一种船用潜液泵远程运维保一体化系统的制作方法

本发明属于船舶与海洋工程设备技术领域，涉及船舶与海洋工程先进结构物制造领域，以及fpso、成品油船、化学品船液货舱液货外输泵送设备领域，具体说涉及一种船用潜液泵远程运维保一体化系统。

背景技术：

随着海洋工程的发展，潜液泵的使用量在不断增加，为保证海洋工程设备的正常运行，需要对潜液泵实时监控、掌握潜液泵的运行状态，根据潜液泵的状态提前做好应对措施及处置方案。传统监测方法是采集潜液泵数据、传输并分析，取得初步进展，但是技术仍不完善，比如上位机仅是简单的数据显示(数据表)、岸上人员不能远程协助等。

本方案从虚拟现实技术着手，利用现场采集的信息实时监测船端潜液泵系统的运行状况，模拟出动态的运行状况。这样，就能在岸基系统中心构建一个实时呈现船端潜液泵运行的运维保系统。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种船用潜液泵远程运维保一体化系统，实时监测船端潜液泵系统的运行状态，模拟出动态的运行状况，并远程控制潜液泵系统的运行，保证船端潜液泵系统安全、高效地运行；而且具有良好的诊断功能，当船端潜液泵系统的数据参数出现异常时能快速地对系统进行诊断。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种船用潜液泵远程运维保一体化系统，包括岸基的潜液泵远程运维虚拟机、智能远程运维中心、数据库中心、及数据通讯模块、船端的潜液泵系统数据采集模块、船端潜液泵系统；所述船端的潜液泵系统数据采集模块采集船端潜液泵系统的参数数据并通过数据通讯模块传输至数据库中心，所述智能远程运维中心从数据库中心获取数据，并与所述岸基的潜液泵远程运维虚拟机数据传输，所述智能远程运维中心还将远程控制信息传输至船端潜液泵系统。

进一步的，所述的潜液泵远程运维虚拟机包括船端潜液泵系统虚拟场景构建模块、虚拟场景及潜液泵系统模型；

所述的智能远程运维中心包括三维运维人机界面、系统管理模块、监控及健康监测模块、故障诊断及处理模块、远程控制模块；智能远程运维中心通过接收到的船端潜液泵系统的数据实时更新潜液泵系统的运行状态，实现潜液泵健康监测的实时动态呈现及故障诊断，在系统参数数据异常时及时发出报警，并远程控制船端潜液泵系统；

所述的数据通讯模块用于建立船岸通讯的连接、接收船端的潜液泵系统数据采集模块发来的船端潜液泵系统参数数据，然后将其解析为专业性数据并存储到数据库中心，以便整个智能远程运维中心的各个功能模块调用；也负责岸基智能远程运维中心发送控制命令到船端潜液泵系统；

所述的船端的潜液泵系统数据采集模块将潜液泵系统关键参数数据经过预处理之后通过海事卫星和gprs移动3g无线通信发送至数据库中心，数据库中心具有数据存储和管理分析功能；

所述的船端潜液泵系统包括动力单元、控制单元和执行单元。

进一步的，所述的虚拟场景包括天空、船舱周围环境、海洋、船体模型，所述潜液泵系统模型包括潜液泵单元各构成部件。

进一步的，所述智能远程运维中心通过虚拟现实设备与unity3d引擎结合生成沉浸式的三维运维界面；

所述监控及健康监测模块用于实时显示船端潜液泵系统的主要性能参数，查询系统某个部分的性能参数，在这些参数超出所设阈值时发出警报信息，通知工作人员船端潜液泵系统出现异常；

所述故障诊断及处理模块用于在参数异常时判断船端潜液泵系统所发生的故障，智能查询解决方案，案例库中无类似案例时提供专家联系渠道，并且在故障解决之后将案列存入案例库；接收报警信息，并根据报警信息实现故障的智能诊断，返回故障解决方案；

