专利名称：基于网络的彩色喷绘机智能维护系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种基于网络的彩色喷绘机智能维护系统，采用测控技术、无线通讯技术及网络技术，结合基于人工智能的设备性能评估和预测方法，实现彩色喷绘机的远程监控及智能维护。属于设备远程监控及维护技术领域。
背景技术：
以喷绘户外海报、看板、展览广告等为主的大幅面、高速度，高精度的彩色喷绘机(简称喷绘机)，属于典型的高科技机电一体化产品，集计算机技术、数字控制技术、微粒爆发喷墨技术、高速通讯接口技术和图形图像处理技术等多种核心技术于一身。随着国内经济技术的发展，该类产品的核心技术已被国内一些公司掌握，打破了过去产品市场一直由国外公司占据的局面。目前国内的喷绘机市场正处于起步阶段，与进口产品相比，国内产品在价格上具有一定优势，但市场竞争日趋激烈，在所掌握的核心技术差别不大的前提下，企业要想在竞争中取得领先地位，已经不能仅仅依赖于产品的质量和高的生产率，企业竞争的焦点已由产品本身的竞争发展到了产品服务水平的竞争。
与此同时，喷绘机作为机电一体化产品的复杂性大大增加了用户对终身维护的需要，用户更加注重售后服务和产品的生命周期所带来的价值。过去那种设备发生故障之后，维护人员赶赴现场的维护方式，对于企业来说，要投入大量的人力物力，使企业维护的花费成为总运营成本之中一个可观的部分。对于用户来说，故障已经对设备造成一定的损坏，而且由于喷绘机停机会造成巨大的经济损失，因而这种维护方式是很不经济的。
网络的飞速发展为解决这一问题提供了新的手段。中国发明专利(申请号00129331)公布了一种由PC机，调制解调器和程控电话交换网络构成的空调机远程监控系统，这种通过电话线与网络连接的方式，数据传输速度非常慢。中国发明专利(申请号00117125.9)提出了一种基于互联网的远程冰箱监控方法和系统，其侧重的是对智能冰箱的监控和故障诊断，不能起到故障预防的作用。研究一种新型彩色喷绘机智能维护系统，对分散在不同地区的喷绘机的运行状况进行远程监控，并收集各喷绘机的使用状况信息，为企业调整生产和销售策略提供依据，具有重要的现实意义。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于网络的彩色喷绘机智能维护系统，通过对喷绘机的性能状况进行评估和预测来避免故障的发生，提高喷绘机运行的可靠性，同时通过网络收集不同地区喷绘机的使用情况，为产品改进、耗材销售、市场策略调整等提供数据支持，实现喷绘机的远程监控与智能维护。
为了实现这一目的，本发明的基于网络的彩色喷绘机智能维护系统主要包括现场监控PC机、无线通讯模块和服务器，现场监控PC机包括传感器信号采集模块、由信号处理模块和性能预测模块组成的看门狗智能体。传感器信号采集模块负责采集安装在喷绘机不同位置的传感器信号，信号处理模块对传感器信号进行分析，提取时域或频域特征。性能预测模块首先采用主成分分析方法，从多个特征中提取反应喷绘机性能的特征向量，然后采用神经网络方法对输入的特征向量进行融合，对喷绘机的状态进行识别，对可能发生的故障进行预测。无线通讯模块通过无线数据传输的方式与因特网相连接，将看门狗智能体的分析结果及其它重要的数据信息发至服务器上的数据库中，其它用户可通过客户机/服务器方式浏览喷绘机的运行状况及其它数据信息。
本发明的系统具体包括1、传感器信号采集模块负责采集安装在彩色喷绘机上的传感器信号。监控对象彩色喷绘机按结构可分成横向字车运动系统、纵向进纸系统、供墨系统、喷绘头、横梁等几个相互独立的部分，并根据各部分的特点，确定需要测量和控制的物理量，在合适的位置安装相应的传感器。传感器信号采集模块可由安装在监控计算机上的A/D卡实现，可进行多通道传感器信号采集，其输出的多路信号与看门狗智能体中的信号处理模块相连。
2、看门狗智能体包括传感器信号处理模块和喷绘机性能预测模块。信号处理模块对所采集的多路信号进行分析，提取时域或频域特征，作为性能预测模块的输入。性能预测模块首先采用主成分分析的方法去除多个特征之间的相关性，在保持原来特征信息基本不变的情况下，利用原特征量线性组合之后形成的少数几个主成分，构成反应喷绘机性能的特征向量。然后采用基于小脑模型神经网络(简称小脑模型)的方法对特征向量进行信息融合。小脑模型的输出表示对设备性能的量化的评估，并且可以对设备的性能退化进行预测。看门狗智能体的硬件平台采用普通PC机。
