重點設(shè)備狀態(tài)檢修系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

楊菊輝,范玉德，劉 更

(中國工程物理研究院化工材料研究所,四川 綿陽 621900)

化工行業(yè)作業(yè)活動涉及各種火工品、混合炸藥、爆轟材料、高分子材料等試驗研究及規(guī)模化生產(chǎn)，這些生產(chǎn)作業(yè)都為危險作業(yè)，在科研生產(chǎn)作業(yè)活動過程中，各種設(shè)備軟、硬件性能的好壞對作業(yè)人員生命及公共財產(chǎn)安全起著重要作用。如在炸藥切割過程中，控制系統(tǒng)突然失靈，起降溫作用的水不能及時送達(dá)切割面，將存在很大的安全隱患。

隨著科研生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，各種精密設(shè)備和價格昂貴的規(guī)?；a(chǎn)設(shè)備的引入也越來越多。這些重點設(shè)備涉及的知識面越來越廣，技術(shù)難度越來越深，不僅包括自動控制、機(jī)電一體化、儀器儀表、工控系統(tǒng)、通信技術(shù)、軟件技術(shù)等各種知識，而且集成化程度越來越高，造成設(shè)備維修難度不斷加大。如何探索出一條新的維修思路以適應(yīng)科研單位的快速發(fā)展迫在眉睫。

1 設(shè)備系統(tǒng)維修現(xiàn)狀

設(shè)備系統(tǒng)維修一般采用事后維修及設(shè)備定期保養(yǎng)兩種方式，這兩種方式主要存在三大缺陷：(1)設(shè)備維修及定期保養(yǎng)情況采用的是紙介質(zhì)存儲方式，采用這種方式要想快速查詢出一臺設(shè)備的具體維修及保養(yǎng)情況將花費較長時間，而且隨著時間延長，資料累積增多，這種方式將變得越來越不現(xiàn)實。(2)設(shè)備維修是知識及經(jīng)驗不斷累積的過程，對任何人而言都是誰掌握的知識越全面，專業(yè)間跨度越大，經(jīng)驗越豐富，其判斷故障點及現(xiàn)場解決故障的時間就會越短，而采用事后維修及定期保養(yǎng)并不能有效地將各種專業(yè)知識及團(tuán)隊間的維修經(jīng)驗有機(jī)地結(jié)合起來。(3)不能快速綜合判斷出設(shè)備系統(tǒng)硬件性能整體狀態(tài)。以前的這種維修模式已不能滿足技術(shù)保障需要，隨著時間推移，引進(jìn)的高新技術(shù)設(shè)備不斷增多，維修難度逐步增大，技術(shù)保障問題將會變得更加突出。

為了充分保障科研生產(chǎn)作業(yè)的正常運行，提高維修效率，降低維修成本，設(shè)備維修技術(shù)人員能否及時獲取設(shè)備的原始技術(shù)資料以及設(shè)備維修歷史資料對維修效率起著決定性作用。如何提高發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力，達(dá)到強化設(shè)備性能狀態(tài)管理，強化設(shè)備維修、保養(yǎng)歷史記錄管理，強化設(shè)備改造管理的目的，建立一套完整的設(shè)備狀態(tài)檢修決策支持系統(tǒng)十分必要。

2 創(chuàng)建必要性

2.1 科學(xué)意義和潛在應(yīng)用前景

維修性是產(chǎn)品質(zhì)量的重要組成部分，是產(chǎn)品設(shè)計所賦予的固有屬性，直接關(guān)系到產(chǎn)品開發(fā)時間、成本和維護(hù)費用，特別是復(fù)雜裝備，其功能多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、集成度高，隨之而來的是維修作業(yè)難度大、費用高，有必要在設(shè)計階段就考慮產(chǎn)品的維修性對設(shè)備使用和維護(hù)等后續(xù)階段的影響，把可能在后續(xù)階段產(chǎn)生的問題在設(shè)計過程中盡可能早地發(fā)現(xiàn)和解決，并對產(chǎn)品的維修性進(jìn)行評估和優(yōu)化，從維修性的角度改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計，不必等到物理樣機(jī)制造出來才進(jìn)行產(chǎn)品維修性驗證。在研究產(chǎn)品總體布局時，必須根據(jù)產(chǎn)品部件的維修要求來確定整個產(chǎn)品的總體布局，這樣既能保證產(chǎn)品的功能，又能保證產(chǎn)品具有較好的維修性，從而提高產(chǎn)品的綜合性能。

2.2 安全方面

化工行業(yè)的科研生產(chǎn)作業(yè)大多數(shù)是危險作業(yè)，其中大部分科研生產(chǎn)作業(yè)都絕對離不開設(shè)備系統(tǒng)。在作業(yè)活動過程中，設(shè)備系統(tǒng)特別是控制系統(tǒng)性能的優(yōu)劣對一線工作者的人身安全直接起著第一道屏蔽作用。在作業(yè)活動過程中，如果出現(xiàn)設(shè)備故障特別是控制系統(tǒng)失靈，造成本身該緩慢下降的物體無法控制而出現(xiàn)快速下降，直接墜落下來；或是溫度加熱過程中，本該到達(dá)一定溫度值時自動停止加熱卻沒有停下來而繼續(xù)加熱等，這些控制系統(tǒng)失靈都存在嚴(yán)重的安全隱患。

