設備故障動態(tài)監(jiān)測及預防維護管理系統(tǒng)的設計與開發(fā)

賈學增，吳小勇

（1.重慶化工職業(yè)學院，重慶400020；2.重慶濰柴發(fā)動機廠，重慶 402262）

隨著企業(yè)設備不斷朝著大型化、復雜化和自動化方向發(fā)展，設備在企業(yè)生產(chǎn)中的重要性日益增大，傳統(tǒng)的設備維修管理模式已經(jīng)落伍，使用計算機輔助設備管理，是設備管理現(xiàn)代化的必然趨勢。

1 國內(nèi)設備管理目前存在的缺陷

國內(nèi)目前的設備管理信息系統(tǒng)，仍局限于對設備臺賬和檔案等靜態(tài)信息的記錄與查閱，缺乏對設備的動態(tài)管理，沒有充分發(fā)揮計算機的分析決策能力。雖然不少學者對企業(yè)設備故障管理的含義、設備故障管理的內(nèi)容以及設備發(fā)生故障后的預防、維修方法，進行了廣泛的研究，獲得了一定的研究成果[1～4]。但目前仍然存在著一些缺陷，主要表現(xiàn)為：

（1）國外的設備故障管理技術(shù)，雖然較為發(fā)達，但對軟件和硬件的投入成本過高，不符合我國企業(yè)的實際情況。

（2）國內(nèi)相關(guān)的先進設備故障管理理念，仍停留在理論階段，目前國內(nèi)仍有較多企業(yè)處于事后維修階段，對于諸如預防維護等管理方法的理論和實際應用比較模糊；現(xiàn)有的設備故障管理中，關(guān)鍵性的故障預防、實時報警及與軟件的信息傳遞和處理上，研究尚未涉及，沒能建立起有效的設備實時報警模型系統(tǒng)，更談不上建立可操作的設備故障動態(tài)管理系統(tǒng)。

（3）由于現(xiàn)有系統(tǒng)在網(wǎng)絡方面的不健全，導致故障反饋機制效率低下，機器故障不能及時得到排查，導致誤工、甚至停工等現(xiàn)象，從而給企業(yè)帶來不必要的損失；同時由于沒有先進的設備故障管理理論做支撐，系統(tǒng)缺乏前瞻性和預測性，導致人員的工作負荷沉重。

（4）傳統(tǒng)的手工記錄以及設備、故障、維修等靜態(tài)信息的記錄和查詢統(tǒng)計，遠遠滯后，不能實時掌握實際情況，導致預測和決策的盲目性，無法運用計算機實時動態(tài)的分析決策。

2 管理系統(tǒng)的總體架構(gòu)

為了克服上述缺陷，本文提出一種在網(wǎng)絡環(huán)境下，軟硬件相結(jié)合，具有決策支持功能的設備故障動態(tài)監(jiān)測及預防維護管理系統(tǒng)。利用計算機技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)與控制技術(shù)，實現(xiàn)設備故障監(jiān)測、實時報警、故障實時統(tǒng)計，實時報表的功能；通過工業(yè)控制技術(shù)，建立軟件平臺與可編程控制器PLC連接，實現(xiàn)模擬信號與軟件的正常通信，結(jié)合信息技術(shù)，通過軟件平臺對采集信息的處理結(jié)果，進行及時反饋和發(fā)送；引入設備預防維護的機制和工作流程[5～6]，通過系統(tǒng)完成設備維護計劃下達—維護計劃執(zhí)行—維護計劃檢查—反饋的閉環(huán)流程，實現(xiàn)設備預防維護管理實時處理流程。

系統(tǒng)架構(gòu)可由一個企業(yè)外部設備信息管理中心、企業(yè)外部應用服務器、外部數(shù)據(jù)庫和各個企業(yè)網(wǎng)絡節(jié)點組成。每個企業(yè)網(wǎng)絡節(jié)點由企業(yè)網(wǎng)關(guān)、企業(yè)內(nèi)部設備信息管理中心、內(nèi)部應用服務器、本地數(shù)據(jù)庫以及各個用戶終端組成。

