基於網絡的彩色噴繪機智能維護系統的製作方法
2023-10-18 14:20:39 2
專利名稱：基於網絡的彩色噴繪機智能維護系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種基於網絡的彩色噴繪機智能維護系統，採用測控技術、無線通訊技術及網絡技術，結合基於人工智慧的設備性能評估和預測方法，實現彩色噴繪機的遠程監控及智能維護。屬於設備遠程監控及維護技術領域。
背景技術：
以噴繪戶外海報、看板、展覽廣告等為主的大幅面、高速度，高精度的彩色噴繪機(簡稱噴繪機)，屬於典型的高科技機電一體化產品，集計算機技術、數字控制技術、微粒爆發噴墨技術、高速通訊接口技術和圖形圖像處理技術等多種核心技術於一身。隨著國內經濟技術的發展，該類產品的核心技術已被國內一些公司掌握，打破了過去產品市場一直由國外公司佔據的局面。目前國內的噴繪機市場正處於起步階段，與進口產品相比，國內產品在價格上具有一定優勢，但市場競爭日趨激烈，在所掌握的核心技術差別不大的前提下，企業要想在競爭中取得領先地位，已經不能僅僅依賴於產品的質量和高的生產率，企業競爭的焦點已由產品本身的競爭發展到了產品服務水平的競爭。
與此同時，噴繪機作為機電一體化產品的複雜性大大增加了用戶對終身維護的需要，用戶更加注重售後服務和產品的生命周期所帶來的價值。過去那種設備發生故障之後，維護人員趕赴現場的維護方式，對於企業來說，要投入大量的人力物力，使企業維護的花費成為總運營成本之中一個可觀的部分。對於用戶來說，故障已經對設備造成一定的損壞，而且由於噴繪機停機會造成巨大的經濟損失，因而這種維護方式是很不經濟的。
網絡的飛速發展為解決這一問題提供了新的手段。中國發明專利(申請號00129331)公布了一種由PC機，數據機和程控電話交換網絡構成的空調機遠程監控系統，這種通過電話線與網絡連接的方式，數據傳輸速度非常慢。中國發明專利(申請號00117125.9)提出了一種基於網際網路的遠程冰箱監控方法和系統，其側重的是對智能冰箱的監控和故障診斷，不能起到故障預防的作用。研究一種新型彩色噴繪機智能維護系統，對分散在不同地區的噴繪機的運行狀況進行遠程監控，並收集各噴繪機的使用狀況信息，為企業調整生產和銷售策略提供依據，具有重要的現實意義。
發明內容
本發明的目的在於針對現有技術的不足，提供一種基於網絡的彩色噴繪機智能維護系統，通過對噴繪機的性能狀況進行評估和預測來避免故障的發生，提高噴繪機運行的可靠性，同時通過網絡收集不同地區噴繪機的使用情況，為產品改進、耗材銷售、市場策略調整等提供數據支持，實現噴繪機的遠程監控與智能維護。
為了實現這一目的，本發明的基於網絡的彩色噴繪機智能維護系統主要包括現場監控PC機、無線通訊模塊和伺服器，現場監控PC機包括傳感器信號採集模塊、由信號處理模塊和性能預測模塊組成的看門狗智能體。傳感器信號採集模塊負責採集安裝在噴繪機不同位置的傳感器信號，信號處理模塊對傳感器信號進行分析，提取時域或頻域特徵。性能預測模塊首先採用主成分分析方法，從多個特徵中提取反應噴繪機性能的特徵向量，然後採用神經網絡方法對輸入的特徵向量進行融合，對噴繪機的狀態進行識別，對可能發生的故障進行預測。無線通訊模塊通過無線數據傳輸的方式與網際網路相連接，將看門狗智能體的分析結果及其它重要的數據信息發至伺服器上的資料庫中，其它用戶可通過客戶機/伺服器方式瀏覽噴繪機的運行狀況及其它數據信息。
本發明的系統具體包括1、傳感器信號採集模塊負責採集安裝在彩色噴繪機上的傳感器信號。監控對象彩色噴繪機按結構可分成橫向字車運動系統、縱向進紙系統、供墨系統、噴繪頭、橫梁等幾個相互獨立的部分，並根據各部分的特點，確定需要測量和控制的物理量，在合適的位置安裝相應的傳感器。傳感器信號採集模塊可由安裝在監控計算機上的A/D卡實現，可進行多通道傳感器信號採集，其輸出的多路信號與看門狗智能體中的信號處理模塊相連。