所述远程控制模块用于在重大故障发生时，远程控制船端潜液泵系统急停，或是故障解决时对船端潜液泵系统的调整，以及故障修复完成时船端潜液泵系统的重新启动。

前述的船用潜液泵远程运维保一体化系统的构建方法，包括以下步骤：

(1)基于沉浸式虚拟现实的船用潜液泵远程运维保一体化系统虚拟平台的三维建模；

(2)数据库的构建：包括但不限于零部件数据库、故障案例数据库、故障记忆数据库、训练考核评估数据库；

(3)船用潜液泵远程运维保一体化系统中各功能模块的uml建模。

进一步的，所述的船用潜液泵远程运维保一体化系统的构建方法，具体步骤包括但不限于：

s1，潜液泵单元建模：使用solidworks建造模型，并通过3dsmax生成fbx文件以便unity3d调用；根据潜液泵单元的机械结构，分析潜液泵单元各部件之间的拓扑关系，建立起完整的潜液泵单元部件库；

s2，虚拟场景建模：根据模型之间的拓扑关系划分组装构建层次，将天空模型、船舱周围环境模型、海洋模型、船体模型、潜液泵系统模型组建起来,并将所有场景数据存放于unity3d引擎中；

s3，对岸基智能远程运维中心所具有的数据实时通讯、监控及健康监测模块、故障诊断及处理模块、远程控制模块、系统管理模块进行uml建模。

前述的船用潜液泵远程运维保一体化系统的应用：用于为船用潜液泵提供远程运维保支持。

利用前述的船用潜液泵远程运维保一体化系统进行潜液泵维保方法，

在维保工艺方面，采用潜液泵单元定期维护模式，该模式通过监测液压系统压力、stc阀压力、液压油温度数据进行控制；其中液压子系统采用定期与不定期相结合的维保模式，定期维保通过监测液压油冷却器、油舱液位、泵噪音手段进行，不定期维护通过设计磨粒检测开关报警、滤器堵塞报警实现；系统电控单元通过系统监测控制台指示灯开关，控制蜂鸣器、监测plc控制箱轴流风机运行、监测液压油温传感器方式实现维保任务；

在维保、维修训练评估方法方面，该系统采用沉浸式虚拟交互式维保分析评估技术与就ahp评价方法，以潜液泵系统维保工艺规程作为引导，在虚拟环境下进行交互式维保工艺规划、仿真与评价，利用沉浸式虚拟现实环境的直观性，按初始化维保工艺原则进行全方位的维保培训，分析评价各类维保操作的难易程度及实用性，并将分析本次操作信息与初始维保工艺原则的异同，从而反馈生成本次维保操作的正确性，进而有效学习潜液泵系统的正确维保流程与操作。

进一步的，所述的维保方法还包括对维修人员的综合能力评价：依据系统的虚拟维修平台的功能和维修人员实际维修情况，系统对人员综合训练能力评价分两个方面展开，一方面是对人员排故维修能力的评估，另一方面是对人员巡检维护能力的评估。

与现有技术相比，本发明优点在于：

(1)实时监测船端潜液泵系统的运行状态，模拟出动态的运行状况，具有较强的实时性，在对象允许的时间间隔内对系统进行监测，完成复杂的计算和处理并即使将信息传送给用户。

(2)远程控制潜液泵系统的运行，具有较强的灵活性和可靠性，以适应参数和环境的变化，保证船端潜液泵系统安全、高效地运行。

(3)具有良好的诊断功能，当船端潜液泵系统的数据参数出现异常时能快速地对系统进行诊断，并远程控制。

附图说明

图1为本发明实施例1的船用潜液泵远程运维保一体化系统框图；

图2为本发明实施例2的uml模型示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的说明。

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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，对于本领域普通技术人员来讲，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。

