中，所述柴油机的技术资料包括技术说明书、使用说明书、产品履历、技术规范、技术报告、维修手册、零部件图册；ietm决策单元根据所述柴油机的结构组成和用户需求，将所述柴油机的技术资料按照预设的ietm标准编制成多个所述数据模块。所述数据模块包括描述类、程序类、维修计划类、故障隔离类操作类以及图解零件类的数据模块。
75.s1053：将所述维修保障方案通过所述ietm决策单元的人机交互界面进行显示。
76.较佳的，在进行步骤s1052中，可通过ietm决策单元中图解零部件数据模块查找维修工作所需要的图解和零件信息，并可通过备品备件清单中获取所需设备的型号、规格、生产厂商等详细信息，帮助用户快速锁定备品备件。
77.通过以上各步骤，最终实现基于ietm决策单元的柴油机维修保障，柴油机ietm也按照预定的时间对柴油机的维修项目进行汇总并显示，帮助用户根据柴油机使用状态进行预防性维修作业。
78.示例性的，ietm决策单元为了实现其功能，可以包括以下模块：柴油机技术信息
库、数据格式转换模块、数据解析模块、数据包自适应生成模块。
79.其中，柴油机技术信息库用于根据所述柴油机的结构组成和用户需求，将所述柴油机的技术资料(包括技术说明书、使用说明书、产品履历、技术规范、技术报告、维修手册、零部件图册等)按照预设的ietm标准编制成多个所述数据模块。
80.数据格式转换模块，用于根据多个所述数据模块将所述柴油机监控系统发出的所述资源查找规则转换成所述ietm决策单元所采用的所述数据格式；
81.数据包自适应生成模块，根据转换后的所述资源查找规则将与当前柴油机异常状态和或报警现象相关的描述类、程序类、维修计划类、故障隔离类操作类以及图解零件类的数据模块进行线性组装，生成相适应的所述维修保障方案；
82.数据解析模块，用于所述控制数据包自适应生成模块。
83.可见，本发明的方法能够实时监测柴油机的运行状态，在报警发生前将异常状态给到ietm决策单元，ietm决策单元根据接收的柴油机异常状态信息，利用逻辑引擎将维修指导、故障隔离、安装/拆卸程序、备品备件等数据模块进行线性组装，快速匹配生成柴油机自我维护数据包，供维修人员查阅，维修人员可按流程指引，快速定位异常原因并找到异常排除方法，达到预防性维修的效果，可有效提高柴油机维修成功率。
84.进一步地，对于ietm决策单元的设计，结合图4，可以采用如下的设计思路和步骤：
85.(1)总体技术需求：根据实际的情况来确定ietm决策单元需要解决的技术问题，运用的技术领域等
86.(2)确定数据来源：分析柴油机ietm决策单元编制柴油机ietm手册内容所需的数据来源，以及要确定需要增加的智能化数据，如：专家库、故障库、维修库等。
87.(3)设计交互方式：确定柴油机ietm决策单元与智能应用系统的交互方式，具体为接口与交互过程、通讯规则、错误信息处理机制、等待机制，最终确定柴油机ietm决策单元与智能应用系统的集成方式。
88.(4)设计体系架构，包括数据层、管理层与应用层。数据层设计编制柴油机ietm手册获取的知识库和新增智能知识库，通过评估、测试、回溯再测试、论证，确定知识库之间的理论关系。管理层主要负责连接应用层和数据层，主要设计数据库管理器，验证应用层设计规则，验证生成或者获取的信息对象是否有效，实现知识库的添加、修改与删除等基本操作。应用层设计与智能应用系统的接口应用。
89.(5)功能、性能验证：试验验证集成数据库的功能、性能。
90.本发明还公开了一种计算机储存介质。该计算机存储介质上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现柴油机维修保障方法的步骤。
91.本发明还公开了一种柴油机维修保障系统，在一示例性的实施例中，该系统包括：
92.检测单元，通过设置在柴油机上的多个传感器获取多个柴油机状态参数；
93.柴油机监控系统，用于根据多个所述柴油机状态参数确定所述柴油机运行状态是否异常；当所述柴油机运行状态异常时，所述柴油机监控系统根据识别到的异常状态和/或报警信息并结合所述柴油机的其他状态参数和/或故障现象生成资源查找规则；所述柴油机监控系统将所述资源查找规则输入给ietm决策单元；
94.ietm决策单元，用于根据所述资源查找规则生成相适应的维修保障方案。
95.在示例的实施例中，所述ietm决策单元包括：
96.柴油机技术信息库，其用于根据所述柴油机的结构组成和用户需求，将所述柴油机的技术资料按照预设的ietm标准编制成多个所述数据模块。
97.数据格式转换模块，其用于根据多个所述数据模块将所述柴油机监控系统发出的所述资源查找规则转换成所述ietm决策单元所采用的所述数据格式；
98.数据包自适应生成模块，其根据转换后的所述资源查找规则将与当前柴油机异常状态和或报警现象相关的描述类、程序类、维修计划类、故障隔离类操作类以及图解零件类的数据模块进行线性组装，生成相适应的所述维修保障方案；
99.数据解析模块，其用于所述控制数据包自适应生成模块。
100.应注意，尽管上述内容中描述了多个不同的实现方式，但是各个实现方式之间不是相互排斥的，本领域技术人员在上述实现方式的基础上，可以通过相互结合、交叉、合并等方式得到其他的实现方式，也应属于本公开的实施例范围。
101.尽管这里已经参考附图描述了示例实施例，应理解上述示例实施例仅仅是示例性的，并且不意图将本发明的范围限制于此。本领域普通技术人员可以在其中进行各种改变和修改，而不偏离本发明的范围和精神。所有这些改变和修改意在被包括在所附权利要求所要求的本发明的范围之内。
102.本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
103.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个设备，或一些特征可以忽略，或不执行。
104.在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
105.类似地，应当理解，为了精简本发明并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该本发明的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如相应的权利要求书所反映的那样，其发明点在于可以用少于某个公开的单个实施例的所有特征的特征来解决相应的技术问题。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
106.本领域的技术人员可以理解，除了特征之间相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
107.此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例
中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。本发明的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(dsp)来实现根据本发明实施例的物品分析设备中的一些模块的一些或者全部功能。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本发明的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。
108.应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
109.以上所述，仅为本发明的具体实施方式或对具体实施方式的说明，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。