基于健康管理的高校實(shí)驗(yàn)室設(shè)備管理體系

孟兆磊，李寧寧，嚴(yán) 露

(北京科技大學(xué) 東凌經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，北京 100083)

健康管理的概念起源于人類醫(yī)療。后來，由健康管理衍生出故障預(yù)測(cè)與健康管理(prognostic and health management，PHM)技術(shù)。PHM首先應(yīng)用在軍用裝備中，隨后在航天飛行器、飛機(jī)、核反應(yīng)堆等復(fù)雜系統(tǒng)和裝備中獲得應(yīng)用，如今在電子、汽車、船舶等很多工業(yè)領(lǐng)域也越來越受到重視[1-2]。這里的健康管理指的是根據(jù)診斷/預(yù)測(cè)信息、可用維修資源和使用要求，對(duì)維修活動(dòng)做出適當(dāng)決策的過程，是基于上述系統(tǒng)設(shè)備的維修維護(hù)成本愈發(fā)高昂而發(fā)展起來的。

目前高校實(shí)驗(yàn)室配置了大量精密、高端設(shè)備，設(shè)備復(fù)雜程度不斷提高，隨之而來的是維修維護(hù)成本的提高。將PHM理念應(yīng)用到高校設(shè)備管理很有必要。

1 高校實(shí)驗(yàn)室管理問題分析

1.1 管理制度不健全，落實(shí)不到位

一些高校實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備管理制度不健全，設(shè)備使用者和管理者的管理維護(hù)意識(shí)不強(qiáng)[3]。當(dāng)制度不完善，缺乏合理、必要的獎(jiǎng)罰激勵(lì)制度時(shí)，實(shí)驗(yàn)室工作人員的積極性就不能被充分調(diào)動(dòng)起來，即使待遇優(yōu)厚，有些管理人員還是缺乏設(shè)備管理維護(hù)意識(shí)。對(duì)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備疏于管理，將使設(shè)備耗損嚴(yán)重、使用壽命降低。

1.2 設(shè)備維修維護(hù)時(shí)機(jī)不合理，成本過高

高校實(shí)驗(yàn)室設(shè)備多是出現(xiàn)故障后才維修，雖然這樣能最大限度地利用設(shè)備零部件的壽命，但是這種方法最好僅限于不重要的設(shè)備。對(duì)于重要設(shè)備來說，這種維修方式將會(huì)使設(shè)備故障更多、維修時(shí)間更長(zhǎng)、維修用度更高，很不經(jīng)濟(jì)。在單純的預(yù)防維修中，如果抓不住合適的時(shí)機(jī)而使維修維護(hù)活動(dòng)過早進(jìn)行，同樣也不經(jīng)濟(jì)。但是，僅憑主觀判斷確實(shí)很難決定最佳的維修時(shí)機(jī)，這是目前設(shè)備管理中亟待解決的合理時(shí)機(jī)問題。

1.3 設(shè)備購(gòu)置不合理，利用率低

由于高校對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的重視程度普遍提高，對(duì)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的建設(shè)力度也在加大。但是由于各實(shí)驗(yàn)室相互獨(dú)立，共享程度低，不同實(shí)驗(yàn)室在對(duì)同一設(shè)備有需求的情況下重復(fù)購(gòu)置，造成巨大浪費(fèi)。另外，重復(fù)購(gòu)置可能導(dǎo)致部分設(shè)備無法物盡其用，甚至被閑置[4]。實(shí)驗(yàn)室建設(shè)缺乏長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃和統(tǒng)籌安排，也會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)室設(shè)備效用不高甚至資產(chǎn)的閑置。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革進(jìn)展緩慢、實(shí)驗(yàn)室開放程度不高的高校，設(shè)備閑置的問題更為嚴(yán)重。

2 引入健康管理后的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備管理體系

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，系統(tǒng)管理的思想越來越成熟。將PHM技術(shù)引入實(shí)驗(yàn)室設(shè)備管理，可很好地解決目前高校實(shí)驗(yàn)室設(shè)備管理不適應(yīng)實(shí)驗(yàn)室發(fā)展的狀況，提高實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行效率。此外，將實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的日常管理過程系統(tǒng)化也是實(shí)驗(yàn)室高效運(yùn)作的必要條件。

2.1 實(shí)驗(yàn)室設(shè)備日常管理系統(tǒng)

