《全断面隧道掘进机 预测性维护系统 功能要求》

ICS25.040.40

N19

团体标准

T/CAMSXXXXX—XXXX

全断面隧道掘进机预测性维护系统功能

要求

Fullfacetunnelboringmachine-predictivemaintenancesystem-functional

requirements

在提交反馈意见时，请将您知道的相关专利连同支持性文件一并附上。

XXXX-XX-XX发布XXXX-XX-XX实施

中国机械工业标准化技术协会发布

GB/TXXXXX—XXXX

前言

本文件按照GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的

规定起草。

请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。

本文件由中国机械工业标准化技术协会提出。

本文件由中国机械工业标准化技术协会仪器仪表及自动化专业委员会归口。

本文件起草单位：

本文件主要起草人：

II

GB/TXXXXX—XXXX

全断面隧道掘进机预测性维护系统功能要求

1范围

本标准规定了全断面隧道掘进机预测性维护系统的系统架构、网络构建、功能模型及功能要求。

本标准适用于全断面隧道掘进机预测性维护系统的设计、开发、使用和维护等。

2规范性引用文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文

件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T20921-2007机器状态监测与诊断词汇

GB/T40571-2021智能服务预测性维护通用要求

T/CAMSXXXXX-XXXX全断面隧道掘进机故障信息数据字典

3术语和定义

GB/T40571-2021界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

3.1

故障fault

可能导致功能单元执行要求功能的能力降低或丧失的异常状况。

[来源：GB/T15969.6-2015，3.24]

3.2

故障诊断failurediagnosis

为确定故障的性质（种类、状况、程度和原因）而检验症状和症候群的活动。

[来源：GB/T20921-2007，2.6，有修改]

注：故障诊断可能得到设备故障根本原因，也可能只确定设备故障问题。

3.3

故障报警failurealarm

故障诊断所选定的参数或逻辑组合出现异常，系统或设备已发生故障问题，要求采取纠正行动保持

或恢复到能执行规定功能和性能要求时通知人员的活动。

[来源：GB/T20921-2007，5.2，有修改]

3.4

故障预警failurealarm

故障诊断所选定的参数或逻辑组合出现异常征兆，系统或设备暂未发生故障问题，维持执行规定功

1

GB/TXXXXX—XXXX

能和性能要求通知人员的活动。

3.5

全断面隧道掘进机fullfacetunnelboringmachine

通过开挖并推进式前进实现隧道全断面成型，且带有周边壳体的专用机械设备。主要包括盾构机、

岩石隧道掘进机、顶管机等。

[GB/T34354-2017，2.1]

3.6

维护maintenance

为使设备保持或恢复到能执行规定功能和性能要求的状态进行的一系列工作。维护工作包括保养和

维修。

[来源：GB/T31052.1-2014，3.5，有修改]

3.7

预测性维护predictivemaintenance

根据观测到的状况而决定的连续或间断进行的维护，以监测、诊断或预测构筑物、系统或部件的条

件指标。

[来源：GB/T40571-2021，3.5]