实施例1

基于虚拟现实技术的船用潜液泵远程运维保一体化系统，通过潜液泵单元建模和虚拟场景构建，在c/s架构下，利用海事卫星和gprs移动3g技术传输船端潜液泵系统的主要参数数据实现岸基系统中心的船端潜液泵系统运行状况的真实再现以及系统故障的远程诊断与排除，为管理和技术人员的管理和评判提供直观依据。

实现以下基本功能：

(1)数据采集及传输功能；(2)建立潜液泵系统远程运维数据库中心；(3)潜液泵系统监控及健康监测功能；(4)具有故障处理功能；(5)具有远程控制潜液泵系统的功能。

其中，对监控系统的智能化的要求：(1)优良的人机交互环境(2)事故追忆和趋势分析。

结合图1所示的系统框图，本实施例介绍船用潜液泵远程运维保一体化系统，包括岸基的潜液泵远程运维虚拟机、智能远程运维中心、数据库中心、及数据通讯模块、船端的潜液泵系统数据采集模块、船端潜液泵系统。船端的潜液泵系统数据采集模块采集船端潜液泵系统的参数数据并通过数据通讯模块传输至数据库中心，智能远程运维中心从数据库中心获取数据，并与岸基的潜液泵远程运维虚拟机数据传输，智能远程运维中心还将远程控制信息传输至船端潜液泵系统。

其中，潜液泵远程运维虚拟机包括船端潜液泵系统虚拟场景构建模块、虚拟场景及潜液泵系统模型。

智能远程运维中心包括三维运维人机界面、系统管理模块、监控及健康监测模块、故障诊断及处理模块、远程控制模块；智能远程运维中心通过接收到的船端潜液泵系统的数据实时更新潜液泵系统的运行状态，实现潜液泵健康监测的实时动态呈现及故障诊断，在系统参数数据异常时及时发出报警，并远程控制船端潜液泵系统。

数据通讯模块用于建立船岸通讯的连接、接收船端的潜液泵系统数据采集模块发来的船端潜液泵系统参数数据，然后将其解析为专业性数据并存储到数据库中心，以便整个智能远程运维中心的各个功能模块调用；也负责岸基智能远程运维中心发送控制命令到船端潜液泵系统。

船端的潜液泵系统数据采集模块将潜液泵系统关键参数数据经过预处理之后通过海事卫星和gprs移动3g无线通信发送至数据库中心，数据库中心具有数据存储和管理分析功能。

船端潜液泵系统包括动力单元、控制单元和执行单元。其在运行过程中会受到较多的运行状态影响，如果想对整个系统的所有运行参数都实现监测是不经济的，同时也是没有必要的。只要确定系统的关键性能参数，通过对关键性能参数的监测分析，得到系统的运行状态信息，这既实现了对潜液泵系统的监测，又减少了监测系统的成本。潜液泵系统的关键性能参数主要分为反映电气系统工作状态的性能参数、反映潜液泵单元工作状态的关键性能参数和反映液压系统工作状态的关键性能参数。

作为一个优选的实施方式，虚拟场景包括天空、船舱周围环境、海洋、船体模型，所述潜液泵系统模型包括潜液泵单元各构成部件。

作为一个优选的实施方式，智能远程运维中心通过虚拟现实设备与unity3d引擎结合生成沉浸式的三维运维界面。

作为一个优选的实施方式，监控及健康监测模块用于实时显示船端潜液泵系统的主要性能参数，查询系统某个部分的性能参数，在这些参数超出所设阈值时发出警报信息，通知工作人员船端潜液泵系统出现异常。监控及健康监测模块中管理员和普通用户所拥有的权限不同，因此以管理员和普通用户为用例，分析健康状态监测模块的需求，这一过程通过对健康状态监测模块的uml用例模型来分析完成。

报警部分实时监控接收到的数据，并与对应参数阈值对比，一旦发现某一个或者某几个参数超出阈值范围，就发出警报并且返回异常信息供其它模块调用。

作为一个优选的实施方式，故障诊断及处理模块用于在参数异常时判断船端潜液泵系统所发生的故障，智能查询解决方案，案例库中无类似案例时提供专家联系渠道，并且在故障解决之后将案列存入案例库；接收报警信息，并根据报警信息实现故障的智能诊断，返回故障解决方案。

