設備遠程運維平臺在發動機制造線上的應用

周 濤，周 俊，劉 暢，劉 韜

（1.云南省昆明市昆明云內動力股份有限公司，云南昆明 650200；2.云南省昆明市昆明理工大學機電工程學院，云南昆明 650500）

0 引言

汽車發動機生產線的柔性線主要由數控加工中心、試車臺架、工業機器人等自動化設備組成，這些設備有效保障發動機大批量、高精度的生產需求。但是自動化設備生產過程中一旦發生故障不但影響工作效率，而且可能導致嚴重的安全問題。日益復雜的柔性自動線加工對生產線設備的運維管理提出更高要求，開展生產線數控加工中心、工業機器人及試車臺架等設備運維管理技術的研究，對于保障汽車生產線的安全和可靠性運行具有重要意義。

隨著信息技術不斷發展，分布式仿真系統規模不斷擴展，“運維管理系統”開始踏足實驗室管理[1-2]、運行監控[3-4]等領域。伍星[5-8]等人早年開始研究的基于Web、ULM 模型的遠程監測故障診斷系統為運維管理系統進入機械領域鑒定扎實的前期基礎。設備是生產、提高企業經濟效益的重要物資技術基礎，優秀的設備運維管理為增強企業綜合競爭力提供重要物質保證。目前國內包括冶金、石化、機床和汽車等行業的設備運維管理尚處于由傳統的“經驗管理”逐步向“科學管理”的過渡。為避免計劃、定期維護的盲目性和超前維護對人力物力的浪費，新的運維管理體系和管理軟、硬件被逐步引入企業的運維管理，其目標是通過狀態維護和預知維護克服定期維修帶來的不必要的經濟損失和設備性能的下降；通過運維管理系統完善的診斷能力準確指出故障類型和故障部位，避免維修的盲目性，使檢修簡捷易行，大大縮短維修工期，完善的運維管理軟件，又可使企業設備管理自動化。

分布式[9]和碎片化[10]的網絡架構有助于運維管理系統多個子系統的多樣性和特別定制需求，非常利于工業現場的多種系統的研發和應用。文獻[11]中基于此理念提出一種分布仿真運維管理系統對運行監控工具的研究與實現。分布式架構的內聚性確保不同的點巡檢系統、在線監測系統數據能夠有效地通過數據庫進行存儲和管理。所有異構系統的監測結果都能夠在分布式架構下有效進行分析和挖掘與生產運維管理最需求的各類信息。

綜上分析，運維管理系統在其他領域已涉足，但機械領域運維管理系統目前尚需開拓。根據云內動力股份有限公司柴油發動機制造線運維管理的需求，提出一套基于瀏覽器/服務器模式（B/S 模式）的生產設備運維管理系統（Production Equipment Operation And Maintenance Management System，PEOMS）架構。該系統選擇的Web 應用構架，在面向對象設計（Object.Oriented Design，OOD）方法的基礎上，采用UML 設計了基于Web 的生產設備運維管理軟件系統（Web-based Production Equipment Operation And Maintenance Management Software System，WPEOMSS），實現對生產線關鍵設備加工中心、試車臺架及工業機器人運行狀態的監測與維護。

1 運維管理系統框架

WPEOMSS 系統軟件以分層體系作為基本的框架構成，以MVC 模式進行設計。系統在實現上采用B/S 結構，整體以純Ajax 操作過程作為目標，綜合運行Asp.Net、Javscript、Json、Silverlight、Webservice 等技術手段，提供具有良好交互性、友好而豐富的操作界面。同時為滿足不同的應用場景，WPEOMS 采用多數據庫系統支持的數據層設計，支持包括MS SQL Server（2000/2005/2008）、Oracle、DB2、PostgreSql、MySql 等在內的多種常見的數據庫。系統的框架拓撲圖如圖1 所示。

