基于SOA的狀態(tài)檢修系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉國(guó)民，宋 雨，周慶捷

(1.華北電力大學(xué)，河北 保定 071003;2.北京中恒博瑞數(shù)字電力科技有限公司，北京 100096)

隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大及電力設(shè)備在數(shù)量、質(zhì)量上的迅速提升，原先的設(shè)備定期檢修模式越來(lái)越不適應(yīng)電力企業(yè)生產(chǎn)及設(shè)備的管理要求。各個(gè)電力企業(yè)與公司根據(jù)實(shí)際情況陸續(xù)進(jìn)行了設(shè)備狀態(tài)檢修嘗試。為規(guī)范電力設(shè)備檢修管理，適應(yīng)當(dāng)前電力行業(yè)管理需要，各個(gè)電力企業(yè)都在進(jìn)行狀態(tài)檢修規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化的嘗試，國(guó)家電網(wǎng)公司為此還制定了部分設(shè)備的狀態(tài)檢修標(biāo)準(zhǔn)及評(píng)價(jià)導(dǎo)則?；赟OA(面向服務(wù))架構(gòu)的狀態(tài)檢修設(shè)計(jì)方案有效解決了當(dāng)前檢修方面及電力企業(yè)信息系統(tǒng)方面不能相互操作、數(shù)據(jù)不能共享的難題。

1 SOA架構(gòu)

SOA架構(gòu)是近年來(lái)軟件工程領(lǐng)域的熱門話題。SOA是一種設(shè)計(jì)方法學(xué)，目的是最大限度重用應(yīng)用程序中的“服務(wù)”，以提高IT設(shè)施的適應(yīng)性和效率。SOA的核心思想是把組織的業(yè)務(wù)流程功能模塊組件化，對(duì)外提供標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)，使組織內(nèi)部不同業(yè)務(wù)部門或不同組織之間的業(yè)務(wù)整合更加容易［1－3］。SOA通過(guò)高復(fù)用降低開(kāi)發(fā)成本，通過(guò)粗粒度、松耦合屏蔽復(fù)雜的業(yè)務(wù)邏輯，從而使軟件生產(chǎn)規(guī)?；蔀榭赡?。SOA體系的結(jié)構(gòu)模型見(jiàn)圖1。

圖1 SOA體系的結(jié)構(gòu)模型

2 狀態(tài)檢修系統(tǒng)理論分析

狀 態(tài) 檢 修 (Condition Based Maintenance，CBM)指根據(jù)先進(jìn)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和診斷技術(shù)提供的設(shè)備狀態(tài)信息，判斷設(shè)備的異常，預(yù)知設(shè)備的故障，在故障發(fā)生前進(jìn)行檢修的方式，即根據(jù)設(shè)備的健康狀態(tài)安排檢修計(jì)劃，實(shí)施設(shè)備檢修［4－6］。

圖2 故障率曲線

設(shè)1臺(tái)設(shè)備由許多零部件組成，在收集大量有關(guān)設(shè)備連續(xù)運(yùn)行與檢修時(shí)間的數(shù)據(jù)后，通過(guò)數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，可擬合出典型的故障率曲線 (見(jiàn)圖2)。

圖2中，λ(t)指設(shè)備在 ［0，t］時(shí)間內(nèi)不發(fā)生故障的條件下，下一個(gè)單位時(shí)間發(fā)生故障的概率，即設(shè)備在t時(shí)間的故障率。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ指時(shí)間段，其中Ⅰ為早期故障期;Ⅱ?yàn)榕既还收掀?Ⅲ為損耗故障期。

a． 早期故障期

曲線呈下降趨勢(shì)，故障率λ(t)隨時(shí)間t的增加而降低。設(shè)備在初期故障率較高主要是由于設(shè)計(jì)上的疏忽、生產(chǎn)工藝質(zhì)量不佳、某些零部件質(zhì)量差及安裝不當(dāng)?shù)?。?jīng)過(guò)技術(shù)改進(jìn)、缺陷排除后，故障率逐漸下降，設(shè)備質(zhì)量進(jìn)入穩(wěn)定期。這一時(shí)期的設(shè)備維修宜采用定期維修、故障檢查維修，以更換質(zhì)量差的零部件，或做技術(shù)革新改進(jìn)，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。

b． 偶然故障期

此時(shí)的曲線近似為一條直線，故障率λ(t)隨時(shí)間t的增加變化不大，近似一個(gè)常數(shù)。故障主要由一些偶然因素引起。在這一時(shí)期，由于設(shè)備的質(zhì)量相對(duì)比較穩(wěn)定，若采用定期維修制，頻繁檢修更換設(shè)備零部件，不僅影響部分部件的使用壽命、造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失，而且會(huì)使設(shè)備長(zhǎng)期處于故障率較高的早期故障期。“狀態(tài)維修”思想便是針對(duì)這一時(shí)期的故障消除提出的。通過(guò)對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，預(yù)測(cè)其可靠性程度，排除那些造成故障的偶然因素，從而提高設(shè)備的使用壽命。

c． 損耗故障期

該時(shí)期的曲線呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，故障率λ(t)隨時(shí)間t的增加而升高，由于許多零部件的磨損和老化，致使設(shè)備故障逐漸增多。此期間的故障可稱為損耗性故障，發(fā)生的多少與設(shè)備工作時(shí)間有關(guān)。因此，宜采用預(yù)防維修方法，更換部分已老化及損壞部件，以降低設(shè)備故障率。

