用于机器部件的实时健康监测的系统和方法与流程

1.本公开总体上涉及监测机器部件的健康状态。更具体地，本公开涉及实时监测机器部件的健康状态。


背景技术：

2.现代作业机械(例如，固定和移动商用机器，例如建筑机器、固定发动机系统、基于海洋的机器等)的一个重要特征是此类机器中的故障或错误的检测和诊断。机器故障可能对操作机器的操作者造成不适，并且可能对在其特定商业行业中使用机器的商业实体产生额外成本。因此，系统已经发展成在操作期间监测和检测机器中的故障。
3.目前，此类机器配备有各种系统和子系统，包括各种传感器和开关，其有助于将机器健康信息提供到发动机和机器控制单元。然而，该信息可能并不容易被最终用户获得，主要仅提供故障通知。例如，对于发动机的空气过滤器而言，该信息仅在过滤器处于阻塞/堵塞状态且需要更换时可用，从而导致机器停机时间。此外，来自空气过滤器的气流限制可能增加发动机泵送工作并降低机器燃料经济性。为了避免此类情况，空气过滤器可能需要在适当时间更换或清洁，这可能需要定期监测空气过滤器的健康状态。
4.美国专利号10,119,886描述了一种过滤监测系统。过滤监测系统是安装在内燃机上或由内燃机提供动力的车辆内的电子系统控制模块。该过滤监测系统监测发动机上存在的过滤系统的健康和状态。该过滤监测系统跟踪过滤器加载模式，并通过基于传感器反馈运行智能算法来预测过滤器的剩余使用寿命。
5.因此，常规机器系统缺乏可以实时提供关于可工作部件的操作参数的信息的维护系统。


技术实现要素：

6.在本公开的一方面中，提供了一种实时监测机器部件的健康状态的方法。该方法包括由传感器模块以规则预定间隔生成指示机器部件的操作特性的第一信号。该方法还包括由物联网(iot)模块接收第一信号。该方法还包括由iot模块将第一信号从模拟格式转换为数字格式以生成第二信号。该方法包括由该iot模块以无线方式传输第二信号。该方法还包括由移动装置接收第二信号。该方法还包括由移动装置处理第二信号以确定机器部件的实时健康状态。此外，该方法包括在移动装置上显示机器部件的实时健康状态。
7.在本公开的另一方面中，提供了一种用于实时监测机器的一个或多个机器部件的健康状态的系统。所述一个或多个机器部件中的每一个具有相关联的操作特性。该系统包括一个或多个可通信地耦接到一个或多个机器部件中的每一个的传感器模块。传感器模块以规则预定间隔生成指示操作特性的第一信号。该系统还包括直接或间接彼此通信耦接的一个或多个iot模块。一个或多个iot模块中的每一个与一个或多个传感器模块可通信地耦接。一个或多个iot模块中的每一个接收第一信号并将第一信号从模拟格式转换成数字格式以生成第二信号。一个或多个iot模块中的每一个以无线方式传输第二信号。该系统还包
括可通信地耦接到一个或多个iot模块中的任一个的移动装置。移动装置接收第二信号并处理第二信号以确定机器部件的实时健康状态。移动装置还在移动装置上显示机器部件的实时健康状态。
8.在本公开的又一个方面中，提供了一种机器。该机器包括多个地面接合构件。该机器还包括支撑在多个地面接合构件上方的框架。该机器还包括具有相关联操作特性的一个或多个机器部件。该机器包括用于实时监测一个或多个机器部件的健康状态的系统。该系统包括一个或多个可通信地耦接到机器部件的传感器模块。该传感器模块以规则预定间隔生成指示操作特性的第一信号。该系统还包括一个或多个iot模块。一个或多个iot模块中的每一个直接或间接与一个或多个传感器模块和另一个iot模块可通信地耦接。一个或多个iot模块中的每一个接收第一信号并将第一信号从模拟格式转换成数字格式以生成第二信号。一个或多个iot模块中的每一个以无线方式传输第二信号。该系统还包括可通信地耦接到一个或多个iot模块中的每一个的移动装置。移动装置接收第二信号并处理第二信号以确定机器部件的实时健康状态。移动装置还在移动装置上显示机器部件的实时健康状态。
9.从以下描述和附图，本公开的其它特征和方面将变得显而易见。
附图说明
