船舶机电装备故障信息模拟方法及系统

技术领域

本申请涉及实训模拟技术领域，具体而言，涉及一种船舶机电装备故障信息模拟方法及系统。

背景技术

船机电装备故障现象多样、故障原因难以确定、无法及时高效处置，存在较多难题，这给船机电专业理论与实践技能的教学训练提出了很高的要求。

船机电装备维修传统教学过程，以课堂理论学习为主，辅助以现场实践，但由于实际装备条件、故障模拟条件所限，学员很难有足够的时间深入学习，导致很难快速提高维修技能。

随着现代计算机信息化技术的发展，建设基于故障维修数据库与虚拟仿真的教学系统，可以带来更加逼真的体验，对于提高学员的维修理论基础、故障定位技能、维修实操能力有重大的意义。

在相关技术中，对于如何在系统中进行故障信息的模拟的问题，仍没有给出有效的解决方案。

发明内容

本申请的内容部分用于以简要的形式介绍构思，这些构思将在后面的具体实施方式部分被详细描述。本申请的内容部分并不旨在标识要求保护的技术方案的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求的保护的技术方案的范围。

本申请的一些实施例提出了一种船舶机电装备故障信息模拟方法及系统，来解决以上背景技术部分提到的技术问题。

作为本申请的第一方面，本申请的一些实施例提供了一种船舶机电装备故障信息模拟方法，包括如下步骤：根据船舶机电装备的照片或/和图纸建立所述船舶机电装备的标准三维模型；采集船舶机电装备的发生故障时的真实故障数据；根据所述真实故障数据建立所述模拟故障数据和与之对应的故障三维模型；响应于输入的所述模拟故障数据，查询所述故障三维模型并输出所述故障三维模型。

进一步的，其中，所述根据船舶机电装备的照片或/和图纸建立所述船舶机电装备的标准三维模型，包括：采集所述船舶机电装备所包含的部件以及部件的装配关系；根据所述部件的照片或/和图纸建立所述部件的标准三维模型；根据所述船舶机电装备的部件的装配关系将所述部件的标准三维模型组装成所述船舶机电装备的部件的标准三维模型。

进一步的，其中，所述根据所述真实故障数据建立所述模拟故障数据和与之对应的故障三维模型，包括：

获取所述船舶机电装备的真实故障数据；

对所述船舶机电装备的真实故障数据进行故障分析从而生成所述船舶机电装备的部件的真实故障数据；

根据所述船舶机电装备的部件的真实故障数据生成所述船舶机电装备的部件的模拟故障数据。

进一步的，其中，所述船舶机电装备的真实故障数据包括所述船舶机电装备的真实故障现象数据和真实故障原因数据。

进一步的，其中，所述船舶机电装备的真实故障现象数据表征所述船舶机电装备在发生该故障时的状态。

进一步的，其中，所述船舶机电装备的真实故障原因数据表征所述船舶机电装备发生该故障的原因。

进一步的，其中，所述船舶机电装备的部件的真实故障数据包括所述船舶机电装备的部件的真实故障现象数据和真实故障原因数据。

进一步的，其中，所述船舶机电装备的部件的真实故障现象数据表征所述船舶机电装备的部件在发生该故障时的状态。

进一步的，其中，所述船舶机电装备的部件的真实故障原因数据表征所述船舶机电装备的部件发生该故障的原因。

作为本申请的第二方面，本申请的一些实施例提供了一种船舶机电装备故障信息模拟系统，包括：建模模块，用于根据船舶机电装备的照片或/和图纸建立所述船舶机电装备的标准三维模型；采集模块，用于采集船舶机电装备的发生故障时的真实故障数据；模拟模块，用于根据所述真实故障数据建立所述模拟故障数据和与之对应的故障三维模型；输出模块，用于响应于输入的所述模拟故障数据，查询所述故障三维模型并输出所述故障三维模型。

本申请的有益效果在于：提供了一种可以有效在虚拟环境中构建船舶机电装备的故障信息的船舶机电装备故障信息模拟方法及系统。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

另外，贯穿附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素。应当理解附图是示意性的，元件和元素不一定按照比例绘制。

在附图中：

图1是根据本申请一种实施例的船舶机电装备故障信息模拟方法的主要步骤的示意图；

图2是根据本申请一种实施例的船舶机电装备故障信息模拟方法中一部分步骤的示意图；

图3是根据本申请一种实施例的船舶机电装备故障信息模拟方法中另一部分步骤的示意图；

图4是根据本申请一种实施例的船舶机电装备故障信息模拟系统的示意图；

图5是根据本申请一种实施例的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的某些实施例，然而应当理解的是，本公开可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本公开。应当理解的是，本公开的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本公开的保护范围。

另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要注意，本公开中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。

需要注意，本公开中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。

本公开实施方式中的多个装置之间所交互的消息或者信息的名称仅用于说明性的目的，而并不是用于对这些消息或信息的范围进行限制。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。