作为一个优选的实施方式，远程控制模块用于在重大故障发生时，远程控制船端潜液泵系统急停，或是故障解决时对船端潜液泵系统的调整，以及故障修复完成时船端潜液泵系统的重新启动。

潜液泵系统工作在远离陆地的海洋中，岸基系统中心要实现对船端潜液泵系统的健康监测以及控制就需要船端潜液泵系统的实时参数数据作为支撑，这就需要系统具有数据采集以及数据远传的功能。

作为一个优选的实施方式，船端的潜液泵系统数据采集模块主要由各类型传感器、数据采集系统和rtu远程终端装置组成。各类传感器根据采集数据的属性不同，主要有压力传感器、流量传感器、电流传感器，它们分别负责采集船端潜液泵系统的压力信息、流量信息和电流信息，是整个远程运维保一体化系统的数据来源，对系统的一系列功能起着重要作用；传感器将在船端潜液泵系统获得的物理量转化为电信号传送到数据采集系统，对得到的电信号进行预处理，将数据组装为便于发送、便于处理的格式发送到rtu远程终端装置，经由rtu通过海事卫星通讯技术或者移动3ggprs技术传输到岸基的数据库中心进行数据的存储和处理。

在监测过程中分析处理信号的类型有两大类，分别为模拟量和开关量，不同类型信号的处理方式也不一样。模拟量一般都是连续变化的，传感器输出的模拟量信号需要经过模/数转为数字量后才能让计算机进行分析处理，开关量则只有两种状态的信号，譬如阀门的开关、设备的启停等。

关于无线通信方式的选择，在3g网络可覆盖的区域(距离海岸线50-100km)，可以使用3g网络进行通讯，成本较低；在3g网络覆盖不到的海区，可以使用海事卫星，经由卫星地面站进行通讯。海事卫星通讯是船岸数据交换中经常使用的一种方式。

此外，本系统还设计了pc端和移动端，通过互联网将本系统的实时数据通过短信及邮件的方式获取信息，实现方式可基于现有技术实现，此处不再赘述。

实施例2

基于沉浸式虚拟现实的船用潜液泵远程运维保一体化系统以虚拟现实技术为基础，首先建立完整的虚拟场景，利用虚拟现实技术实现虚拟场景的呈现、交互和漫游。利用现场采集的信息实时监测船端潜液泵系统的运行状况，就能利用虚拟现实引擎模拟出动态的运行状况。这样，就能在岸基系统中心构建一个实时呈现船端潜液泵系统运行状态和运行环境、有沉浸感和交互性的三维虚拟监控平台。

本实施例设计了船用潜液泵远程运维保一体化系统的构建方法，采用uml语言对潜液泵远程运维保一体化系统进行了静态建模和动态建模。包括以下步骤：

(1)基于沉浸式虚拟现实的船用潜液泵远程运维保一体化系统虚拟平台的三维建模。船用潜液泵远程运维保一体化系统首先是一个沉浸式虚拟现实系统，其次才是在此基础上实现的船岸一体远程运维系统。虚拟平台构建的真实，用户才会更有沉浸感，才会有更好的交互体验。

(2)数据库的构建：建立包括但不限于零部件数据库、故障案例数据库、故障记忆数据库、训练考核评估数据库，满足潜液泵远程运维保一体化系统的整体需求。岸基系统中心需要实时监测和控制船端潜液泵系统，必须要有大量的数据支撑。其中，从船端接收到的数据、系统用户的信息以及故障诊断时所需要的案例库信息都需要存储在数据库中，以备系统各个功能模块的随时调用。