10.图1示出了根据本公开一方面的实时确定机器部件的健康状态的系统的示意图；
11.图2示出了根据本公开一方面的实时确定机器部件的实时健康状态的另一种系统的示意图；
12.图3示意性地示出了根据本公开一方面的为机器确定机器部件的实时健康状态的系统；
13.图4示意性地示出了根据本公开一方面，具有用以确定与对应机器相关联的机器部件的实时健康状态的系统的多个机器；以及
14.图5是根据本公开一方面的监测机器部件的实时健康状态的方法的流程图。
具体实施方式
15.只要可能，在整个附图中将使用相同的附图标记来表示相同或相似的部分。参考图1，示意性地示出了与机器102相关联的一些部件。机器102可以用于各种运土操作，例如推土、分级、平整、大块材料去除或任何其它类型的类似操作。机器102可以是推土机、装载机、倾卸卡车、挖掘机等。机器102可以是任何建筑或采矿相关车辆、海洋应用车辆、发电模块、或者可以适合应用于本公开的各个方面的任何其它类型的机器。本公开不以任何方式受到机器102的应用领域的限制。
16.机器102包括若干地面接合构件402(参见图4)。机器102还可以包括支撑在地面接合构件402上方的框架404(图4中示出)。机器102包括提供用于操作机器102以及执行机器102的各种辅助功能的动力的发动机104。发动机104可以是适合与本公开的各个方面一起应用的任何合适类型的内燃机。本公开不以任何方式受到发动机104的选择的限制。发动机104还可以包括与发动机104相关联的控制器(未示出)。控制器可以是任何电子控制器、发动机控制单元、机器控制单元或计算系统。控制器可以包括处理器，所述处理器操作以执行
操作、执行控制算法、存储数据、检索数据、收集数据和/或执行所需的任何其它计算或控制任务。
17.控制器可以是单个控制器，或者可以包括设置成控制机器102的各种功能和/或特征的多于一个控制器。控制器包括相关联的存储器。控制器可以以其它方式连接到外部存储器，例如数据库或服务器。关联存储器和/或外部存储器可以包括但不限于包括只读存储器(rom)、随机存取存储器(ram)、便携式存储器等中的一种或多种。也可以设想本公开也没有控制器。应当设想，本公开不依赖于控制器的关键功能步骤。本公开的教导可以应用于具有或不具有此类控制器的机器。
18.机器102包括机器102执行预期功能所需的各种其它部件。然而，未讨论此类部件，因为本公开不受任何此类部件限制。机器102包括一个或多个机器部件106。机器部件106是发动机104的空气过滤器、断裂磨损传感器和/或器具磨损传感器。一个或多个机器部件106具有相关联的操作特性。操作特性可以是指示关于机器部件106的功能状态的任何操作参数。例如，空气过滤器的操作特性可以被认为是入口压力、出口压力或跨越空气过滤器的压力差。当空气过滤器被堵塞时，前述参数可能改变并且提供可能超出正常操作范围或大于阈值的值。
19.机器102包括用于实时监测一个或多个机器部件106的健康状态的系统100。系统100包括一个或多个机器部件106。此外，系统100包括一个或多个传感器模块108。传感器模块108可通信地耦接到一个或多个机器部件106中的每一个。传感器模块108可以包括可检测机器部件106的操作特性的一个或多个传感器。传感器模块108以规则预定间隔生成指示操作特性的第一信号110。该规则预定间隔可以基于各种因素来定义，例如但不限于机器部件106的类型、机器部件106的当前寿命、机器部件106的实时健康状态的历史、机器部件的操作关键性等。在实施例中，用户还可以基于应用要求来设置规则预定间隔。在实施例中，当机器100包括控制器时，传感器模块108也可以通信地耦接到控制器。在这样的实施例中，传感器模块108可以将第一信号110发送至控制器。在另一实施例中，当不存在控制器时，传感器模块108可以直接耦接到发动机104。
