基于狀態監測的港口機械設備維修策略

唐琦

摘 要：隨著現代社會市場經濟的快速發展，港口流量規模日益增加，港口機械設備面臨更大的生產作業壓力，為了保證機械設備的良好運轉，工作人員要借助現代技術對機械設備展開狀態監測，依據狀態監測結果明確維修方向與計劃，借助狀態監測平臺的數據分析決策獲取最優維修策略，從而提升港口機械設備運行狀態管理與維修水平，促使機械設備始終處于良好運行狀態中，滿足港口作業需求。本文簡要分析了港口機械設備狀態監測平臺構成與功能，對基于狀態監測平臺的港口機械設備維修策略進行深入探究。

關鍵詞：狀態監測;港口機械設備;維修

近兩年，越來越多的現代技術被運用于港口碼頭，港口作業自動化進程加快，大量人工作業被自動化機械設備所取代。基于此種背景，傳統的人工巡檢也無法滿足自動化機械設備運行需求，不利于提升港口機械設備的作業效率，這就需要一種更具智能化、自動化的狀態監測平臺，實時監測港口機械設備的運行情況，獲取運行數據，通過數據分析、模擬建模、劣化模擬、精準計算等方法，掌握港口機械設備的運行狀態，及時發現運行異常問題，為工作人員的設備維護、維修管理提供策略支持。借助港口監測平臺，工作人員能夠更好的掌握機械設備運行過程，在出現運行異常時及時采取維修措施，在極大程度上提升了港口作業的自動化水平，為港口作業的進一步發展提供支持[1]。

一、港口機械設備狀態監測平臺構成與功能

現代社會港口作業自動化水平較高，存在大量不同的機械設備，傳統的人工巡檢無法滿足大量不同機械設備的運行監測與維修需求，因此，工作人員根據不同類型機械設備及其運行特點，引入了兩種不同的狀態監測機構，包括：固定式狀態監測、流動式狀態監測，構建一個狀態監測平臺[2]。

（一）固定式狀態監測機構構成與功能

固定式狀態監測機構就是在港口機械設備位置搭建特定位置的監測設備，連接狀態監測平臺，通過實時獲取該位置的機械設備運行狀態數據與情況，滿足港口工作人員的工作需求。固定式狀態監測技術，是采用網絡通訊技術、虛擬現實技術、仿真技術，將狀態監測功能與管理功能相融合，突破傳統監測系統與管理軟件局限，進一步實現了設備監測、設備管理一體化的目標。在監測平臺中，固定式狀態監測融入人機界面，具有技術管理、數據管理功能，是一個集合了監測設備、維修保養系統、預防管理系統于一體的機構。通過實時監測，能夠獲取不同機械設備的運行數據資料，包括：機構運行狀態、故障異常、保修情況、作業記錄等，這些資料會通過以太網被傳輸到服務器中，以仿真動畫的形式展現給工作人員，全面呈現機械設備的運行狀態[3]。

（二）流動式狀態監測機構構成與功能

流動式狀態監測結構，就是在流動式機械設備狀態監測調度系統基礎上，通過升級、優化得到的系統機構;這一監測機構構成包括：GPS技術、車載終端設備、服務器、控制系統，其中車載終端采用GPS技術構建通信模式，輔助工作人員獲取流動機構經過的機械設備運行情況，且工作人員能夠利用系統控制車載終端的移動速度、位置變化、發動機水溫溫度等，能夠實現全天候、智能化、人性化的機械設備運行狀態監測與管理。根據流動式狀態監測機構運行情況，其具備如下功能，包括：（1）車載語音通訊，司機能夠在車輛中與調度中心的工作人員取得聯系，根據生產需求接收調度中心指令，實現雙向溝通;（2）車輛定位信息獲取，工作人員能夠在調度中心獲取車輛的實時位置變化，明確車輛行駛情況;（3）實時跟蹤定位功能，在車輛終端的啟動、停止過程中，能夠自動上報車輛定位信息，查看車輛的指定間隔時間，對車輛進行實時定位跟蹤;（4）停留時間超長警告，若車輛長時間停留在一個區域，且時間超過預期設置時間段，車輛會自動向調度中心發出警報[4]。

二、基于狀態監測平臺的港口機械設備維修策略

（一）基于監測框架實時獲取機械設備數據

現代港口具有機械設備類型豐富、數量較多、工作狀態不同的特點，具有較強的離散性質，需要動態監測平臺實時獲取不同機械設備的運行數據，才能夠滿足工作人員的維修策略制定需求。在實際過程中，在港口不同機械設備位置設置不同的狀態監測硬件設施，對不同類型的集裝箱起重機、運輸機械設備等進行狀態監測。為了更好的獲取機械設備狀態監測數據，工作人員明確平臺監測框架如下：（1）數據采集系統;負責借助狀態監測設備獲取起重機等機械的運行信息、關鍵部件狀態信息、關鍵位置狀態報警信息、關鍵位置傳感器原始信號等，借助數據采集技術實現數據獲取與傳輸。（2）數據中心;將采集來的數據、中間數據、數據模型等儲存起來，傳輸到系統中。數據中心構成包括：原始數據庫、監測模型數據庫，其中監測模型數據庫的工作任務是從原始數據庫中獲取數據資料，將具有一定故障特征的數據匯總、讀取與分析，預測故障。（3）監控系統;系統中的重要構成，功能包括：故障診斷、數據分析、數據可視化處理與傳輸、故障預測等。監測系統可以分為6個部分，分別為數據源、數據采集、數據儲存、數據分析、業務運行、數據分析模型展示[5]。