企業(yè)內(nèi)部不同節(jié)點之間的通訊，通過各自的內(nèi)部設備信息管理中心與internet網(wǎng)絡實現(xiàn)；不同企業(yè)節(jié)點之間的通訊，通過各自的內(nèi)部設備信息管理中心和外部設備信息管理中心與internet網(wǎng)絡實現(xiàn)。企業(yè)網(wǎng)關(guān)作為整個系統(tǒng)的硬件平臺，對外連接internet網(wǎng)絡，對內(nèi)連接各個類型的終端（如車間設備、PLC、報警器等），同時，還可以集成企業(yè)內(nèi)部設備信息管理中心和內(nèi)部各個應用服務器。具體結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 網(wǎng)絡環(huán)境下設備故障動態(tài)監(jiān)測及預防維護管理系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖

其中，企業(yè)內(nèi)部設備信息管理中心，作為企業(yè)內(nèi)部所有設備業(yè)務綜合平臺，整合了企業(yè)內(nèi)部所需的各種應用服務器和數(shù)據(jù)庫，提供車間一線、信息控制中心、維修部門、庫存部門、統(tǒng)計部門、生產(chǎn)計劃部門等企業(yè)不同節(jié)點之間的業(yè)務溝通。此信息管理中心采用模塊化設計，具有很強的擴展性，可以集成在企業(yè)網(wǎng)關(guān)設備上運行，也可以作為一臺單獨的服務器上運行。此外，將企業(yè)設備故障動態(tài)管理納入企業(yè)信息化的范疇，充分考慮了系統(tǒng)與其他MIS系統(tǒng)的相容性。

企業(yè)外部設備信息管理中心，作為外部業(yè)務綜合平臺，整合了企業(yè)外部業(yè)務所需的各種服務器和外部數(shù)據(jù)庫，提供了企業(yè)與設備供應商之間關(guān)于設備信息和數(shù)據(jù)的業(yè)務互通。

企業(yè)應用服務器，在整個系統(tǒng)中主要提供各種具體業(yè)務的應用和用戶策略權(quán)限配置，主要包括企業(yè)內(nèi)部應用服務器和企業(yè)外部應用服務器。其中，企業(yè)內(nèi)部應用服務器，主要構(gòu)建于企業(yè)內(nèi)部設備信息管理中心之上，由企業(yè)自身維護和管理，向企業(yè)各相關(guān)員工提供各種業(yè)務，比如基礎資料管理、備件動態(tài)管理、設備預防維護、設備故障動態(tài)管理、查詢與統(tǒng)計、報表處理、用戶管理等等；外部應用服務器，主要處理設備故障、預防維護等信息。

企業(yè)數(shù)據(jù)庫，主要存儲網(wǎng)絡環(huán)境下設備故障動態(tài)監(jiān)測及預防維護管理系統(tǒng)所需的各種基本信息和配置，主要包括企業(yè)本地數(shù)據(jù)庫和外部數(shù)據(jù)庫。

3 管理系統(tǒng)軟件的功能模塊與流程

系統(tǒng)采用模塊化設計，前端應用程序用VB6.0進行開發(fā)，其語法結(jié)構(gòu)清晰，可讀性強。后臺數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)選用SQL Server 2005[7]，速度快，可擴展性強，安全性和可靠性也有所保證。前端應用程序和后臺數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)之間，采用面向?qū)ο蟮腁DO開放式數(shù)據(jù)庫接口，用ADO數(shù)據(jù)庫引擎，作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)驅(qū)動，使得系統(tǒng)的前端與后端有效地連接起來，實現(xiàn)數(shù)據(jù)訪問與管理。