20.系统100包括一个或多个物联网(iot)模块112。在一些示例中，iot模块112包括电池或电池单元。iot模块112可以定义为嵌入在连接到无线网络以发送和接收数据的零件中的电子装置。尽管本文仅示出了一个iot模块112，但应设想本公开可以使用多于一个iot模块112。iot模块112的每一个可通信地耦接到机器部件106。在实施例中，机器部件106可以与多于一个iot模块112相关联。在另一个实施例中，多于一个机器部件106可以与单个iot模块112相关联。此外，每个iot模块112直接或间接与一个或多个传感器模块108和一个其它iot模块112通信耦接。
21.iot模块112接收第一信号110。iot模块112将第一信号110从模拟格式转换成数字格式以生成第二信号114。第二信号114是高精度信号。在实施例中，第二信号114指示空气过滤器的入口压力与出口压力之间的压力差。iot模块112以无线方式传输第二信号114。iot模块112可以通过任何合适的无线通信模式传输第二信号114，例如因特网连接、蜂窝网络、近场通信(nfc)等。
22.系统100进一步包括移动装置116。移动装置116可以是蜂窝电话、个人数字助理、智能手机、平板电脑、智能手表、或可能适合与本公开的各个方面一起应用的任何其它合适
的装置。移动装置116还可以促进警报、音频消息、视频消息、振动警报或任何其它类型的警报，以向用户通知机器部件106的实时健康状态。在一些示例中，移动装置116可以与机器102的操作者在一起。
23.移动装置116可通信地耦接到iot模块112中的一个或多个。移动装置116接收第二信号114。移动装置116处理第二信号114以确定机器部件106的实时健康状态。在实施例中，处理第二信号114包括计算机器部件106的剩余使用寿命。移动装置116可以配备有合适的硬件/软件部件以执行处理步骤。此外，移动装置116可以在与移动装置116相关联的显示器(未示出)或任何其它显示装置上显示实时健康状态，所述其它显示装置例如是另一移动装置、耦接到移动装置116的显示屏等。
24.实时健康状态对应于机器部件106的操作健康的实际状况。可以基于对于被监测的机器部件106的类型可以是特定的各种参数来定义实时健康状态。实时健康状态可以包括机器部件106的剩余使用寿命、维护时间段、服务程序要求等中的一个或多个。应该设想，机器部件106的实时健康状态也可以包括任何其它此类参数，并且本公开不受任何此类参数的限制。
25.图2例示了系统100的另一实施例。系统100包括机器102、发动机104、机器部件106、传感器模块108、iot模块112和移动装置116。传感器模块108可通信地耦接到机器部件106。移动装置116可通信地耦接到iot模块112。传感器模块108生成指示机器部件106的操作特性的第一信号110。iot模块112接收第一信号110并将第一信号110从模拟格式转换成数字格式以生成第二信号114。iot模块112以无线方式传输第二信号114。移动装置116接收第二信号114。移动装置116传输第二信号114。移动装置116可以通过无线方式传输第二信号114。
26.系统100进一步包括远程服务器118。远程服务器118可通信地耦接到移动装置116。远程服务器118可以是配备有发射信号、接收信号和执行处理步骤的能力的任何远程设施。远程服务器118可以是后台、远程办公室位置、后端服务器或任何其它此类设施。远程服务器118从移动装置116接收第二信号114。远程服务器118处理第二信号114以确定机器部件106的实时健康状态。在实施例中，处理第二信号114包括计算机器部件106的剩余使用寿命。远程服务器118可以进一步将处理的信息传送到移动装置116。
27.在实施例中，移动装置116从远程服务器118接收机器部件106的实时健康状态。移动装置116在移动装置116上显示机器部件106的实时健康状态。实时健康状态包括机器部件的剩余使用寿命、维护时间段、服务程序要求中的一个或多个。应该设想，机器部件106的实时健康状态也可以包括任何其它此类参数，并且本公开不受任何此类参数的限制。