3、无线通讯模块硬件主要由GPRS(通用分组无线业务)无线网卡构成。其功能主要是将设备的性能信息和其它有用的数据信息以无线方式发送到服务器上。GPRS可以提供高达115kbps速率的分组数据业务，这个速率使得包括图片、话音和视频的多媒体业务在无线网络中的传输成为可能。通过GRRS可以实现客户端到客户端、客户端到服务器的连接。GPRS为喷绘机智能维护带来的好处主要有传输速率高、接入时间短、资源利用率高、费用低廉、随时随地永远在线。
4、服务器主要用来存储有关打印机性能的重要信息，其它重要的数据信息也可以根据需要发送到服务器上，例如打印机墨水、纸张的使用情况，打印机每天的工作时间，故障发生情况等，这些数据都存储在相应数据库中，不断积累的数据信息可以进行统计分析，作为企业改进产品设计，开拓商机，调整市场策略的依据。
本发明的系统可以通过喷绘机性能退化的评估和预测，预防故障的发生，通过无线通讯技术，实现不同用户之间及不同用户与服务器之间的网络互联。总体上来说实现了喷绘机的智能维护，降低了维护费用，从而降低了生产成本，提高了企业竞争力，同时，还可以将各种重要信息进行收集和统计，为企业的决策制定提供事实依据。
图1为本发明基于网络的喷绘机智能维护系统的示意图。
图2为本发明维护系统的功能框图。
具体实施例方式
以下结合附图对本发明的系统作进一步描述。
本发明系统组成如图1所示，主要包括现场监控PC机、无线通讯模块和服务器。现场监控PC机包括传感器信号采集模块、由信号处理模块和性能预测模块组成的看门狗智能体，传感器信号采集模块的输入与彩色喷绘机中设置的多路传感器相连，传感器信号采集模块的输出与信号处理模块的输入相连，信号处理模块的输出与性能预测模块的输入相连，性能预测模块的输出与无线通讯模块相连，由无线通讯模块实现客户端到客户端、客户端到服务器的连接。
传感器信号采集模块在彩色喷绘机中采集的信号包括横向字车运动系统中采集直流伺服电机的电压、电流信号；在纵向进纸系统中采集步进电机的电压、电流及测纸和压纸信号；喷绘头的温度信号；横向导轨的振动信号；供墨系统的液位传感器信号等。多路信号通过安装在现场的监控计算机上的AC6111A/D卡进行数据采集，最大采样速度400KHz，输入量程可编程，支持多种触发形式。采样数据由看门狗智能体中的信号处理模块进行分析。
看门狗智能体中的信号处理模块，对原始数据进行分析，提取出能够表示喷绘机状态或性能的特征量。传感器信号处理方法包括幅值分析方法(最大最小值、峰-峰值)；统计分析方法(如均值、方差、均方差)；傅立叶变换或小波变换等。这些信号处理方法以模块化的形式实现，同一种信号可进行不同的处理。信号经处理后进入性能预测模块。
性能预测模块首先通过主成分分析，利用几个不相关的综合变量来代替原来较多的相关变量，不仅去除了数据之间的相关性，而且这些不相关的综合变量能够反映原变量提供的大部分信息，使后面的处理简单易行。主成分分析后得到的能够表征设备性能的主要信息作为小脑模型的输入，小脑模型完成对设备当前状态的识别及设备性能退化的预测。小脑模型神经网络的训练可分为两种情况，当喷绘机处于正常和各种故障状态时的数据都比较齐备时，可以采用各种不同状态时的数据对神经网络进行训练，假设喷绘机正常时神经网络的输出为1，当处于不同故障状态时，网络的输出为-1，-2，-3等。通过训练，使其建立输入向量与不同状态之间的对应关系，训练后的网络即可用于喷绘机性能的监控。在实际的监控过程中，当小脑模型的输出接近某种已知状态时的输出时，代表喷绘机处于该状态。当仅具有正常状态时的数据时，采用这些数据对神经网络进行训练。网络的输出越偏离1，则说明喷绘机越偏离正常状态，依据经验和手册等制定相应的阀值来决定是否需要进行报警或采取适当的维护措施。喷绘机性能信息送入无线通讯模块进行数据传输。
