設備故障管理系統的設計與實現

文/曹占啟 夏雪

在部隊基層級的設備管理工作中，經常需要對設備故障做匯總、統計和分析，通過統計故障數據了解該型設備常見的故障類型、故障發生頻次，分析哪些故障對設備運行影響較為突出，以便于及時加以整治解決。設備發生故障后，操管人員也需要查清故障發生的原因、故障機理和故障維修措施等，以便于能夠迅速準確的處理故障。

故障的統計和分析需要大量的數據作為支撐，傳統紙質化和人工登記的故障管理模式不僅工作效率低下，而且存在查詢不便、匯總復雜、統計分析困難等諸多問題。設備故障管理系統是信息化技術與故障管理相結合的產物，通過應用該系統，能夠為設備長時間穩定運行提供數據支撐；在設備的日常巡檢、預防性維護管理工作中，能夠分析設備各部位的檢查周期頻次是否科學、維護措施是否有效合理；同時能夠幫助操管人員在設備發生故障時快速準確進行故障定位，正確分析故障機理，有效管理故障信息和再利用，對于提高操管人員故障診斷、維修能力，保障設備的良好技術狀態具有一定的促進作用。

設備故障管理系統實現故障管理的電子化和信息化，能夠有效減輕設備管理人員的數據處理負擔，極大地提高設備管理效率和管理手段。本文介紹了設備故障管理系統的主要功能、總體框架和結構組成，給出了軟件開發、數據庫設計、數據讀取優化等一些關鍵問題的實現過程。

1 總體方案

1.1 功能需求

圖1：系統軟件總體框架

圖2：軟件界面實際效果圖

本系統的應用對象主要是基層設備操管和維護保障人員，系統除了具備故障登記、統計、分析和管理等功能外，還應該能夠在設備發生故障時為故障原因查詢、故障快速定位、故障機理分析和現場維修提供幫助信息。因此，在滿足基本維護登記和故障分析統計功能外，增加了設備培訓、故障輔助診斷功能。設備故障管理系統的主要功能包括：

1.1.1 系統管理功能

系統管理功能用于實現用戶資料和使用權限管理功能。軟件用戶系統分為系統管理員和普通用戶，系統管理員為設備管理負責人，普通用戶一般為設備分管或維護保障人員，通過權限的劃分，實現訪問級別和資料安全的控制。另外系統要能夠通過加載新的故障數據庫和培訓數據庫，實現故障數據和設備培訓數據的更新，以利于系統功能的擴展。

1.1.2 設備培訓功能

圖3：系統軟件界面加載流程

設備培訓功能用于人員培訓和資料管理。系統數據庫中存儲了大量的圖文技術資料，設備操管和保障人員可以通過本軟件對設備使用或維護方法進行學習，便于提高設備操管人員的保障能力；系統能夠根據一定的規則，自動生成考核試題，進行崗位人員培訓測試，同時用戶可以按照設定的權限編輯資料文件，完善設備培訓數據庫，滿足日常學習要求。

圖4：故障庫實體關系圖

1.1.3 故障輔助診斷功能

用戶通過人機交互界面輸入故障征兆，系統給出可能的故障源、故障源介紹和維修建議，或者通過模糊查詢檢索故障源和維修建議；系統具有故障源資料鏈接功能，用戶可以通過故障診斷界面點擊關鍵字鏈接到培訓數據庫，方便對發生故障的部位進行學習；對于故障庫中沒有的故障，用戶可以按照設定的權限，通過故障記錄功能，記錄故障信息，完善故障數據庫。

1.1.4 故障統計分析功能

系統能夠對設備工作期間的故障進行記錄、統計，方便操管人員了解易發故障得種類，以利于崗位人員在重大活動前做好重點維護，同時為后續故障分析，設備可靠性評價及設備改進改型提供參考；系統可以按照時間或者類型生成故障歷史報表，可以對故障歷史報表進行打印，故障歷史報表包含有故障名稱、發生時間、故障點、故障內容、維修情況等信息；系統可以按照故障時間給出故障次數和時間的統計分析圖，也可以按照故障類型給出故障次數和時間的統計分析圖。

1.1.5 維修計劃管理功能

系統提供電子檢修計劃表，以提示用戶做好重要的維修保養工作；系統可以生成年度、季度、月份檢修計劃報表，并提供查詢和導出功能，用戶可以通過系統查尋以往的維修記錄來了該類型故障的維修情況。

1.2 軟件總體框架

根據功能需求，系統軟件部分主要分為用戶登錄模塊、系統管理模塊、故障查詢模塊、故障審理模塊、故障分析模塊、故障記錄模塊、資料管理模塊、維護登記模塊和數據庫模塊，系統總體框架如圖1所示。

1.3 軟件界面設計

軟件界面是人機交互的重要組成部分，優秀的界面設計，能夠提升用戶的使用體驗和提高用戶的工作效率。軟件界面設計一般遵循易用性和美觀性的原則，易用性是指用戶使用軟件的容易程度，軟件界面越易用，整個軟件就越容易被用戶接受，反之，如果界面很難用，即使功能很強大，用戶也可能會拋棄這個系統；美觀性能夠消除用戶由感覺引起的乏味、緊張和疲勞，使用戶可以較長時間的使用軟件。為了達到軟件的易用性和美觀性，本文采用了如下設計思路：