(3)船用潜液泵远程运维保一体化系统中各功能模块的uml建模。

作为一个优选的实施方式，船用潜液泵远程运维保一体化系统的构建方法，具体步骤包括但不限于：

s1，潜液泵单元建模：

对于潜液泵单元各构成部分使用solidworks建造模型，并通过3dsmax生成fbx文件以便unity3d调用；根据潜液泵单元的机械结构，分析潜液泵单元各部件之间的拓扑关系，建立起完整的潜液泵单元部件库。同时根据虚拟场景中的其他环境要素特点采用相适应的建模技术完成模型建构工作，为潜液泵系统虚拟平台提供完善的模型文件数据库。

船用货油潜液泵机械结构可以分为三个部分：泵头组件部分、管柱组件部分和stc阀组件部分。对于潜液泵这种由多个部件组合而成的实体对象，运用具有层级关系的树型结构来表示模型的各个组成部分，可以有效描述整模型的三维空间关系、绘制与渲染的顺序及属性。

s2，虚拟场景建模：

呈现真实、逼真的船端潜液泵系统工作虚拟场景，除了针对最重要的潜液泵精确建模外，还有诸如甲板、甲板周围基础设施和天空、海洋等大量的环境对象。

根据模型之间的拓扑关系划分组装构建层次，将天空模型、船舱周围环境模型、海洋模型、船体模型、潜液泵系统模型等组建起来，并将所有场景数据存放于unity3d引擎中。

①对于海洋模型，unity3d引擎提供了相关的水资源包，可以直接从素材包中将水资源素材导入到整个场景中，也可以进行一些简单的参数设置使得水面出现波浪效果来模拟现实中海面上随风起的波浪，使系统更加真实，更具有沉浸感。②对于甲板以及甲板上的基础设施等环境对象，由于它们在远程运维系统中无需改变自己的实体状态，是静态呈现的，所以只需采用3dsmax建立其三维实体模型，然后转换为fbx文件格式导入到unity3d引擎中即可。③对于自然环境中的天空对象，我们需要采用特殊的方式实现。天空的模拟一直是室外虚拟场景建模的重要组成部分，天空对象虽然可以通过只将背景清除为淡蓝色来实现但这样效果太普通，不够真实。一般来说在这种情况下普遍适用的是天空圆顶或者天空盒技术。只要使用配合好的纹理天空圆顶和天空盒都能提供让人信服的画面。

天空盒是覆盖场景四周围的长方体,在它的各个面上贴有表示天空的纹理图片而生成真实感场景。若要生成使天空盒里面的观察者有处于苍穹之下的真实感觉,用于天空背景的纹理图片对应的边缘必须连贯的衔接。当三维复杂模型中具有多个几何形状相同属性相同但是位置不同的物体时,采用实例化技术。

lod技术包括那些通过选择对象相应的细节等级来提高图形流水线处理效率的技术。根据对象距离人的远近不同而采用的不同的处理模型表面的策略。lod技术在不影响画面视觉效果的条件下，通过逐次简化景物的表面细节来减少场景的几何复杂性，从而提高绘制算法的效率。该技术通常对每一原始多面体模型建立几个不同逼近精度的几何模型。与原模型相比，每个模型均保留了一定层次的细节。在绘制时，根据不同的标准选择适当的层次模型来表示物体。

虚拟场景中复杂场景对象的lod模型采用静态lod模型的方式。系统为场景的所有物体准备了3个lod层次，其中lod_1为最精细的模型，lod_3为最粗糙的模型，并根据视点的位置以及视点距与实体的距离以及实体在视区所处的位置确定实体的lod模型层次。

s3，对岸基智能远程运维中心所具有的数据实时通讯、监控及健康监测模块、故障诊断及处理模块、远程控制模块、系统管理模块几大功能模块进行uml建模，使系统架构更为清晰、最终实现更为便捷。