2 系統數據庫的架構

運維管理系統采用客戶端/服務器（Client/Server，C/S）實現客戶服務器風格，在開發過程中使用獨立編程語言實現系統，數據庫的獨立性和客戶端的使用使得的本地數據庫的實時監測數據和分析診斷結果能夠方便、高效地與WPEOMSS 系統進行通信和數據交互，系統數據庫包模型如圖2 所示。

3 基于Web 的生產運維管理系統的功能

基于Web 的生產設備運維管理軟件系統是整個運維管理系統的核心。它由Web 服務器和數據庫服務器組成，系統以“點檢定修制”為中心，以TPM 為目標，在研發過程中將完成點巡檢管理、后臺管理、設備管理、檢修管理等模塊，同時負責對企業中各個離線和在線監測系統進行管理，解決軟件復用、大數據背景下的生產運維管理和生產設備的性能評估與預測等問題。WPEOMSS 的在功能結構方面主要以“點檢定修制”為中心，以TPM 為目標，包含后臺管理、設備管理、點巡檢管理、檢修管理四大系統模塊。功能結構如圖3 所示。

圖1 生產設備運維管理系統拓撲結構模型

圖2 WPEOMSS 的數據庫包模型

3.1 后臺管理模塊

后臺管理主要包括用戶管理、角色權限管理和菜單自定義3 個模塊。其中，用戶管理用于維護可使用WPEOMSS 系統的賬戶，WPEOMSS 既可根據角色權限管理以角色來劃定權限集合，也可根據系統管理員的需要提供非常靈活的權限自定義，隨時增加或取消對某個操作的權限限制實現系統的便利運維管理；菜單自定義用于設計WPEOMSS 中功能菜單的結構和布局，系統管理員可以根據企業應用的實際需要對菜單格局進行調整來滿足功能結構的調整，同時方便系統擴展集成第三方系統的功能菜單到WPEOMSS 中實現統一的操作平臺。

3.2 設備管理模塊

圖3 WPPEOMS 功能結構

設備管理模塊專注于設備生命周期管理和設備狀態管理，其對象包括普通生產設備和特種設備。該模塊主要由設備臺帳、故障管理、劣化傾向管理、機旁備件管理、設備標準文檔等功能模塊組成。設備臺帳在WPEOMSS 系統中用于管理系統中所有的生產設備數據，涉及的數據包括基本信息、技術參數、機構和部件、設備文檔、維護規范等內容；故障管理用于管理并跟蹤設備已發生的各類故障或事故及其處理過程、處理結論；劣化傾向管理用于反映設備運行狀態趨勢，主要從設備的各種KPI 以及點巡檢結果進行分析；機旁備件管理可提供用于管理生產現場附近設立的機旁備件庫功能，管理的備件包括易損易耗件、修復件、關鍵事故件、工程遺留備件、設備改造隨機備件等，主要由機旁庫庫位及清單管理、機旁庫異動管理、機旁庫存查詢、機旁庫物料查詢等管理功能組成；潤滑管理模塊主要用于實現企業潤滑“五定”管理，其主要功能包括潤滑基準編制、潤滑工作預報、潤滑工作票編制、打印、簽發和登錄，潤滑執行查詢，潤滑檔案記錄和設備泄漏管理等；設備標準文檔管理是以生產過程中所用設備為對象而制定的標準，內容包括設備的品種、規格、技術性能、實驗方法、檢驗規則、加工精度、維修管理及包裝、貯運等。

3.3 點巡檢管理模塊

作為“點檢定修”思想實現的重要組成，點巡檢管理模塊為企業內設備狀態檢測工作提供設備測點定義、巡檢計劃組態、計劃執行、巡檢數據回收、設備狀態報警、信號分析等功能。WPEOMSS會根據巡檢人員回收的現場數據結合報警規則自動對設備狀態進行判斷并給出相應等級的報警信息。通過WPEOMSS 中信號分析組件，故障診斷技術人員利用多種信號分析手段對數據進行分析，對設備潛在的或已經發生的故障隱患進行判定，并可依此發起設備檢修申請。該管理主要包括設備樹管理、計劃組態、計劃下載回收、報警管理和信號分析共4 個模塊。