28.在实施例中，移动装置116可以存储机器部件106的实时健康状态的历史。在另一实施例中，远程服务器118可以存储机器部件106的实时健康状态的历史。如果需要，远程服务器118可以向移动装置提供对历史数据的访问权。在另一实施例中，iot模块112也可以存储机器部件106的实时健康状态的历史。移动装置116可以从iot模块112检索数据。移动装置116可以使用检索到的数据进行进一步处理和分析。机器部件106的实时健康状态的历史可以包括先前故障事件、导致故障的操作数据、指示潜在故障的操作数据的模式等。例如，对于空气过滤器，该历史可以包括堵塞事件、导致堵塞事件的压力值等。
29.在另一实施例中，当机器部件106的实时健康状态低于预定阈值健康状态时，移动
装置116在移动装置116上显示警报。移动装置116可以将所确定的机器部件106的实时健康状态与预定阈值健康状态进行比较，并且基于该比较显示警报。在实施例中，移动装置116可以显示指示机器部件106的实时健康状态的文本消息。
30.在另一实施例中，移动装置116建议采取纠正措施以改善机器部件106的实时健康状态。可以基于各种参数适当地为移动装置116提供预定阈值健康状态，所述参数包括机器部件106的操作条件、历史故障数据、规格等。在确定机器部件106的实时健康状态不令人满意或低于预定阈值健康状态之后，移动装置116可以基于该比较建议要采取的纠正措施。纠正措施可以涉及机器部件106的服务或维护程序、机器部件106的替换、调整机器部件106的操作条件或参数等。
31.图3示意性地示出了机器102。机器102包括系统100用于监测机器部件106的实时健康状态。系统100包括多个传感器模块108和多个iot模块112。每个传感器模块108可通信地耦接到至少一个机器部件106。在所示的实施例中，机器部件106耦接到两个传感器模块108。不过，机器部件106可以耦接到任何数量的传感器模块108。此外，每个传感器模块108可通信地耦接到对应的iot模块112。此外，每个iot模块112可通信地耦接到对应的传感器模块108和另一iot模块112。在所示的示例中，每个iot模块112可通信地耦接到两个传感器模块108。iot模块112在整个机器102中创建网状虚拟网络。iot模块112彼此互连，使得访问iot模块112中的一个可以提供对由其它iot模块112携带的信息的访问。
32.移动装置116可以连接到一个或多个iot模块112以访问关于机器部件106的相关信息。例如，如图3中所示，移动装置116可以具有由虚线圆所示的连接范围。移动装置116可以在连接范围内搜索可用iot模块112，并且继续连接到可用iot模块112。
33.示范性应用情境可以包括操作员坐在操作员舱(未示出)内。在进行中的工作周期期间，操作员走到操作员舱外检查机器部件106的实时健康状态可能不利于生产。在这种情况下，iot模块112可以设置在操作员舱附近，使得iot模块112可以在操作员携带的移动装置116的连接范围内。因此，操作员可以方便地访问位于整个机器102内的任何机器部件106的实时健康状态。
34.图4示出了关于本公开的另一示范性情境。在示范性工作现场，多个机器102可以正在工作以完成预期任务。每个机器102包括一个或多个传感器模块108和一个或多个iot模块112。不管iot模块112耦接到什么机器102，iot模块112都彼此互连。此外，在所示的示例中，每个机器102可通信地耦接到两个iot模块112。此外，每个iot模块112继而可通信地耦接到两个传感器模块108。iot模块112可以接收关于iot模块112通过传感器模块108耦接的机器部件106的实时健康状态的信息。此外，iot模块112可以通过其它iot模块112接收关于其它机器102的机器部件106的实时健康状态的信息。