為提高實(shí)驗(yàn)室設(shè)備管理效能，我校引入實(shí)驗(yàn)室設(shè)備日常管理系統(tǒng)，并配以規(guī)范的管理制度，完全符合實(shí)際需要并具有可操作性。在日常的設(shè)備管理過程中，管理員做好分內(nèi)工作，對(duì)設(shè)備的購(gòu)置、使用、外借進(jìn)行監(jiān)督管理，嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)章制度，堅(jiān)決維護(hù)制度的嚴(yán)肅性和有效性。使用者也要自覺遵守實(shí)驗(yàn)室制度，共建和諧的研究氛圍。

高校實(shí)驗(yàn)室設(shè)備管理系統(tǒng)的用戶分為普通用戶和管理員用戶。普通用戶包括教師和學(xué)生，系統(tǒng)為這些用戶提供的功能主要包括：對(duì)設(shè)備使用、租借的查詢服務(wù)，修改個(gè)人信息。系統(tǒng)為管理員用戶提供的功能包括：對(duì)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備入庫、驗(yàn)收、出庫、租借、報(bào)廢等進(jìn)行管理，對(duì)設(shè)備進(jìn)行查詢以及對(duì)普通用戶進(jìn)行管理[5]。

2.2 設(shè)備健康管理系統(tǒng)

不同的設(shè)備有不同的最佳維修周期，適合不同的維修方式，例如不重要的設(shè)備可以事后維修，關(guān)鍵性設(shè)備應(yīng)該預(yù)防維修。只有在正確的時(shí)間、選擇適當(dāng)方式對(duì)設(shè)備進(jìn)行維修保養(yǎng)，才能得到最經(jīng)濟(jì)、最好的效果，而在設(shè)備管理工作中不分輕重的故障維修的方法應(yīng)該改變。

視情維修的開放體系結(jié)構(gòu)(OSA-CBM)綜合了國(guó)防軍事、航空航天以及工業(yè)各領(lǐng)域中應(yīng)用的不同類型的PHM系統(tǒng)的共同設(shè)計(jì)思想以及應(yīng)用技術(shù)和方法(見圖1)[6-7]。該體系結(jié)構(gòu)對(duì)于要建立的高校實(shí)驗(yàn)室健康管理系統(tǒng)同樣有指導(dǎo)意義。

圖1 視情維修的開放體系結(jié)構(gòu)圖

在開放體系結(jié)構(gòu)中，故障預(yù)測(cè)是根據(jù)采集的數(shù)據(jù)來評(píng)估設(shè)備未來的健康狀況，包括預(yù)測(cè)設(shè)備的剩余壽命,自動(dòng)推理決策產(chǎn)生更換、維修等建議，以便在系統(tǒng)發(fā)生故障前的適宜時(shí)機(jī)采取維修措施。這兩部分是PHM系統(tǒng)的顯著特征，應(yīng)該在高校實(shí)驗(yàn)室設(shè)備健康管理系統(tǒng)中得以保留和體現(xiàn)?；谝陨辖Y(jié)構(gòu)建立的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備健康管理系統(tǒng),應(yīng)該至少具有圖2所示的功能。

3 討論與建議

3.1 實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理的制度化和規(guī)范化

首先應(yīng)建立健全設(shè)備管理的各項(xiàng)規(guī)章制度，規(guī)范的設(shè)備日常管理制度是實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備良好管理的前提條件。這些管理規(guī)章制度要對(duì)設(shè)備的使用、維護(hù)維修及管理形成一個(gè)明確的制度約束，并啟動(dòng)內(nèi)部控制制度，對(duì)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備管理制度執(zhí)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)督[8]。此外，培養(yǎng)管理員和設(shè)備使用者對(duì)設(shè)備的主觀保護(hù)意識(shí)同樣能促進(jìn)管理工作的制度化及規(guī)范化。

3.2 實(shí)現(xiàn)設(shè)備健康管理

基于健康管理技術(shù)構(gòu)建的高校設(shè)備管理體系可以彌補(bǔ)設(shè)備管理過程中維修維護(hù)時(shí)機(jī)不當(dāng)、成本過高的缺陷。該體系不分設(shè)備的等級(jí)、主次，將全部設(shè)備的維護(hù)維修過程固定在一個(gè)框架中，既避免了主觀判斷維修方式可能出現(xiàn)的紕漏，也避免了全部預(yù)防維修成本高、效率低的劣勢(shì)，并可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障診斷、壽命預(yù)測(cè)、自動(dòng)推理決策等五大功能。