設備樹管理用于構建包含工作區域、設備、測點在內的設備狀態檢測結構圖，其定義測點的內容包括測點基本信息、信號類型、工程單位、特征頻率組、報警設置、采集儀參數等內容以及WPEOMSS 提供的報警樹、圖片導航、節點日志、節點文檔等輔助管理功能；計劃組態用于巡檢工作管理人員根據點檢工作要求制定點檢路線和點檢周期制定點巡檢計劃，主要包括日常點檢、定期點檢和精密點檢計劃。計劃組態時需要定義的內容包括適用儀器、巡檢周期、倒班制度、巡檢執行人、包含的測點等內容；計劃下載回收用于巡檢人員根據巡檢工作要求和巡檢計劃周期，使用巡檢儀器下載已制定的巡檢計劃并輔助實施；報警管理提供豐富的報警判斷指標用于自動識別設備的運行狀態。設備管理員可以根據設備標準文檔和維護手冊，制定設備的各項報警指標閥值。當巡檢員回收巡檢數據時，系統會根據回收的數據、報警規則設置自動計算當前設備的狀態；信號分析模塊用于故障診斷人員對巡檢所采集得到的設備運行數據進行分析。

3.4 點修管理模塊

設備檢修是“點檢定修””思想實現的另一個重要組成，它是以設備的實際技術狀況為基礎而制定出來的一種檢修管理制度，目的是為了能安全、經濟、高效率的進行檢修，防止檢修時間的延長而影響生產。該管理主要包括檢修計劃管理、檢修任務管理、工單管理和成本中心。檢修管理的總體結構如圖4 所示。

圖4 檢修管理的總體結構

4 運維管理系統運行實現

基于上述云內動力生產設備運維管理系統的設計框架和功能分析，我們研發點巡檢系統和3 套在線監測系統，并將運維管理系統應用于生產線關鍵設備的監測。共篩選出88 臺設備關鍵設備（缸蓋線38 臺、機體線50 臺）作為日常點巡檢工作內容，總計測點1086 個。車間設備操作員每天通過下載設備管理員制定的點檢任務至HY860C 點檢儀中進行日常點檢。

圖5 是3.3 點巡檢功能模塊中設備樹、報警樹、圖片導航區域系統界面，用來指示當前報警狀態。通過設備結構樹中設備或區域名稱旁圖標顏色變化，設備管理人員可直觀的發現點巡檢過程中出現設備上某個測點出現缺陷或故障問題，并可通過圖片導航及設備基礎信息中獲取設備所處位置及設備維修履歷。圖6 是局部功能設備故障統計功能的結果統計。該功能模塊以故障時間和發生頻率為基礎，通過統計圖表對生產企業設備整體或單獨一臺設備在一段時間內的故障情況進行查詢分析。

5 結術語

圖5 設備樹、報警樹、圖片導航區域系統界面

圖6 系統設備故障統計界面

隨著Web 和云技術的推廣和深入應用，結合前端感知技術和人工智能技術，使得工業大數據背景下，對制造線生產設備的監測、診斷和運維管理體系不斷成熟。結合云內動力的實際需求，基于Web 技術實現對關鍵設備的遠程在線監測與運行維護，同時結合WPEOMSM 系統的運維管理功能，依據柴油發動機生產線關鍵設備運維管理系統的結構設計與組成，數據庫設計及系統功能；基于它的設計原理和功能需求提出設計思路，闡述設備遠程運維管理系統的結構組成，并對后臺管理、設備管理、點巡檢管理和檢修管理等工作機制和設計實現方法進行詳細的分析。開發點巡檢管理系統、加工中心在線監測系統和試車臺架在線監測系統，完成云內動力“柴油發動機制造線生產運維管理系統”的設計與實現，為未來制造企業生產設備管理的現代化和信息化提供有效的理論和技術支撐，為制造企業設備遠程運維領域的開發者們提供一個實現此類系統的范例。