对应每个不同功能的实现都需要有相应的数据信息作为支撑。如果将这所有的数据信息都不加以分类就存储到系统数据库中，显然是很不合理的，所以我们要将数据信息进行归类划分，然后再建立合适的数据表。潜液泵远程运维保一体化系统的数据信息主要包括监测数据信息、用户信息、案例信息等。其中监测信息在使用时需要作为一个数据源使用，所以所有有关的监测数据作为一个整体设计为一张数据表，以满足实际使用需要。用户是系统操作的主体，在多个功能模块均需要使用，可将其设计成一张独立的数据表，当用户出现变化时，只需要对人员信息表进行相应的操作，就可实现系统其他模块能同步更新用户信息，而不需在每个模块中进行修改。案例信息为故障智能判断提供数据支撑，因此需要设计一张数据表满足该功能模块使用。

如图2所示，该部分主要包括时间、普通用户、管理员。各系统又对应数据通讯、监控及健康状态监测、故障诊断及处理、远程控制、系统管理。

s4，智能远程运维中心通过htcvive虚拟现实设备与unity3d引擎结合生成沉浸式的三维运维界面，通过从船端潜液泵系统接收到的数据实时更新潜液泵系统的运行状态，实现潜液泵健康监测的实时动态呈现。用户可以多角度、多方式监测，不仅可以通过htcvive虚拟设备沉浸式观察船端潜液泵系统运行时的虚拟模型，而且可以实时观察系统各部件的运行参数，信息全面完整，可以在系统参数数据异常时及时发出报警。针对潜液泵系统的潜液泵单元无法启动、排量太小，或者液压系统无系统压力或压力过低、过高，电控系统的主泵电机无法启动、cpu不运行等一系列故障建立完善的报警以及故障排除机制，防止故障产生更大影响。

实施例3

本实施例介绍船用潜液泵远程运维保一体化系统的应用：用于为船用潜液泵提供远程运维保支持。

实现的功能及取得的效果在实施例1中的船用潜液泵远程运维保一体化系统部分已经做了部分介绍，此处不再赘述。简而言之就是，基于虚拟显示技术，观察船端潜液泵系统运行时的虚拟模型及各部件的运行参数，远程监控船端潜液泵系统的运行状态，并提供健康监测功能，在系统参数数据异常时及时发出报警；并提供故障处理功能，远程控制潜液泵的运行。

实施例4

本实施例介绍船用潜液泵远程运维保一体化系统进行潜液泵维保方法。

在维保工艺方面，采用潜液泵单元定期维护模式，该模式通过监测液压系统压力、stc阀压力、液压油温度等数据进行控制；其中液压子系统采用定期与不定期相结合的维保模式，定期维保通过监测液压油冷却器、油舱液位、泵噪音手段进行，不定期维护通过设计磨粒检测开关报警、滤器堵塞报警实现；系统电控单元通过系统监测控制台指示灯开关，控制蜂鸣器、监测plc控制箱轴流风机运行、监测液压油温传感器方式实现维保任务。

在维保、维修训练评估方法方面，该系统采用沉浸式虚拟交互式维保分析评估技术与就ahp评价方法，以潜液泵系统维保工艺规程作为引导，在虚拟环境下进行交互式维保工艺规划、仿真与评价，利用沉浸式虚拟现实环境的直观性，按初始化维保工艺原则进行全方位的维保培训，分析评价各类维保操作的难易程度及实用性，并将分析本次操作信息与初始维保工艺原则的异同，从而反馈生成本次维保操作的正确性，进而有效学习潜液泵系统的正确维保流程与操作。

作为一个优选的实施方式，维保方法还包括对维修人员的综合能力评价：依据系统的虚拟维修平台的功能和维修人员实际维修情况，系统对人员综合训练能力评价分两个方面展开，一方面是对人员排故维修能力的评估，另一方面是对人员巡检维护能力的评估。

对人员排故维修能力的评估主要从产品拆装、诊断排故、维修耗时以及操作安全注意事项四个部分构成，对人员巡检维护能力的评估以巡检路线的确定、巡检点检查、巡检任务单的填写三个部分构成。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员，在本发明的实质范围内，做出的变化、改型、添加或替换，都应属于本发明的保护范围。