参照图1所示，本申请的船舶机电装备故障信息模拟方法，由一个电子设备所执行，该电子设备通过运行一个软件系统已实现该方法。

具体而言，本申请的船舶机电装备故障信息模拟方法包括如下步骤：

S1：根据船舶机电装备的照片或/和图纸建立船舶机电装备的标准三维模型。

S2：采集船舶机电装备的发生故障时的真实故障数据。

S3：根据真实故障数据建立模拟故障数据和与之对应的故障三维模型。

S4：响应于输入的模拟故障数据，查询故障三维模型并输出故障三维模型。

采用以上步骤可以将船舶机电装备及其部件的故障信息在模拟环境中进行仿真，从而便于在船舶机电装备维修实训过程中重新调用或组成新的故障信息并反馈在三维模型中以使实训人员能获得较为逼真的实训场景。

具体而言，其中，步骤S1具体可以根据电子设备所运行的软件系统中的船舶机电装备以及部件的照片和图纸数据库进行自动的三维建模，也可以是系统用户根据相应的照片和图纸进行人工的操作从而进行人工的三维建模。

一般而言，为了实现实训功能，使实训用户能够身临其境的观察船舶机电装备，大部分实训系统会在系统中建立船舶机电装备的标准三维模型以供用户观察。

因此，本申请方法仅需要在原有一般的实训系统的标准三维模型中，将标准三维模型细化到具体的部件级别。

作为具体方案，本申请步骤S1具体包括如下步骤：

S11：采集船舶机电装备所包含的部件以及部件的装配关系。

S12：根据部件的照片或/和图纸建立部件的标准三维模型。

S13：根据船舶机电装备的部件的装配关系将部件的标准三维模型组装成船舶机电装备的部件的标准三维模型。

具体而言，步骤S11既可以根据已有的数据库中船舶机电装备和部件的装配关系，也可以通过外部设备或外部系统重新建立采集船舶机电装备所包含的部件以及部件的装配关系。步骤12、13即可以通过本申请的系统实现也可以通过其他系统优先建立好。

作为优选方案，步骤S2具体包括如下步骤：

S21：获取所述船舶机电装备的真实故障数据。

S22：对所述船舶机电装备的真实故障数据进行故障分析从而生成所述船舶机电装备的部件的真实故障数据。

S23：根据所述船舶机电装备的部件的真实故障数据生成所述船舶机电装备的部件的模拟故障数据。

步骤S21中采集的方式既可以将以往的与故障相关的历史数据进行整理和标准化后导入到系统中作为“真实故障数据”，或者，采用专用的故障信息采集设备对“真实故障数据”进行采集，通过对故障采集设备的采集方式以及采集数据格式的标准化，使得故障信息采集设备传输到作为服务器的电子设备处，从而实现自动化的真实故障数据采集。

另外，步骤S22根据船舶机电装备的故障进行分析，将船舶机电装备整体的故障分解到船舶机电装备的各个部件的故障，这里分解包含故障现象的分解也包括故障原因的分解。通过步骤S22可以将故障分解到不同的部件的故障，这样可以构成基于部件的故障矩阵，这样可以实现故障信息的模块化和普适化，从而便于对新的故障或者复杂故障进行分解和数据标准化。

作为具体技术方案，船舶机电装备的真实故障数据包括船舶机电装备的真实故障现象数据和真实故障原因数据。船舶机电装备的真实故障原因数据表征船舶机电装备发生该故障的原因。船舶机电装备的真实故障现象数据表征船舶机电装备在发生该故障时的状态。

船舶机电装备的真实故障原因数据为了记录发生故障的实际原因，其记录的格式可以是标准化后的数据格式，也可以保持原始数据采集的格式。船舶机电装备的真实故障现象数据是为了记录发生故障的实际现象。类似的，真实故障现象数据也可以是标准化后的数据格式，也可以保持原始数据采集的格式。

如果是非标的数据格式，则可以在对应建立模拟故障数据时，将非标的数据进行标准化。

作为进一步的优选方案，船舶机电装备的部件的真实故障数据包括船舶机电装备的部件的真实故障现象数据和真实故障原因数据。船舶机电装备的部件的真实故障现象数据表征船舶机电装备的部件在发生该故障时的状态。船舶机电装备的部件的真实故障原因数据表征船舶机电装备的部件发生该故障的原因。

将真实故障原因数据和真实故障现象通过分析细分到具体部件后，可以分别构建船舶机电装备的部件的模拟故障现象数据和模拟故障原因数据。

类似的，舶机电装备的模拟故障数据包括船舶机电装备的模拟故障现象数据和模拟故障原因数据。船舶机电装备的模拟故障原因数据表征船舶机电装备发生该故障的原因。船舶机电装备的模拟故障现象数据表征船舶机电装备在发生该故障时的状态。

船舶机电装备的部件的模拟故障数据包括船舶机电装备的部件的模拟故障现象数据和模拟故障原因数据。船舶机电装备的部件的模拟故障现象数据表征船舶机电装备的部件在发生该故障时的状态。船舶机电装备的部件的真实故障原因数据表征船舶机电装备的部件发生该故障的原因。