2、看門狗智能體包括傳感器信號處理模塊和噴繪機性能預測模塊。信號處理模塊對所採集的多路信號進行分析，提取時域或頻域特徵，作為性能預測模塊的輸入。性能預測模塊首先採用主成分分析的方法去除多個特徵之間的相關性，在保持原來特徵信息基本不變的情況下，利用原特徵量線性組合之後形成的少數幾個主成分，構成反應噴繪機性能的特徵向量。然後採用基於小腦模型神經網絡(簡稱小腦模型)的方法對特徵向量進行信息融合。小腦模型的輸出表示對設備性能的量化的評估，並且可以對設備的性能退化進行預測。看門狗智能體的硬體平臺採用普通PC機。
3、無線通訊模塊硬體主要由GPRS(通用分組無線業務)無線網卡構成。其功能主要是將設備的性能信息和其它有用的數據信息以無線方式發送到伺服器上。GPRS可以提供高達115kbps速率的分組數據業務，這個速率使得包括圖片、話音和視頻的多媒體業務在無線網絡中的傳輸成為可能。通過GRRS可以實現客戶端到客戶端、客戶端到伺服器的連接。GPRS為噴繪機智能維護帶來的好處主要有傳輸速率高、接入時間短、資源利用率高、費用低廉、隨時隨地永遠在線。
4、伺服器主要用來存儲有關印表機性能的重要信息，其它重要的數據信息也可以根據需要發送到伺服器上，例如印表機墨水、紙張的使用情況，印表機每天的工作時間，故障發生情況等，這些數據都存儲在相應資料庫中，不斷積累的數據信息可以進行統計分析，作為企業改進產品設計，開拓商機，調整市場策略的依據。
本發明的系統可以通過噴繪機性能退化的評估和預測，預防故障的發生，通過無線通訊技術，實現不同用戶之間及不同用戶與伺服器之間的網絡互聯。總體上來說實現了噴繪機的智能維護，降低了維護費用，從而降低了生產成本，提高了企業競爭力，同時，還可以將各種重要信息進行收集和統計，為企業的決策制定提供事實依據。
圖1為本發明基於網絡的噴繪機智能維護系統的示意圖。
圖2為本發明維護系統的功能框圖。
具體實施例方式
以下結合附圖對本發明的系統作進一步描述。
本發明系統組成如圖1所示，主要包括現場監控PC機、無線通訊模塊和伺服器。現場監控PC機包括傳感器信號採集模塊、由信號處理模塊和性能預測模塊組成的看門狗智能體，傳感器信號採集模塊的輸入與彩色噴繪機中設置的多路傳感器相連，傳感器信號採集模塊的輸出與信號處理模塊的輸入相連，信號處理模塊的輸出與性能預測模塊的輸入相連，性能預測模塊的輸出與無線通訊模塊相連，由無線通訊模塊實現客戶端到客戶端、客戶端到伺服器的連接。
傳感器信號採集模塊在彩色噴繪機中採集的信號包括橫向字車運動系統中採集直流伺服電機的電壓、電流信號；在縱向進紙系統中採集步進電機的電壓、電流及測紙和壓紙信號；噴繪頭的溫度信號；橫嚮導軌的振動信號；供墨系統的液位傳感器信號等。多路信號通過安裝在現場的監控計算機上的AC6111A/D卡進行數據採集，最大採樣速度400KHz，輸入量程可編程，支持多種觸發形式。採樣數據由看門狗智能體中的信號處理模塊進行分析。
看門狗智能體中的信號處理模塊，對原始數據進行分析，提取出能夠表示噴繪機狀態或性能的特徵量。傳感器信號處理方法包括幅值分析方法(最大最小值、峰-峰值)；統計分析方法(如均值、方差、均方差)；傅立葉變換或小波變換等。這些信號處理方法以模塊化的形式實現，同一種信號可進行不同的處理。信號經處理後進入性能預測模塊。
性能預測模塊首先通過主成分分析，利用幾個不相關的綜合變量來代替原來較多的相關變量，不僅去除了數據之間的相關性，而且這些不相關的綜合變量能夠反映原變量提供的大部分信息，使後面的處理簡單易行。主成分分析後得到的能夠表徵設備性能的主要信息作為小腦模型的輸入，小腦模型完成對設備當前狀態的識別及設備性能退化的預測。小腦模型神經網絡的訓練可分為兩種情況，當噴繪機處於正常和各種故障狀態時的數據都比較齊備時，可以採用各種不同狀態時的數據對神經網絡進行訓練，假設噴繪機正常時神經網絡的輸出為1，當處於不同故障狀態時，網絡的輸出為-1，-2，-3等。通過訓練，使其建立輸入向量與不同狀態之間的對應關係，訓練後的網絡即可用於噴繪機性能的監控。在實際的監控過程中，當小腦模型的輸出接近某種已知狀態時的輸出時，代表噴繪機處於該狀態。當僅具有正常狀態時的數據時，採用這些數據對神經網絡進行訓練。網絡的輸出越偏離1，則說明噴繪機越偏離正常狀態，依據經驗和手冊等制定相應的閥值來決定是否需要進行報警或採取適當的維護措施。噴繪機性能信息送入無線通訊模塊進行數據傳輸。