35.移动装置116可以使用任何合适的无线连接方法经由相应的iot模块112连接到机器102中的一个。用户可以通过移动装置116访问关于与任何机器102耦接的任何机器部件106的实时健康状态的信息，因为所有iot模块112是彼此互连的。此外，移动装置116可以存在于后台或与负责工作现场的人员在一起，但这不限制本公开的范围。
36.工业适用性
37.图5示出了实时监测机器部件106的健康状态的方法500。机器部件106是发动机
104的空气过滤器、断裂磨损传感器和/或器具磨损传感器。在步骤502，传感器模块108生成指示机器部件106的操作特性的第一信号110。传感器模块108以规则预定间隔生成第一信号110。在步骤504，物联网(iot)模块112接收第一信号110。在步骤506，iot模块112将第一信号110从模拟格式转换成数字格式以生成第二信号114。
38.在步骤508，iot模块112以无线方式传输第二信号114。在实施例中，第二信号114指示空气过滤器的入口压力与出口压力之间的压力差。在步骤510，移动装置116接收第二信号114。在步骤512，移动装置116处理第二信号114以确定机器部件106的实时健康状态。在实施例中，处理第二信号114包括计算机器部件106的剩余使用寿命。在另一实施例中，iot模块112也可以执行处理步骤。在这种情况下，移动装置116可以被用作显示单元。在步骤514，移动装置116在移动装置116上显示机器部件106的实时健康状态。在实施例中，实时健康状态可以包括机器部件106的剩余使用寿命、维护时间段和/或服务程序要求。
39.此外，在一些实施例中，移动装置116将第二信号114发送至远程服务器118。此外，远程服务器118处理第二信号114以确定机器部件106的实时健康状态。在实施例中，处理第二信号114包括计算机器部件106的剩余使用寿命。方法500还可以包括由移动装置116从远程服务器118接收机器部件106的实时健康状态。方法500还可以包括移动装置116在移动装置116上显示机器部件106的实时健康状态。
40.本公开提供了系统100和方法500以实时地监测机器部件106的健康状态。由系统100提供的实时健康状态信息可以用于提供警报或建议要采取的纠正措施。纠正措施可以包括服务要求、替换要求或改善机器部件106的功能健康或消除机器停机时间所需的任何其它措施。应当指出，系统100可以包括可在机器操作期间提供模拟、数字、脉冲宽度调制或电流输出信号的任何类型的传感器。此外，所收集的数据可以被转发至后台，用于传感器操作的行为分析。此分析还可以用于维护/服务/维修要求。
41.移动装置116可以具有安装在其中的移动应用程序。此类移动应用程序可以用于监测一个或多个机器部件106的实时健康状态。例如，机器可以具有多个发动机空气过滤器。此类空气过滤器可以在移动应用程序上用相应的标识符进行索引。此外，可以经由文本消息或任何其它视觉指示技术、音频警报、振动警报或任何其它此类警报通过移动装置116通知用户该实时健康状态。此外，移动装置116还可以建议为维持空气过滤器的健康而要采取的纠正措施。本公开的许多此类应用可以扩展到各种类型的机器部件。因此，本公开促进了监测任何机器部件106的实时健康状态的主动方法。
42.本公开还使得本文所述的解决方案容易安装。iot模块112可以具有互补的连接端子，使得iot模块112可以连接在传感器模块108与控制器之间。在实施例中，当不存在控制器时，iot模块112可以具有适当连接端子，以连接到耦接到传感器模块108的中间部件。因此，iot模块112可以充当可改造的售后市场解决方案。在实施例中，iot模块112可以配备有备份电池布置，以确保即使当机器102不能工作时，用户也可以访问各种机器部件106的实时健康状态。
43.尽管参考以上实施例已经特别地示出并描述了本公开的各方面，但本领域技术人员将理解的是，在不脱离所公开的内容的精神和范围的情况下，可通过对所公开的机器、系统和方法的修改而设想到各个附加实施例。这样的实施例应当被理解为落入如根据权利要求书及其任何等同物所确定的本公开的范围之内。