(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210792554.4 (22)申请日 2022.07.07 (71)申请人 广州港集团有限公司 地址 510100 广东省广州市越秀区沿江东 路406号港口中心 申请人 广州港股份有限公司 　 广州港股份有限公司南沙集装箱码 头分公司 　 同济大学 (72)发明人 李益波　张氢　齐永志　孙远韬　 赵鑫　翟金金　王运　何威誉　 刘嘉辉　樊承志　 (74)专利代理 机构 广州弘邦专利商标事务所有 限公司 4 4236 专利代理师 程长文(51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 30/27(2020.01) G06F 119/04(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 基于大数据驱动 的岸桥金属结构寿命预测 系统及方法 (57)摘要 本发明涉及岸桥金属结构寿命预测技术领 域， 且公开了基于大数据驱动的岸桥金属结构 寿 命预测系统， 包括： 用于采集岸桥状态参数数据 与结构参数数据的数据采集模块、 用于建立岸桥 有限元模型并进行训练修正的数值模型建立与 修正模块、 用于处理数据， 获取载荷谱的数据分 析模块、 用于估算岸桥金属结构剩余寿命的寿命 预测模块和用于显示有限元模型， 各类参数和计 算结果的人机交互模块。 该基于大数据驱动的岸 桥金属结构寿命 预测系统， 能够解决目前岸桥金 属结构的健康监测具有难安装、 难维护、 易损坏 和难捕捉的特点， 同时考虑岸桥的全寿命周期健 康监测也较少的问题。 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 CN 115034117 A 2022.09.09 CN 115034117 A 1.基于大数据驱动的岸桥金属结构寿命预测系统， 其特征在于： 包括： 用于采集岸桥状 态参数数据与结构参数数据的数据采集模块、 用于 建立岸桥有限元模型并进 行训练修正的 数值模型建立与修正模块、 用于处理数据， 获取载荷 谱的数据分析模块、 用于估算岸桥金属 结构剩余寿命的寿命预测模块和用于显示有限元模型， 各类参数和计算结果的人机交互模 块， 所述数据采集模块的输出端分别通过导线与数值模型建立与修正模块和人机交互模块 的输入端相连接， 所述数值模型建立与修正模块的输出端通过导线与数据分析模块的输入 端相连接， 所述数据分析模块的输出端通过导线与寿命预测模块的输入端相连接， 所述寿 命预测模块的输出端通过导线与人机交 互模块的输入端相连接 。 2.根据权利要求1所述的基于大数据驱动的岸桥金属结构寿命预测系统， 其特征在于： 所述数据采集模块包括力 传感器、 位置传感器、 速度传感器、 电机扭矩传感器、 电流传感器、 累计工作计时器、 风速传感器、 振动传感器和应 变传感器； 所述位置传感器、 速度传感器、 电机扭矩传感器、 电流传感器和累计工作计时器用于获 取岸桥各机构运行参数 数据； 所述力传感器、 振动传感器、 应 变传感器用于获取岸桥结构状态监测数据； 所述风速传感器用于测量工作环境； 所述振动传感器和应 变传感器用于获取岸桥结构状态参数。 3.根据权利要求1或2所述的基于大数据驱动的岸桥金属结构寿命预测系统， 其特征在 于： 所述数值模型建立与修正模块包括有限元分析软件与响应面法训练算法， 用于建立岸 桥有限元模型并进行训练修正， 首先利用有限元分析软件建立岸桥的有限元模型， 其次获 取数据采集模块中的振动传感器采集的加速度数据， 利用监测数据结合响应面算法对岸桥 有限元模型进行修 正， 得到修 正后精准的岸桥有限元模型。 4.根据权利要求1或2所述的基于大数据驱动的岸桥金属结构寿命预测系统， 其特征在 于： 所述数据分析模块包括载荷谱分析算法， 用于处理数据， 获取载荷谱， 获取数据采集模 块中的应变传感器采集的应变监测数据， 利用载荷谱分析算法对应变数据进行处理， 得到 载荷谱。 5.根据权利要求1所述的基于大数据驱动的岸桥金属结构寿命预测系统， 其特征在于： 所述寿命预测模块包括CPU处理器与岸桥金属结构剩余寿命估算算法， 用于估算岸桥金属 结构剩余寿命， 利用数据模型建立与修正模块得到的精准的有限元模型， 结合数据分析模 块中得到的载荷谱， 对岸桥结构剩余寿命进行计算， 并采用结构剩余寿命估算算法对岸桥 剩余寿命进行 预测， 得到剩余寿命预测结果。 6.根据权利要求1所述的基于大数据驱动的岸桥金属结构寿命预测系统， 其特征在于： 所述人机交 互模块包括显示屏， 用于 显示有限元模型， 各类参数和计算结果。 7.根据权利要求1或2所述的基于大数据驱动的岸桥金属结构寿命预测系统， 其特征在 于： 所述力传感器用于记录四根起升钢丝绳的拉力， 所述位置传感器用于记录起升高度、 工 作幅度‑小车位置， 所述速度传感器用于记录小 车起升速度和小 车行走速度， 所述电机扭矩 传感器和电流传感器用于记录电机转速、 转向， 所述累计工作计时器用于记录岸桥工作历 史数据。 8.一种具有权利要求1 ‑7中任一项所述基于大数据驱动的岸桥金属结构寿命预测系统 的方法， 其特 征在于， 包括以下步骤：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115034117 A 2S1： 所述数值模型建立与修正模块首先根据岸桥图纸建立有限元初始模型， 在岸桥开 始工作时， 所述数据采集模块， 通过传感器， 定期记录岸桥运行过程中的参数， 并将采集到 的数据同时传递给 数值模型建立与修 正模块和数据分析模块； S2： 所述力传感器记录四根起升钢丝绳的拉力； 位置传感器记录起升高度、 工作幅度 ‑ 小车位置； 速度传感器记录小车起升速度和小车行走速度； 电机扭矩传感器和电流传感器 记录电机转速、 转向； 累计工作计时器记录岸桥工作时长； 风速传感器测量工作环境； 振动 传感器和应 变传感器记录岸桥工作结构参数； S3： 结合历史大数据， 采用响应面方法对有限元模型进行训练与修正， 同时计算岸桥的 应力分布； 所述数据分析模块根据电机转速、 转动方向、 电流， 配合振动传感器， 统计岸桥工 作完整周期循环； 根据岸桥工作循环， 结合起重载荷、 扭矩和速度传感器， 统计起重载荷 谱、 载荷循环次数； 根据岸桥工作循环， 结合速度传感器、 载荷传感器、 扭矩传感器、 减速器振动 传感器， 估算/识别(如果有结构振动传感器)工作动载荷， 载荷循环； S4： 根据岸桥工作循环， 结合起升高度和小车幅度位置传感器， 确定起升载荷、 小车在 岸桥上的位置循环周期； 依据动载荷、 小 车工作位置、 小 车速度， 采用有限元分析， 结合历史 大数据分析， 计算整机结构的应力， 用雨 流计数法统计 应力及其循环次数， 得到载荷谱； S5： 传递给数值模型修正模块与所述数据分析模块， 所述数据分析模块信息传递到寿 命预测模块， 用于进 行岸桥结构剩余寿命预测， 评估岸桥健康状况； 所述数值模 型建立与修 正模块和所述寿命预测模块的信息与数据均传递到人机交互模块， 以图形界面的形式将岸 桥模型， 应力状态， 载荷谱历史数据、 记录、 估算剩余寿命等结果显示给用户。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115034117 A 3