（1）系統軟件界面采用微軟的WPF 技術開發，能夠充分發揮圖形卡的性能；

（2）舍棄傳統菜單設計，系統的交互按鈕全部采用圖標式；

（3）圖標、圖形均采用Microsoft Expression Blend 進行設計，通過設置UI 對象的透明度、純色、漸變色和紋理填充來創造美觀的控件。

軟件界面主要包括登錄、故障審核、故障生成、系統管理、資料管理、故障查詢、故障記錄、故障分析、維護登記和應用幫助九個界面，軟件界面實際效果如圖2所示。在軟件啟動后，系統首先加載登錄界面，并從數據庫中讀取用戶名和密碼信息，與登錄界面輸入的用戶名和密碼進行比對；比對正確后，系統加載故障審核界面，管理員權限的用戶可以對其他用戶新添加的故障信息進行審核；故障審核后，系統加載故障生成界面，管理員權限的用戶可以將歷史記錄的故障按照規則生成故障樹模型，并導入到故障數據庫中；隨后系統進入主界面，默認加載用戶分析界面，根據用戶的需求，通過點擊相應的圖標按鈕，可以在系統管理、資料管理、故障查詢等界面進行切換。系統軟件界面加載流程如圖3所示。

2 關鍵問題解決方法

2.1 基于故障樹的故障數據庫設計

故障的組織和管理既要滿足科學性，便于故障信息的更新，又要便于檢索算法迅速檢索出最相近的故障信息。故障樹模型是描述診斷對象結構、功能和關系的一種定性因果模型，這種模型能夠清晰表示出故障現象和各種故障原因之間的邏輯關系，體現了故障傳播的層次性，因此，本系統采用故障樹的方法對故障集合進行組織和管理。同時綜合考慮軟件規模、成本和后續擴展等因素，后臺數據庫采用MySQL 數據庫管理系統進行設計。根據功能需要，故障數據庫設計了故障樹、故障、故障記錄、故障描述等十個實體，故障庫實體關系圖如圖4所示。

2.2 軟件讀取數據性能優化

支撐軟件系統運行的數據存儲在數據庫中，軟件讀取數據的快慢直接影響著系統的性能。影響軟件讀取數據速度快慢的因素包括硬盤讀取速度、SQL 查詢語句效率和數據庫本身的性能 。磁盤讀取速度由磁盤結構決定，因此軟件讀取數據性能優化主要從查詢語句優化和數據庫優化上著手。

本系統采用以下幾種方法對SQL 查詢語句進行優化：

（1）盡量避免使用全表查詢的語句，如where 子句中使用！=或<>操作符；

圖5：故障樹圖形

（2）盡量避免在where 子句中對字段進行null 判斷；

（3）應盡量避免在where 子句中使用or來連接查詢條件。

數據庫優化主要使用了以下幾種方法：

（1）數據表優化，數據表占用磁盤上空間盡可能小，這樣被查詢的內容占用的內存更少；

（2）在查詢、排列的字段上建立索引；

（3）選用合適的字段類型，減少存儲開銷。

2.3 故障樹圖形結構設計與實現

為了便于用戶直觀理解故障發生機理、故障排除方式等故障信息，軟件設計了故障樹生成模塊，該模塊可以將用戶查詢的故障信息按照故障類別、故障現象、故障原因和解決措施，以樹形結構顯示出來。故障樹圖形界面主要由文本框和直線控件構成，如圖5所示。繪制故障樹圖形界面主要由故障樹生成模塊自定義類FaultTree 完成，FaultTree 包含 了CreateText、CreateLine、Showtree 函 數和TextStyle、LineStyle 樣 式。CreateText、CreateLine 函數負責繪制TextBox 控件、Line控件，textStyle、LineStyle 樣式負責填充圖形控件的顏色、線條、背景色等，ShowTree 函數負責計算控件的大小和位于屏幕上的坐標。故障樹生成包括兩個過程：

（1）從數據庫中檢索故障信息，并按照樹形結構將故障信息組織起來；

（2）系統調用FaultTree 類，使用繪圖功能繪制圖形元素。

2.4 故障分析設計

故障分析功能主要包括故障統計、故障曲線、故障頻度、故障分析和故障報表生成等功能，用戶可以根據記錄的故障信息，統計故障發生的頻度，計算年度故障排名的曲線圖，給出故障次數和時間統計的分析圖。

故障分析界面的柱狀圖、餅狀圖和折線圖由微軟的圖表控件完成。微軟的圖表控功能較為全面，為圖形統計和報表圖形顯示提供了很好的解決辦法。它可以支持各種各樣的圖形顯示，常見的有點狀圖、餅圖、柱狀圖、曲線圖、面積圖、排列圖等，同時也支持3D 樣式的圖表顯示，并且支持圖形上各個點的屬性操作，它可以定義圖形上各個點、標簽、圖形的提示信息以及超級鏈接等，通過這些，加上微軟自己的Ajax 框架，可以建立一個可以互動的圖形統計報表了。

3 結束語

將信息化技術同故障管理相結合是近年來故障管理的發展方向，設備故障管理系統正是結合的產物。本文介紹了設備故管理系統的軟件設計和實現過程，通過應用設備故障管理軟件，能夠實現設備管理、故障管理的信息化、電子化，統計分析的自動化，有效降低MTTR、MTBF 等關鍵指標，降低備件消耗和庫存，優化故障維修流程、縮減維修人員，減少維修時間，提高工作效率。設備故障管理系統的運用，對于設備的故障治理、操管人員業務能力評價等均起到過良好效果，具備顯著的經濟效益和軍事效益。