这样一来，在系统需要模拟故障时，可以分别对应到部件从而模拟故障，并通过不同部件的故障拟合从而从整体上模拟船舶机电装备的故障。

真实故障数据和模拟故障数据的区别在于模拟故障数据由真实故障数据标准化而来，对于一些无法在系统中模拟现象，比如说真实故障现象数据中记载的漏液或漏油的味道，在转化为模拟故障现象数据时，系统将其转化为系统显示出的文字提示或者图形提示。再比如真实故障原因数据中记载的是“传动机构磨损导致抖动”，则在转为模拟故障原因数据时转为具体的“传动机构”的部件的磨损，比如“齿轮A、齿轮B”磨损。

作为一种扩展方案，本申请中的步骤S22，可以采用卷积神经网络实现。

具体而言，将历史数据中的船舶机电装备的真实故障数据作为输入数据，将历史数据组中的船舶机电装备的部件的真实故障数据作为输出数据，训练一个卷积神经网络模型至该卷积神经网络模型收敛，从而在重新输入新的真实故障数据时，该卷积神经网络模型可以输出对应到各部件的真实故障数据以及对应的置信度，如果置信度满足阈值的话，则采信输出结果，如果置信度不满足阈值，则可以人工进行分析，将人工分析的结果，并作为卷积神经网络模型的训练集。

更具体而言，真实故障数据以故障现象和故障原因作为字段预处理之后，以既定的格式输入至训练完成的卷积神经网络模型。

输出为标准化的针对一个船舶机电装备的部件的数据矩阵。矩阵中每行对应不同的部件，第一列内容设置为故障现象，第二列内容设置为故障原因。对于不同的船舶机电装备可以训练不同的卷积神经网络模型。

如图4所示，本申请的船舶机电装备故障信息模拟系统包括：建模模块、采集模块、模拟模块和输出模块。其中，建模模块用于根据船舶机电装备的照片或/和图纸建立船舶机电装备的标准三维模型；采集模块用于采集船舶机电装备的发生故障时的真实故障数据；模拟模块用于根据真实故障数据建立模拟故障数据和与之对应的故障三维模型；输出模块用于响应于输入的模拟故障数据，查询故障三维模型并输出故障三维模型。

如图5所示，本申请的电子设备800可以包括处理装置801(例如中央处理器、图形处理器)，其可以根据存储在只读存储器(ROM)802中的程序或者从存储装置808加载到随机访问存储器(RAM)803中的程序而执行各种适当的动作和处理。在RAM803中，还存储有电子设备800操作所需的各种程序和数据。处理装置801、ROM802以及RAM803通过总线804彼此相连。输入/输出(I/O)接口805也连接至总线804。

通常，以下装置可以连接至I/O接口805：包括例如触摸屏、触摸板、键盘、鼠标、摄像头、麦克风、加速度计、陀螺仪等的输入装置806：包括例如液晶显示器(LCD)、扬声器、振动器等的输出装置807；包括例如磁带、硬盘等的存储装置808：以及通信装置809。通信装置809可以允许电子设备800与其他设备进行无线或有线通信以交换数据。虽然图5示出了具有各种装置的电子设备800，但是应理解的是，并不要求实施或具备所有示出的装置。可以替代地实施或具备更多或更少的装置。图5中示出的每个方框可以代表一个装置，也可以根据需要代表多个装置。

特别地，根据本公开的一些实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本公开的一些实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的一些实施例中，该计算机程序可以通过通信装置809从网络上被下载和安装，或者从存储装置808被安装，或者从ROM802被安装。在该计算机程序被处理装置801执行时，执行本公开的一些实施例的方法中限定的上述功能。

需要说明的是，本公开的一些实施例上述的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。

在本公开的一些实施例中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本公开的一些实施例中，计算机可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读信号介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：电线、光缆、RF(射频)等等，或者上述的任意合适的组合。

在一些实施方式中，客户端、服务器可以利用诸如HTTP之类的任何当前已知或未来研发的网络协议进行通信，并且可以与任意形式或介质的数字数据通信(例如，通信网络)互连。通信网络的示例包括局域网(“LAN”)，广域网(“WAN”)，网际网(例如，互联网)以及端对端网络(例如，adhoc端对端网络)，以及任何当前已知或未来研发的网络。

上述计算机可读介质可以是上述电子设备中所包含的：也可以是单独存在，而未装配入该电子设备中。

可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本公开的一些实施例的操作的计算机程序代码，上述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言―诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言：诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)——连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

附图中的流程图和框图，图示了按照本公开各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。

也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。

例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

本文中以上描述的功能可以至少部分地由一个或多个硬件逻辑部件来执行。例如，非限制性地，可以使用的示范类型的硬件逻辑部件包括：现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、专用标准产品(ASSP)、片上系统(SOC)、复杂可编程逻辑设备(CPLD)等等。

以上描述仅为本公开的一些较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本公开的实施例中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本公开的实施例中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。