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第1章 绪论1

1.1 研究背景1

1.2 大型设备状态监测与故障诊断研究现状2

1.3 大型设备远程维护研究现状4

1.4 盾构机故障诊断研究现状5

第2章 监测诊断系统组成与功能介绍9

2.1 概述9

2.2 大型复杂机电设备的基本组成结构与特点9

2.3 监测诊断系统的功能需求11

2.4 监测诊断系统组成12

2.4.1 下位机系统12

2.4.2 上位机系统12

2.4.3 通信网络12

2.5 监测诊断系统主要功能介绍13

2.5.1 数据采集与传输13

2.5.2 数据存储与分析13

2.5.3 智能诊断与远程维护14

2.6 CBM介绍15

2.6.1 CBM概念15

2.6.2 CBM相关技术标准及OSA-CBM16

2.6.3 CBM系统体系结构18

2.6.4 CBM系统开发框架19

第3章 监测设备工作机理剖析21

3.1 概述21

3.2 土压平衡式盾构机及工作原理简介21

3.3 盾构机基本构造及主要子系统结构和功能介绍22

3.3.1 盾构主体22

3.3.2 刀盘系统25

3.3.3 排土装置27

3.3.4 铰接装置28

3.3.5 管片拼装系统29

3.3.6 后配套设备31

3.3.7 电气与控制系统32

3.3.8 辅助设备32

3.4 盾构机掘进工作流程32

第4章 监测诊断系统体系结构设计与研究34

4.1 概述34

4.2 监测对象选择与确定34

4.3 系统体系结构设计36

4.3.1 机载监控系统38

4.3.2 远程监控中心39

4.4 系统逻辑结构40

第5章 硬件系统环境与数据采集42

5.1 概述42

5.2 数据采集系统的分类43

5.2.1 一般数据采集系统（DAS）43

5.2.2 直接数字控制型数据采集系统（DDC）44

5.2.3 集散型数据采集系统（DCS）45

5.3 其他数据采集技术50

5.4 小结51

第6章 系统软件开发工具与环境52

6.1 概述52

6.2 软件开发工具与环境简介52

6.3 监测诊断系统开发工具选择54

6.4 软件开发框架56

6.4.1 XAF简介57

6.4.2 XAF框架57

6.4.3 XAF功能描述61

6.4.4 创建和运行一个新的解决方案65

6.5 对象关系映射工具67

6.5.1 XPO简介67

6.5.2 XPO主要特性68

6.5.3 XPO简单示例68

第7章 系统数据库设计75

7.1 概述75

7.2 数据库设计简介75

7.2.1 数据库设计方法简述75

7.2.2 数据库设计步骤76

7.2.3 数据库管理系统介绍78

7.3 需求分析79

7.3.1 需求分析内容79

7.3.2 需求分析方法80

7.4 数据库概念模型设计82

7.4.1 数据库概念设计方法82

7.4.2 数据库概念设计实现83

7.5 数据库逻辑模型设计86

7.5.1 概念模型到逻辑模型的转换方法86

7.5.2 规范化处理87

7.6 数据库物理设计87

7.6.1 设计准备88

7.6.2 物理结构确定88

7.6.3 物理结构评价90

7.7 数据库的实现90

7.7.1 命名规范91

7.7.2 数据表的详细设计92

7.7.3 数据表关系96

7.7.4 组织数据入库97

7.7.5 数据库的访问98

7.7.6 数据库的运行和维护99

7.8 实例100

7.9 小结101

第8章 数据采集103

8.1 概述103

8.2 SCADA系统简介103

8.3 数据采集硬件环境104

8.3.1 传感器介绍104

8.3.2 PLC介绍106

8.4 数据采集设计109

8.4.1 UDP通信109

8.4.2 数据采集结构111

8.5 数据采集实现112

8.5.1 模拟发送112

8.5.2 数据接收116

8.5.3 数据解析处理118

8.5.4 数据存储120

8.5.5 UI设计122

8.6 小结124

第9章 状态监测125

9.1 概述125

9.2 盾构机状态监测125