系統(tǒng)包括了與企業(yè)設備相關(guān)所有管理模塊：資料管理、業(yè)務流程管理、預防維護管理、查詢統(tǒng)計管理、報表管理、用戶管理、預警管理等7個功能模塊，和各自的下級子模塊，最終形成一個簡潔、功能明確的設備管理系統(tǒng)，如圖2所示。

圖2 功能模塊圖

（1）資料管理。包括設備、備件、維修人員等的資料管理。除了基本信息的管理以外，對維修人員的信息還包括權(quán)責分配，即對所有維修人員，分配了所管轄和負責的設備，當設備發(fā)生故障后，中央控制室的人員，可快速查詢到相應負責人和供應商，以便快速下達任務，避免非計劃時間的產(chǎn)生；同時，可根據(jù)系統(tǒng)記錄的報警和任務下達記錄，合理安排維修人員和任務；對設備的信息，還包括了每一設備常用的備件清單，使得設備與備件關(guān)聯(lián)起來，并可很方便地隨時查詢設備備件的適用狀況；對備件的信息，還設置了安全庫存，當備件的庫存低于安全庫存時，預警管理功能模塊會彈出預警提示。

（2）業(yè)務管理。按照報警—接警—任務下達—接收查看任務—維修并記錄—維護建議的管理流程，設置此功能模塊。報警模塊，實現(xiàn)了故障報警信息的增加、儲存、發(fā)送等；任務下達模塊，是中央控制室收到報警信息后，根據(jù)實際情況給相應維修人員（或委外維修）下達任務指令，實現(xiàn)了任務信息的增加、儲存、發(fā)送等；維修建議，是維修人員完成維修后，實現(xiàn)故障原因、維修方案等信息的增加、儲存等，維修建議實現(xiàn)了相關(guān)人員對設備維護建議的錄入，并可通過多條件模糊查詢得到有用的經(jīng)驗信息。

（3）預防維護管理。引入了設備預防維護的機制和工作流程，在系統(tǒng)里形成維護計劃—執(zhí)行—檢查—反饋等信息的閉環(huán)流程。

（4）查詢統(tǒng)計管理。有針對性地加入大量數(shù)據(jù)統(tǒng)計和多條件組合查詢和分類查詢功能，可為不同用戶需要生成相應的查詢信息、統(tǒng)計數(shù)據(jù)和統(tǒng)計圖形。包括報警信息和任務信息的查詢，報警次數(shù)、維護次數(shù)（計劃、已完成、未完成）和備件使用統(tǒng)計，根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示統(tǒng)計圖形，并可將信息和數(shù)據(jù)導出到excel。

（5）報表管理。根據(jù)需要提供設備報警記錄、備件使用記錄的報表的自動生成和打印。

（6）預警管理。當設備故障發(fā)生時，一周內(nèi)有預防維護計劃需要執(zhí)行時，以及備件庫存低于安全庫存時，系統(tǒng)會自動彈出預警提示，提醒相關(guān)人員。

（7）系統(tǒng)管理。該功能模塊實現(xiàn)對所有用戶的信息的增加、刪除、修改以及設置不同的權(quán)限，此外還有密碼的維護功能。

4 結(jié)束語

本文總結(jié)和分析了設備故障管理的現(xiàn)狀和不足，提出并開發(fā)出了基于網(wǎng)絡環(huán)境的軟件和硬件相結(jié)合的設備故障動態(tài)監(jiān)測及預防維護管理系統(tǒng)，詳細介紹了該系統(tǒng)的架構(gòu)、功能模塊、業(yè)務流程及相關(guān)數(shù)據(jù)等。該系統(tǒng)實現(xiàn)了軟件平臺對所采集信號處理結(jié)果的及時反饋和發(fā)送，并能實時監(jiān)控設備的動態(tài)表現(xiàn)，具有決策支持功能，輔助相關(guān)人員和各級管理部門快速響應、做出科學決策，確保企業(yè)對設備的有效控制、提高效率，為企業(yè)提供適應市場發(fā)展的設備綜合管理解決方案，進而最大限度地發(fā)揮設備的綜合效能。

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