无线通讯模块将喷绘机的性能信息以基于GPRS的无线通讯方式，存入服务器的设备性能数据库，可供随时浏览、检查。对于GPRS，电信公司是通过DHCP(动态主机配置协议)服务器来动态分配IP(网络协议)地址的，对于要求点到点，或是点到多点的连接，两个要联接的点的IP地址是不固定的，因此本发明借助一台有静态IP地址的服务器来完成，我们称之为地址解析服务器，各个结点连上互联网后，间隔一段时间就连接到地址解析服务器去交换IP地址列表，然后根据实时的地址列表去建立TCP(传输控制协议)或是UDP(用户数据报协议)连接。基于GPRS的无线数据通讯的软件主要包括三大部分一是喷绘机现场监控计算机上的应用程序，二是服务器上运行的为用户提供服务的程序，三是为了便于工作人员的监控，从服务器上得到监控信息的程序。远程喷绘机与服务器的连接为套接字连接，服务器上提供监控信息的程序为Web Server(网络服务器)提供的Servlet程序，其它用户只要用网络浏览工具(如微软公司的网络浏览器)打开指定的地址，输入一些必要的信息，就可以在应用小程序Applet中得到所需的有关喷绘机状态的监控信息，如喷绘机不同故障发生的频率、所在位置等，这些信息可以反馈回喷绘机产品的研发和维护中心，如图2所示，从而为以后产品的改进提供依据。
喷绘机使用状况的其他重要信息，包括不同型号的喷绘机在不同地区的分布情况、喷绘机每天的工作时间、不同颜色墨水的使用情况、喷绘介质(白纸、网格、尼龙、画布等)的使用情况也可根据需要通过无线通讯模块发至服务器的数据库中，创建喷绘机的使用日志。这些信息可以反馈回图2所示的产品售后服务和销售中心，喷绘机生产商根据喷绘机在不同地区的分布情况及喷绘机的工作时间考虑本地区的市场饱和度，调整销售策略；通过及时掌握墨水和喷绘介质的使用情况，可以在用户发出购买信息之前先送货上门，并且有的放矢，以周到的服务赢得客户，增强企业竞争力，并且通过耗材市场的开拓为自己赢得更多的利润，真正实现喷绘机的智能维护。
权利要求
1一种基于网络的彩色喷绘机智能维护系统，包括现场监控PC机、无线通讯模块和服务器，其特征在于现场监控PC机包括传感器信号采集模块、由信号处理模块和性能预测模块组成的看门狗智能体，传感器信号采集模块的输入与彩色喷绘机中设置的多路传感器相连，传感器信号采集模块的输出与信号处理模块的输入相连，信号处理模块的输出与性能预测模块的输入相连，性能预测模块的输出与无线通讯模块相连，由无线通讯模块实现客户端到客户端、客户端到服务器的连接，传感器信号采集模块采集彩色喷绘机中的多路传感器信号，由信号处理模块进行分析，提取时域或频域特征，性能预测模块首先采用主成分分析方法提取传感器信号中代表喷绘机性能的特征向量，然后采用小脑模型神经网络方法对特征向量进行信息融合，对喷绘机的当前状态进行识别，对喷绘机性能的退化进行定量的评估和预测，性能预测模块的输出通过无线通讯模块发送到服务器的数据库中，并通过无线通讯模块实现客户端到客户端、客户端到服务器的连接。
2.如权利要求1的基于网络的彩色喷绘机智能维护系统，其特征在于所述传感器信号采集模块在彩色喷绘机中采集的信号包括横向字车运动系统中的直流伺服电机的电压、电流信号，纵向进纸系统中的步进电机的电压、电流及测纸和压纸信号，喷绘头的温度信号，横向导轨的振动信号，供墨系统的液位传感器信号。
全文摘要
一种基于网络的彩色喷绘机智能维护系统，采用传感器信号采集模块、信号处理模块和性能预测模块、无线通讯模块、服务器来实现。传感器信号采集模块负责喷绘机上多路传感器信号的采集，信号处理模块对传感器信号进行分析，提取时域或频域特征。性能预测模块首先采用主成分分析方法，提取反应喷绘机性能的特征向量，然后采用神经网络方法对输入的特征向量进行融合，对喷绘机的状态进行识别和故障预测。无线通讯模块通过GPRS无线数据传输方式，将数据信息发至服务器上的数据库中。本发明通过对喷绘机性能的评估预测来预防故障的发生，采用无线通讯技术实现用户之间、用户与服务器之间的网络互联，实现了喷绘机的智能维护。
文档编号H04L12/12GK1564557SQ20041001770
公开日2005年1月12日 申请日期2004年4月15日 优先权日2004年4月15日
发明者张蕾, 曹其新, 李 杰, 赵言正, 付庄 申请人:上海交通大学