9.3 盾构机状态监测对象选择与重要性划分126

9.3.1 盾构机状态监测对象选择126

9.3.2 零部件的关键性等级划分126

9.4 盾构机状态监测方法128

9.4.1 设备状态监测一般标准128

9.4.2 幅值分析法129

9.4.3 上下限分析法132

9.5 状态监测实现134

9.5.1 监测对象的组织分类134

9.5.2 状态监测的方法140

9.5.3 UI设计144

9.6 小结147

第10章 健康评估148

10.1 概述148

10.2 机械故障诊断技术与方法148

10.2.1 传统机械故障诊断技术148

10.2.2 基于知识的智能机械故障诊断技术149

10.3 基于专家系统的盾构机故障诊断149

10.3.1 盾构机故障诊断方法的确定150

10.3.2 专家系统的研究概况与典型结构150

10.4 盾构机故障诊断专家系统结构设计开发152

10.5 知识库中知识的获取和表示方法153

10.5.1 知识的获取154

10.5.2 故障树知识表达形式155

10.5.3 故障树分析法156

10.5.4 故障树的建立156

10.6 实时快速的故障诊断171

10.7 基于贝叶斯方法的概率诊断171

10.8 时域统计分析172

10.8.1 有量纲参数指标173

10.8.2 无量纲参数指标174

10.8.3 概率密度函数175

10.9 健康评估实现175

10.9.1 知识库的建立176

10.9.2 故障诊断的流程179

10.9.3 故障树分析法180

10.9.4 快速故障诊断182

10.9.5 贝叶斯故障诊断187

10.9.6 综合诊断188

10.9.7 UI设计190

10.10 小结194

第11章 预测评估195

11.1 概述195

11.2 故障预测方法介绍195

11.2.1 定性分析方法196

11.2.2 定量分析方法196

11.2.3 组合预测198

11.3 盾构机故障预测方法选择199

11.3.1 线性回归199

11.3.2 三次指数平滑预测200

11.3.3 灰色预测202

11.3.4 组合方法预测206

11.4 预测评估实现207

11.4.1 线性回归预测法207

11.4.2 灰色模型预测209

11.4.3 UI设计215

11.5 小结217

第12章 建议生成218

12.1 概述218

12.2 盾构故障解决方案整理218

12.3 工作流程的确定220

12.4 建议报表格式设计221

12.5 建议生成实现227

12.5.1 生成建议报表227

12.5.2 UI设计229

12.6 小结231

第13章 远程维护技术232

13.1 概述232

13.2 远程维护技术简介232

13.3 远程维护的通信方式选择233

13.3.1 有线通信方式233

13.3.2 无线通信方式237

13.3.3 远程通信方式的选择239

13.4 远程维护的体系结构选择240

13.4.1 C/S体系结构240

13.4.2 B/S体系结构241

13.4.3 三层C/S体系结构242

13.4.4 系统体系结构的比较与区别243

13.4.5 本系统采用的体系结构244

13.5 远程数据访问技术选择244

13.5.1 Web Service245

13.5.2 Windows Communication Foundation247

13.5.3 基于TCP/IP的远程通信248

13.6 远程维护总体结构设计252

13.7 远程通信技术与实现253

13.7.1 Socket套接字简介253

13.7.2 远程通信的实现254

13.7.3 远程维护系统UI设计263

13.8 小结264

第14章 硬件需求和安装265

14.1 概述265

14.2 硬件需求265

14.3 硬件功能说明265

14.4 硬件安装位置266

14.5 小结271

第15章 总结与展望272

15.1 总结272

15.2 展望273

附录275

附录A 盾构机零部件关键性等级划分275

附录B 盾构机部分零部件性能指标280

参考文献282