3 基于SOA的系統(tǒng)架構(gòu)研究

通過(guò)基于SOA架構(gòu)而設(shè)計(jì)的狀態(tài)檢修系統(tǒng)，可很好的解決電力企業(yè)復(fù)雜的數(shù)據(jù)隔離現(xiàn)象［7－8］。通過(guò)SOA集成平臺(tái)，各個(gè)電力企業(yè)信息系統(tǒng)不僅能夠交換各自的數(shù)據(jù)，還可實(shí)現(xiàn)互操作性，為系統(tǒng)以后的升級(jí)或變更帶來(lái)了很大方便［9－10］。

3.1 系統(tǒng)流程分析

狀態(tài)檢修工作的基本流程包括設(shè)備信息收集、設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、檢修策略、檢修計(jì)劃、檢修實(shí)施及績(jī)效評(píng)估7個(gè)環(huán)節(jié)。其流程圖見(jiàn)圖3。

圖3 狀態(tài)檢修工作流程

以J2EE為平臺(tái)，struts為流程架構(gòu)，SOA為請(qǐng)求架構(gòu)，把struts中的action按照SOA定義標(biāo)準(zhǔn)封裝成服務(wù)，通過(guò)struts架構(gòu)流程方式實(shí)現(xiàn)狀態(tài)系統(tǒng)檢修。把檢修管理流程分為幾個(gè)單獨(dú)模塊。每個(gè)子模塊劃分為一個(gè)服務(wù)，每個(gè)服務(wù)又組合成一個(gè)新的組件，而組件又可定義暴露為一個(gè)新的服務(wù)。以此為基礎(chǔ)，狀態(tài)檢修系統(tǒng)分為幾個(gè)管理模塊 (見(jiàn)圖4)。

基于SOA架構(gòu)過(guò)程中，每個(gè)模塊都是以組合方式為單位進(jìn)行配置的。

在具體組件的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)中，按照SSH(struts2+spring+hibernate)框架開(kāi)發(fā)，每個(gè)服務(wù)對(duì)應(yīng)若干個(gè)action。每個(gè)action是實(shí)現(xiàn)具體細(xì)節(jié)的邏輯功能單元。

保護(hù)設(shè)備狀態(tài)檢修體系的各個(gè)功能模塊相互配合協(xié)作，以各類保護(hù)設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)、診斷及預(yù)測(cè)評(píng)估的模型、算法為理論支撐，構(gòu)成一整套完整的保護(hù)設(shè)備狀態(tài)檢修管理體系。系統(tǒng)業(yè)務(wù)核心功能由基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、分析模型維護(hù)和檢修專業(yè)管理實(shí)現(xiàn)。同時(shí)為了保證系統(tǒng)安全、規(guī)范運(yùn)行，整個(gè)業(yè)務(wù)流程都在系統(tǒng)維護(hù)與標(biāo)準(zhǔn)維護(hù)的管理框架內(nèi)進(jìn)行。

3.2 系統(tǒng)業(yè)務(wù)分析

圖4 狀態(tài)檢修功能框圖

電力設(shè)備狀態(tài)檢修系統(tǒng)的主要功能定義:獲取并處理電力設(shè)備相關(guān)的反映設(shè)備健康狀態(tài)的狀態(tài)量數(shù)據(jù)，評(píng)價(jià)設(shè)備當(dāng)前狀況，預(yù)測(cè)狀態(tài)量未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)狀態(tài)劣化和趨勢(shì)不良的設(shè)備及時(shí)發(fā)布狀態(tài)預(yù)警消息，并進(jìn)行有效的故障建模和原因分析。最終通過(guò)綜合優(yōu)化檢修策略模型，提出檢修決策建議，有效支持狀態(tài)檢修工作的具體實(shí)施。系統(tǒng)業(yè)務(wù)功能總體架構(gòu)見(jiàn)圖5。

圖5 系統(tǒng)業(yè)務(wù)功能總體架構(gòu)

在業(yè)務(wù)流程運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)資料基礎(chǔ)上，系統(tǒng)還能夠提供方便的綜合信息查詢功能，方便用戶從整體上全方位做好狀態(tài)檢修工作，最終實(shí)現(xiàn)保護(hù)設(shè)備狀態(tài)檢修工作的規(guī)范化、流程化，提高生產(chǎn)管理效率。整個(gè)狀態(tài)檢修系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程圖見(jiàn)圖6。

圖6 系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程

業(yè)務(wù)流程中，根據(jù)保護(hù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、狀態(tài)量和分析模型維護(hù) (包括檢測(cè)預(yù)警、狀態(tài)評(píng)價(jià)、決策建議、檢修校驗(yàn)管理)的相關(guān)屬性進(jìn)行邏輯判斷，然后根據(jù)判斷結(jié)果進(jìn)行邏輯整合，最終實(shí)現(xiàn)所需信息的查詢?；谝陨显O(shè)計(jì)而研發(fā)的繼電保護(hù)設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)和狀態(tài)檢修專家系統(tǒng)在寧夏電力公司上線運(yùn)行3個(gè)月來(lái)，收到了很好的效果，大大提升了檢修效率和準(zhǔn)確率。

4 結(jié)束語(yǔ)

詳細(xì)介紹和分析了狀態(tài)檢修系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)和業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)，并結(jié)合電力信息化的特征，提出了基于SOA架構(gòu)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)的方法。狀態(tài)檢修系統(tǒng)是一個(gè)很復(fù)雜的建設(shè)工程，涉及的理論和方法很多。狀態(tài)檢修是我國(guó)電網(wǎng)發(fā)展的趨勢(shì)，也是電力企業(yè)信息建設(shè)中需要認(rèn)真研究的課題。

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