無線通訊模塊將噴繪機的性能信息以基於GPRS的無線通訊方式，存入伺服器的設備性能資料庫，可供隨時瀏覽、檢查。對於GPRS，電信公司是通過DHCP(動態主機配置協議)伺服器來動態分配IP(網絡協議)地址的，對於要求點到點，或是點到多點的連接，兩個要聯接的點的IP位址是不固定的，因此本發明藉助一臺有靜態IP位址的伺服器來完成，我們稱之為地址解析伺服器，各個結點連上網際網路後，間隔一段時間就連接到地址解析伺服器去交換IP位址列表，然後根據實時的地址列表去建立TCP(傳輸控制協議)或是UDP(用戶數據報協議)連接。基於GPRS的無線數據通訊的軟體主要包括三大部分一是噴繪機現場監控計算機上的應用程式，二是伺服器上運行的為用戶提供服務的程序，三是為了便於工作人員的監控，從伺服器上得到監控信息的程序。遠程噴繪機與伺服器的連接為套接字連接，伺服器上提供監控信息的程序為Web Server(網絡伺服器)提供的Servlet程序，其它用戶只要用網絡瀏覽工具(如微軟公司的網絡瀏覽器)打開指定的地址，輸入一些必要的信息，就可以在應用小程序Applet中得到所需的有關噴繪機狀態的監控信息，如噴繪機不同故障發生的頻率、所在位置等，這些信息可以反饋回噴繪機產品的研發和維護中心，如圖2所示，從而為以後產品的改進提供依據。
噴繪機使用狀況的其他重要信息，包括不同型號的噴繪機在不同地區的分布情況、噴繪機每天的工作時間、不同顏色墨水的使用情況、噴繪介質(白紙、網格、尼龍、畫布等)的使用情況也可根據需要通過無線通訊模塊發至伺服器的資料庫中，創建噴繪機的使用日誌。這些信息可以反饋回圖2所示的產品售後服務和銷售中心，噴繪機生產商根據噴繪機在不同地區的分布情況及噴繪機的工作時間考慮本地區的市場飽和度，調整銷售策略；通過及時掌握墨水和噴繪介質的使用情況，可以在用戶發出購買信息之前先送貨上門，並且有的放矢，以周到的服務贏得客戶，增強企業競爭力，並且通過耗材市場的開拓為自己贏得更多的利潤，真正實現噴繪機的智能維護。
權利要求
1一種基於網絡的彩色噴繪機智能維護系統，包括現場監控PC機、無線通訊模塊和伺服器，其特徵在於現場監控PC機包括傳感器信號採集模塊、由信號處理模塊和性能預測模塊組成的看門狗智能體，傳感器信號採集模塊的輸入與彩色噴繪機中設置的多路傳感器相連，傳感器信號採集模塊的輸出與信號處理模塊的輸入相連，信號處理模塊的輸出與性能預測模塊的輸入相連，性能預測模塊的輸出與無線通訊模塊相連，由無線通訊模塊實現客戶端到客戶端、客戶端到伺服器的連接，傳感器信號採集模塊採集彩色噴繪機中的多路傳感器信號，由信號處理模塊進行分析，提取時域或頻域特徵，性能預測模塊首先採用主成分分析方法提取傳感器信號中代表噴繪機性能的特徵向量，然後採用小腦模型神經網絡方法對特徵向量進行信息融合，對噴繪機的當前狀態進行識別，對噴繪機性能的退化進行定量的評估和預測，性能預測模塊的輸出通過無線通訊模塊發送到伺服器的資料庫中，並通過無線通訊模塊實現客戶端到客戶端、客戶端到伺服器的連接。
2.如權利要求1的基於網絡的彩色噴繪機智能維護系統，其特徵在於所述傳感器信號採集模塊在彩色噴繪機中採集的信號包括橫向字車運動系統中的直流伺服電機的電壓、電流信號，縱向進紙系統中的步進電機的電壓、電流及測紙和壓紙信號，噴繪頭的溫度信號，橫嚮導軌的振動信號，供墨系統的液位傳感器信號。
全文摘要
一種基於網絡的彩色噴繪機智能維護系統，採用傳感器信號採集模塊、信號處理模塊和性能預測模塊、無線通訊模塊、伺服器來實現。傳感器信號採集模塊負責噴繪機上多路傳感器信號的採集，信號處理模塊對傳感器信號進行分析，提取時域或頻域特徵。性能預測模塊首先採用主成分分析方法，提取反應噴繪機性能的特徵向量，然後採用神經網絡方法對輸入的特徵向量進行融合，對噴繪機的狀態進行識別和故障預測。無線通訊模塊通過GPRS無線數據傳輸方式，將數據信息發至伺服器上的資料庫中。本發明通過對噴繪機性能的評估預測來預防故障的發生，採用無線通訊技術實現用戶之間、用戶與伺服器之間的網絡互聯，實現了噴繪機的智能維護。
文檔編號H04L12/12GK1564557SQ20041001770
公開日2005年1月12日 申請日期2004年4月15日 優先權日2004年4月15日
發明者張蕾, 曹其新, 李 傑, 趙言正, 付莊 申請人:上海交通大學