4总则

4.1系统架构

全断面隧道掘进机实现基于预测的维护，即通过运行状态相关数据的采集，完成状态识别、故障诊

断、寿命预测等功能，并预先提供维修和维护方案，支持全断面隧道掘进机的维修维护管理。该类预测

性维护可基于独立的系统开展，也可与其他信息系统互联互通。

全断面隧道掘进机预测性维护系统架构应按设备层、监测层、存储层、业务层和展示层进行设计，

如图1所示。

预测性维护系统架构宜采用分布式架构，计算及存储具备动态扩容能力。

2

GB/TXXXXX—XXXX

图1全断面隧道掘进机预测性维护系统架构

全断面隧道掘进机预测性维护系统各层级应满足：

——设备层：设备层为预测性维护系统的对象，应包括设备及零部件，如盾构机、TBM、主驱动等；

——监测层：监测层由数据采集系统组成，监测层应能对隧道掘进机的数据进行采集和预处理，采

集的数据包括但不限于隧道作业环境数据、项目及施工数据、导向数据、运行数据等，同时应

具备数据清洗、特征提取、数据降噪、数据过滤等能力；

——存储层：存储层应采用数据库系统对数据进行保存和管理，数据库系统应具有数据备份和恢复

功能；

——业务层：应包含业务管理、系统接口和系统管理。其中业务管理包括故障诊断、寿命预测和维

护管理等功能，系统接口可实现与不同管理系统的互联互通，系统管理应实现用户管理、权限

控制、系统安全等；

——展示层：可通过客户端、网页、APP等形式展示预测性维护相关信息，展示信息包括但不限于

总览信息、故障报警、设备管理、备件管理等。

4.2网络构建

全断面隧道掘进机预测性维护系统网络架构应满足：

——应包括本地监控单元和远程预测性维护系统，本地监控单元可实现掘进机运行数据的采集，并

具备故障数据的获取和传输能力，典型掘进机故障信息基本数据和信息模型应符合

T/CAMSXXXXX-XXXX的要求；

——隧道掘进机设备参数采集网络应采用独立网关隔离将设备区和办公网络划分不同区域，避免设

备区受干扰；

——数据传输网络带宽不应低于100MB/s；

——掘进机与远程预测性维护系统间可采用基于TCP/IP协议的数据网络。

4.3功能模型

3

GB/TXXXXX—XXXX

全断面隧道掘进机预测性维护系统的功能可分为核心功能和扩展功能，核心功能是指全断面隧道掘

进机预测性维护系统必须具备的功能，扩展功能是指用户根据需要选择采用的功能。

核心功能包括数据采集、状态监测、故障诊断、寿命预测、维修维护管理和可视化。扩展功能包括

但不限于设备管理、数据与知识库、资源管理、虚拟维修、远程专家系统等。用户可根据实际需求进行

选择。

全断面隧道掘进机预测性维护系统的功能模型如图1所示。全断面隧道掘进机预测性维护系统应具

备与其他系统的接口，以满足其与外部系统互联互通的需求。

核心功能

运行数据信息输出

数据

数据采集可视化

状态数据执行反馈维护策略执行反馈

设备状态

状态数据状态监测维修维护管理

结构信息

预测结果

状态数据执行反馈诊断结果RUL值执行反馈

设备参数

设备状态

状态数据

远程专家支持

故障诊断寿命预测维护策略

故障判别与定位维护资源

故障知识故障模式历史数据RUL值

扩展功能

设备管理数据与知识库资源管理虚拟维修远程专家系统

图2预测性维护功能模型图

5核心功能要求

5.1数据采集

5.1.1数据采集方式

全断面隧道掘进机预测性维护系统的数据采集包括但不限于以下方式：

——通过设备固有方式进行采集，包括通过设备通信接口、控制系统等；

——通过加装传感器方式进行采集，必要时应配备相应的数据采集模块；

——通过人工方式进行采集，如手工录入表格数据、取样离线分析等；

——数据采集工具包括但不限于振动测试仪、超声波测厚仪、钢卷尺、钢板尺、直角尺、秒表、压

力表、兆欧表、接地电阻仪、照度仪、声级计、内窥镜、红外测温仪、气体检测仪、温湿度计、

故障听诊器等。

5.1.2数据采集要求

根据掘进机的特点，其数据采集功能应符合以下要求：

4

GB/TXXXXX—XXXX

——油水监测：应采集全断面隧道掘进机中液压油、润滑油(包括但不限于主驱动减速机润滑油、

主轴承润滑油、螺旋输送机减速机润滑油)、润滑脂和内循环冷却介质等油水信息；

——机械监测：应采集全断面隧道掘进机中主轴承、主驱动马达或主电机、主驱动减速机、液压泵

站、螺旋输送机筒体、皮带机滚筒等部件的机械状态信息；

——对于周期性数据，采集频率应高于最大被观测频率的2倍，对于瞬态数据，采集频率宜高于瞬

态一个数量级，对于高频数据，宜在采集边缘端进行数据预处理和特征提取。

——高效存取协议：

5.2状态监测

系统应具备实时数据显示功能，能够实时显示设备状态数据，显示方式可为文本、图形、列表等多

种形式，宜将状态数据按类别分区域显示；

系统宜具备历史数据检索功能，能够检索设备历史状态数据，应支持特定数据的筛选；

系统宜具备异常数据识别功能，能够识别设备运行时出现的故障特征信号；

系统应具备阈值报警功能，并可将报警信息发送至驾驶舱或用户终端。

5.3故障诊断

系统应具备故障报警功能，应记录设备信息、故障问题、点位信息、报警值、报警时间、处理建议。

系统应具备故障判定功能，应记录设备信息、故障码、对应故障报警信息、判定依据、判定时间、

维修建议。

系统宜具备故障诊断评价功能，应记录正确性、实际故障现象、实际故障原因和实际处理措施。

5.4寿命预测

系统应具备寿命预测功能，包含根据故障诊断提供的类型判断、故障定位等数据，对设备的RUL

进行评估，应记录设备信息、RUL、未来处理建议。

系统应具备健康管理功能。

系统应提供设备关键部位的预测性维护方法和规章制度。

可利用基于专家系统的故障预测模型进行预测，包括但不限于专家系统、知识工程、模糊逻辑、神

经网络和小波分析等。

5.5维护管理

系统应包括依据寿命预测结果，结合生产实际情况建立的应急响应机制，且具备制定维护维修策略

的能力。应急响应机制包括:

——给出立即停机或一定时间后停机的建议；

——维护维修的可行性优化，如虚拟维修等；

——备品备件、维修人员的资源调度优化。

当维修任务完成后，宜记录维修过程和掘进机的变化，包括使用的备件、工艺和维修期间发现的其

他故障。上述信息应记录到掘进机预测性维护系统中的历史记录表格中，将有助于后续的诊断与预测，

以及有效性评审。

5.6可视化

系统应具备可视化功能，可采取方法有可视化的图、表，特定的性能曲线或三维曲面等。

5

GB/TXXXXX—XXXX

系统应具有但不限于掘进机状态总览信息、掘进机主机及其子系统信息、故障状态信息、故障报警

信息、寿命预测信息、维护管理信息、报表信息等展示功能；

系统总览中宜显示掘进机组态信息、关键信息实时指标、当前掘进机编号、运行状态、当前桩号/

环号等信息。

6扩展功能要求

6.1系统通用管理

系统应具备设备连接配置功能，可配置多个监测终端、采集单元或软件系统。

系统能够对时序数据、结构化数据、非结构化数据进行存储和使用。

系统宜具备设备与系统交互数据在设备端的加密、解密、压缩、解压缩处理功能。

系统应具备上层系统或平台：将采集的数据上传至系统或平台中进行分析和预测，并能够不断修正

预测结果，为了更好地实现设备维护，该系统或平台应与其他信息管理平台进行信息交互。

6

GB/TXXXXX—XXXX

目次

前言....................................................................................................................................................II

1范围.........................................................................................................................................................1

2规范性引用文件.....................................................................................................................................1

3术语和定义.............................................................................................................................................1

4总则.........................................................................................................................................................2

4.1系统架构....................................................................................................................................................2

4.2网络构建....................................................................................................................................................3

4.3功能模型....................................................................................................................................................3

5核心功能要求.........................................................................................................................................4

5.1数据采集....................................................................................................................................................4

5.1.1数据采集方式...............................................................4

5.1.2数据采集要求...............................................................4

5.2状态监测....................................................................................................................................................5

5.3故障诊断....................................................................................................................................................5

5.4寿命预测....................................................................................................................................................5

5.5维护管理....................................................................................................................................................5

5.6可视化........................................................................................................................................................5

6扩展功能要求.........................................................................................................................................6

6.1系统通用管理............................................................................................................................................6

I

GB/TXXXXX—XXXX

全断面隧道掘进机预测性维护系统功能要求

1范围

本标准规定了全断面隧道掘进机预测性维护系统的系统架构、网络构建、功能模型及功能要求。

本标准适用于全断面隧道掘进机预测性维护系统的设计、开发、使用和维护等。

2规范性引用文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文

件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T20921-2007机器状态监测与诊断词汇

GB/T40571-2021智能服务预测性维护通用要求

T/CAMSXXXXX-XXXX全断面隧道掘进机故障信息数据字典

3术语和定义

GB/T40571-2021界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

3.1

故障fault

可能导致功能单元执行要求功能的能力降低或丧失的异常状况。

[来源：GB/T15969.6-2015，3.24]

3.2

故障诊断failurediagnosis

为确定故障的性质（种类、状况、程度和原因）而检验症状和症候群的活动。

[来源：GB/T20921-2007，2.6，有修改]

注：故障诊断可能得到设备故障根本原因，也可能只确定设备故障问题。

3.3

故障报警failurealarm

故障诊断所选定的参数或逻辑组合出现异常，系统或设备已发生故障问题，要求采取纠正行动保持

或恢复到能执行规定功能和性能要求时通知人员的活动。

[来源：GB/T20921-2007，5.2，有修改]

3.4

故障预警failurealarm

故障诊断所选定的参数或逻辑组合出现异常征兆，系统或设备暂未发生故障问题，维持执行规定功

1

GB/TXXXXX—XXXX

能和性能要求通知人员的活动。

3.5

全断面隧道掘进机fullfacetunnelboringmachine

通过开挖并推进式前进实现隧道全断面成型，且带有周边壳体的专用机械设备。主要包括盾构机、

岩石隧道掘进机、顶管机等。

[GB/T34354-2017，2.1]

3.6

维护maintenance

为使设备保持或恢复到能执行规定功能和性能要求的状态进行的一系列工作。维护工作包括保养和

维修。

[来源：GB/T31052.1-2014，3.5，有修改]