圖2 設(shè)備健康管理系統(tǒng)的主要功能模塊

3.2.1 數(shù)據(jù)采集與分析

設(shè)備狀態(tài)信息應(yīng)是多層次、多方面和動(dòng)態(tài)的,系統(tǒng)通過傳感器和設(shè)備數(shù)據(jù)接口采集并傳輸設(shè)備的狀態(tài)信息，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，使之可用于狀態(tài)監(jiān)測(cè)、健康評(píng)估和故障診斷。

3.2.2 狀態(tài)監(jiān)測(cè)與健康評(píng)估

將來自傳感器并經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)與預(yù)定的失效判定依據(jù)進(jìn)行比較來監(jiān)測(cè)設(shè)備當(dāng)前的狀態(tài)，分析設(shè)備的性能衰退趨勢(shì)，做出健康評(píng)估報(bào)告。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)劣化征兆時(shí)，向設(shè)備管理人員分級(jí)報(bào)警[9]。

3.2.3 故障診斷

如果設(shè)備的劣化不能及時(shí)、準(zhǔn)確地診斷，也就無法進(jìn)行有效的狀態(tài)維修。故障診斷基于各種健康狀態(tài)的歷史數(shù)據(jù)、工作狀態(tài)以及維修歷史數(shù)據(jù)等，采用多種分析方法(如相關(guān)分析與功率譜分析、倍頻程分析、階比分析、時(shí)間序列分析、模態(tài)分析、時(shí)頻分析等)將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理,查出故障點(diǎn)或劣化點(diǎn)。

3.2.4 壽命預(yù)測(cè)

設(shè)備維修部門可以通過各種預(yù)測(cè)模型(例如灰色預(yù)測(cè)模型、比例風(fēng)險(xiǎn)模型、卡爾曼濾波模型、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等)預(yù)測(cè)設(shè)備或部件的剩余使用壽命，在設(shè)備嚴(yán)重停機(jī)事故發(fā)生之前,利用有效的預(yù)測(cè)功能可以保證有足夠的時(shí)間制訂和實(shí)施維修計(jì)劃。

3.2.5 自動(dòng)推理決策

該功能接受來自狀態(tài)監(jiān)測(cè)與健康評(píng)估、壽命預(yù)測(cè)等部分的數(shù)據(jù)，產(chǎn)生最佳的維修方式建議，盡量在被監(jiān)測(cè)設(shè)備發(fā)生故障之前采取相應(yīng)措施。為了貫徹健康管理理念，維修活動(dòng)應(yīng)該包括維修計(jì)劃制訂、維修備件采購(gòu)、維修任務(wù)調(diào)度、維修資源分配和維修策略優(yōu)化等，將每一個(gè)環(huán)節(jié)細(xì)化和規(guī)范化，實(shí)現(xiàn)健康管理。

3.3 實(shí)現(xiàn)設(shè)備優(yōu)化配置

在高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)中，為了提高設(shè)備利用率，強(qiáng)化設(shè)備資源的合理分配，使有限的設(shè)備資源得到充分的利用，實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的優(yōu)化配置勢(shì)在必行[10]。搞好設(shè)備資源配置工作,關(guān)鍵在于積極探索，建立適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的體制和高校改革特點(diǎn)的設(shè)備管理運(yùn)行機(jī)制[11]；深化實(shí)驗(yàn)室管理體制改革，防止設(shè)備的不合理配置和重復(fù)購(gòu)置；加強(qiáng)設(shè)備資源配置工作的宏觀管理，通過詳細(xì)的調(diào)查和可行性研究，編制好設(shè)備配置規(guī)劃；建立閑置設(shè)備管理機(jī)構(gòu),及時(shí)調(diào)整設(shè)備資源的存量結(jié)構(gòu)[12]。

4 結(jié)束語

健康管理的重要性引起了越來越多的關(guān)注，將其應(yīng)用在高校實(shí)驗(yàn)室設(shè)備管理中，將大大降低設(shè)備維修維護(hù)成本，尋找到最佳的維修維護(hù)時(shí)機(jī)，避免設(shè)備突發(fā)故障，大大提高實(shí)驗(yàn)室設(shè)備使用效率，形成一個(gè)良好運(yùn)行的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備管理體系，保障實(shí)驗(yàn)教學(xué)和科學(xué)研究的順利進(jìn)行。

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