（二）根據數據規律實時檢測與診斷故障

故障診斷是狀態監測平臺的重要功能之一，也是開展港口機械設備維修策略的主要環節;在這一過程中，系統利用數據信息對機械設備故障情況進行診斷，流程為：①根據實時數據展開故障檢測果，構建以歷史數據為核心的故障模型（如圖一）。

在實際過程中，工作人員可以利用狀態監測平臺的這一技術展開實施故障檢測工作，及時、準確發現早期故障情況、突發故障情況，提升故障診斷的精準性。為了更好的實現實時故障檢測目標，工作人員采用故障特征匹配法進行診斷，之后獲取故障診斷預警。根據圖一可以發現，實時故障檢測系統中有明確的設備故障參數標準，其中“峰值”是所檢測數據的最大數值，用來表示設備軸承的磨損程度，“有效值”受到信號能量的影響，表示設備軸承的老化情況，“峰值因子”就是指峰值與有效值之間的比值，“缺陷因子”是設定報警值的依據。在一次狀態監測平臺的使用中，工作人員發現其中一臺輪胎起重機的電機驅動峰值因子存在異常，且發出報警信號，此時工作人員根據狀態監測平臺數據，分析起重機情況，得到結論為：軸承存在明顯磨損情況，對其進行更換之后，狀態監測平臺現實各種數值下降到正常范圍內[6]。

（三）模擬劣化過程奠定維修基礎

劣化過程模擬是工作人員利用狀態平臺監測系統完成故障診斷之后，借助系統功能顯示港口機械設備劣化的一般過程情況。在平臺操作中，港口的劣化過程顯示只能夠從“較好狀態”轉移到“較差狀態”，但是不能夠在不維修的情況下從“較差狀態”恢復。關于港口機械設備故障的劣化過程模擬，就是利用平臺中的算法技術，設定港口機械設備的狀態空間，設置時間段為T、T+△，設定“較好狀態”為i，設定“較差狀態”為j。此時得到的劣化過程模擬公式為：Pij=p[Sn（t+Δ）=j|Sn（t）=i，得到狀態轉移矩陣為P=|pij|，此時若其數值滿足系統原設定標準，則P為上三角矩陣。之后分析此公式中，港口接設備在不同狀態的停留時間，實現對港口機械設備劣化過程的模擬，輔助工作人員分析港口機械設備的老化原因、故障誘因，為之后獲取最優維修方案提供方向[7]。

（四）借助馬爾科夫決策系統獲取維修策略

基于狀態監測平臺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，根據機械設備的當前狀態，采取可的維修策略，分別為：①不維修策略;②預防性維修策略;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“經濟效益之上”、“平均成本最少”、“滿足港口作業基本需求”等原則。根據狀態監測平臺數據獲取港口機械設備維修策略機油一定的隨機性，為了提升“獲取維修策略”的精準性與高效性，避免“系統隨機制定策略”的情況出現，工作人員可以借助馬爾科夫決策系統，在制定維修策略的過程中，將不同的時間點設備狀態作為決策依據，獲取不同的決策，最終對不同的決策進行對比，獲取最維修策略。工作人員可以使用“a”表示維修側，分別設置a1-a4，分別小時“不維修”、“預防性維修”、“事后維修”、“完全維修”等策略，在系統處于不同狀態時，會對這一狀態的時間點數據進行計算，若數據在分析與優化之后滿足“設備良好運行”的數據參數標準，則表示可以使用這一維修策略。另外，還需要根據不同策略方案內容，分別計算不同方案的風險成本、維修成本、監測成本、意外故障成本等，從多個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系，進一步輔助工作人員選擇合適方案[8]。

（五）計算對比獲取最優維修策略

在經過上述環節之后，狀態監測平臺的數據分析與策略制定進入初始化階段，獲取初始化策略（如表1），之后代入該機械設備的數據資料，采用“描述策略迭代法”進行處理，借助MATLAB系統進行計算，通過不同的策略迭代處理，在狀態監測平臺中獲取該機械設備的最優維修策略（如表2）。

結語：

綜上所述，結合現代港口狀態監測類型及其功能，可以發現，狀態監測平臺不僅能夠監測港口機械設備的運行過程，還能夠根據運行過程數據展開數據分析與挖掘，借助其中的計算功能展開計算，推導最優維修方案，為工作人員的港口設備維修與管理工作帶來了極大的便利。在今后的狀態監測平臺之下的機械設備維修工作中，工作人員要靈活利用狀態平臺監測中的大數據技術、實時監測技術、故障診斷模型構建技術，根據數據規律推斷故障問題，通過劣化過程模擬為之后的維修方向提供依據;還可以利用馬爾科技術得到最優維修策略，從而提升機械設備維修精準性與有效性，為港口的現代化發展提供有力保障。

參考文獻：

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[4]楊庚.論港機設備的檢測系統與維修管理[J].湖北農機化，2020（08）：82.

[5]蘭健.港口機械設備維修管理分析[J].裝備維修技術，2020（02）：316.

[6]高梓維.港口機械設備維修管理[J].設備管理與維修，2019（18）：17-19.

[7]吳孝禹，譚康超，曾祥榮.港口機械設備的維修與精細化管理[J].現代制造技術與裝備，2019（05）：219-220.

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[9]苑中鍇，范厚明，張瑩.基于狀態監測的港口機械設備維修策略研究[J].廣西大學學報（自然科學版），2018，43（03）：965-976.