3.7

预测性维护predictivemaintenance

根据观测到的状况而决定的连续或间断进行的维护，以监测、诊断或预测构筑物、系统或部件的条

件指标。

[来源：GB/T40571-2021，3.5]

4总则

4.1系统架构

全断面隧道掘进机实现基于预测的维护，即通过运行状态相关数据的采集，完成状态识别、故障诊

断、寿命预测等功能，并预先提供维修和维护方案，支持全断面隧道掘进机的维修维护管理。该类预测

性维护可基于独立的系统开展，也可与其他信息系统互联互通。

全断面隧道掘进机预测性维护系统架构应按设备层、监测层、存储层、业务层和展示层进行设计，

如图1所示。

预测性维护系统架构宜采用分布式架构，计算及存储具备动态扩容能力。

2

GB/TXXXXX—XXXX

图1全断面隧道掘进机预测性维护系统架构

全断面隧道掘进机预测性维护系统各层级应满足：

——设备层：设备层为预测性维护系统的对象，应包括设备及零部件，如盾构机、TBM、主驱动等；

——监测层：监测层由数据采集系统组成，监测层应能对隧道掘进机的数据进行采集和预处理，采

集的数据包括但不限于隧道作业环境数据、项目及施工数据、导向数据、运行数据等，同时应

具备数据清洗、特征提取、数据降噪、数据过滤等能力；

——存储层：存储层应采用数据库系统对数据进行保存和管理，数据库系统应具有数据备份和恢复

功能；

——业务层：应包含业务管理、系统接口和系统管理。其中业务管理包括故障诊断、寿命预测和维

护管理等功能，系统接口可实现与不同管理系统的互联互通，系统管理应实现用户管理、权限

控制、系统安全等；

——展示层：可通过客户端、网页、APP等形式展示预测性维护相关信息，展示信息包括但不限于

总览信息、故障报警、设备管理、备件管理等。

4.2网络构建

全断面隧道掘进机预测性维护系统网络架构应满足：

——应包括本地监控单元和远程预测性维护系统，本地监控单元可实现掘进机运行数据的采集，并

具备故障数据的获取和传输能力，典型掘进机故障信息基本数据和信息模型应符合

T/CAMSXXXXX-XXXX的要求；

——隧道掘进机设备参数采集网络应采用独立网关隔离将设备区和办公网络划分不同区域，避免设

备区受干扰；

——数据传输网络带宽不应低于100MB/s；

——掘进机与远程预测性维护系统间可采用基于TCP/IP协议的数据网络。

4.3功能模型

3

GB/TXXXXX—XXXX

全断面隧道掘进机预测性维护系统的功能可分为核心功能和扩展功能，核心功能是指全断面隧道掘

进机预测性维护系统必须具备的功能，扩展功能是指用户根据需要选择采用的功能。

核心功能包括数据采集、状态监测、故障诊断、寿命预测、维修维护管理和可视化。扩展功能包括

但不限于设备管理、数据与知识库、资源管理、虚拟维修、远程专家系统等。用户可根据实际需求进行

选择。

全断面隧道掘进机预测性维护系统的功能模型如图1所示。全断面隧道掘进机预测性维护系统应具

备与其他系统的接口，以满足其与外部系统互联互通的需求。

核心功能

运行数据信息输出

数据

数据采集可视化

状态数据执行反馈维护策略执行反馈

设备状态

状态数据状态监测维修维护管理

结构信息

预测结果

状态数据执行反馈诊断结果RUL值执行反馈

设备参数

设备状态

状态数据

远程专家支持

故障诊断寿命预测维护策略

故障判别与定位维护资源

故障知识故障模式历史数据RUL值

扩展功能

设备管理数据与知识库资源管理虚拟维修远程专家系统

图2预测性维护功能模型图

5核心功能要求

5.1数据采集

5.1.1数据采集方式

全断面隧道掘进机预测性维护系统的数据采集包括但不限于以下方式：

——通过设备固有方式进行采集，包括通过设备通信接口、控制系统等；

——通过加装传感器方式进行采集，必要时应配备相应的数据采集模块；

——通过人工方式进行采集，如手工录入表格数据、取样离线分析等；

——数据采集工具包括但不限于振动测试仪、超声波测厚仪、钢卷尺、钢板尺、直角尺、秒表、压

力表、兆欧表、接地电阻仪、照度仪、声级计、内窥镜、红外测温仪、气体检测仪、温湿度计、

故障听诊器等。

5.1.2数据采集要求

根据掘进机的特点，其数据采集功能应符合以下要求：

4

GB/TXXXXX—XXXX

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