創(chuàng)建狀態(tài)檢修決策支持系統(tǒng)之后，判斷設(shè)備狀態(tài)，識別故障早期征兆，對故障部位及其嚴(yán)重程度、故障發(fā)展趨勢做出判斷，并根據(jù)分析診斷結(jié)果，在設(shè)備性能下降到一定程度或故障將要發(fā)生之前主動實施維修將變?yōu)榭赡?。在此條件下，將使科研生產(chǎn)作業(yè)活動過程中設(shè)備故障率降低到最低，可最大程度地保障一線工作者在作業(yè)活動中的人身安全。

2.3 效率方面

設(shè)備系統(tǒng)的故障具有隨機(jī)性和偶然性。為了分析故障性質(zhì)，提高故障檢測、定位效率，在平時工作中應(yīng)積極主動將捕捉到的故障信息特別是對那些時隱時現(xiàn)的故障進(jìn)行跟蹤記錄。這些記錄不僅對現(xiàn)場故障排除有用，對日后總結(jié)故障解決經(jīng)驗更是必不可少的[1]。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的新技術(shù)應(yīng)用到工作中，但最重要的還是工作經(jīng)驗的積累和創(chuàng)造性的思維方式。針對此情況，作為維修技術(shù)人員，不僅要進(jìn)一步拓寬知識面，也要逐漸改變維修思路，充分利用數(shù)據(jù)庫管理軟件的優(yōu)勢開發(fā)相應(yīng)的應(yīng)用管理軟件，將設(shè)備的原始參數(shù)、設(shè)備故障現(xiàn)象、故障排除方法等管理起來，當(dāng)下次遇到類似情況就可以直接從數(shù)據(jù)庫中提取相關(guān)的解決辦法。這樣不僅能提高故障診斷[2-3]效率，降低維修費用，更重要的是同事間能夠互相吸取對方的工作經(jīng)驗和思維方式，更好地為科研單位的設(shè)備提供技術(shù)支持。創(chuàng)建重點設(shè)備狀態(tài)檢修決策支持系統(tǒng)不僅能有效地將日常故障快速地記錄下來，更重要的是信息查詢快速簡潔。

3 系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)

通過重點設(shè)備狀態(tài)檢修決策支持系統(tǒng)能逐步實現(xiàn)下列功能。

3.1 輔助產(chǎn)品設(shè)計

在產(chǎn)品設(shè)計前期階段，利用該系統(tǒng)能獲取部分零配件的使用壽命，對使用壽命短或故障率高的零配件不再選用，以提高產(chǎn)品的綜合性能。

3.2 硬件性能狀態(tài)評估

在辦公室，技術(shù)人員只需進(jìn)入該系統(tǒng)即可全面掌握設(shè)備技術(shù)資料[4]、歷史維修記錄、歷史保養(yǎng)信息，根據(jù)這些信息和零配件出廠使用壽命對設(shè)備硬件性能狀態(tài)進(jìn)行整體評估。

3.3 設(shè)備改造

設(shè)備改造時,能在該系統(tǒng)中獲取部分零配件性能，只針對性能不穩(wěn)定和易損壞的零配件進(jìn)行改造，降低改造成本。

3.4 現(xiàn)場維修

協(xié)助現(xiàn)場人員維修,利用該系統(tǒng)獲取歷史維修記錄，對相同故障現(xiàn)象、相同故障點利用歷史解決辦法直接解決。節(jié)省故障判斷時間和問題解決時間，提高維修效率。

3.5 設(shè)備保養(yǎng)

現(xiàn)場保養(yǎng)設(shè)備時,利用該系統(tǒng)查詢歷史保養(yǎng)情況，對過去未曾保養(yǎng)的零部件進(jìn)行重點保養(yǎng)。

3.6 制定計劃

通過該系統(tǒng)作出檢修決策，制定檢修及保養(yǎng)計劃。

3.7 內(nèi)部信息發(fā)布

定期在內(nèi)部發(fā)布設(shè)備維修情況、設(shè)備保養(yǎng)情況等信息。

4 方案設(shè)計

4.1 總體布局

系統(tǒng)設(shè)計分為兩部分，分別如下：

(1)搭建硬件系統(tǒng)平臺；

(2)設(shè)計軟件系統(tǒng)。

4.2 搭建硬件系統(tǒng)平臺

硬件平臺主要由電子標(biāo)簽、手持式讀碼器和計算機(jī)系統(tǒng)三大部分構(gòu)成,硬件平臺信息交換原理如圖1所示。

圖1 硬件平臺信息交換原理圖

4.3 軟件系統(tǒng)設(shè)計

隨著傳感技術(shù)、微電子、數(shù)字信號處理和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在狀態(tài)監(jiān)測中的應(yīng)用[5]，使?fàn)顟B(tài)檢修成為可能。而信息記錄系統(tǒng)、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析技術(shù)、歷史故障現(xiàn)象的信息化管理使?fàn)顟B(tài)檢修得以實現(xiàn)。

4.3.1 軟件系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

軟件系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，隨著時間的延長軟件功能逐步完善，功能逐漸增強。軟件初步設(shè)計總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

4.3.2 軟件系統(tǒng)信息采集結(jié)構(gòu)規(guī)劃

針對設(shè)備維修現(xiàn)狀，重點設(shè)備狀態(tài)檢修決策支持系統(tǒng)信息采集結(jié)構(gòu)規(guī)劃以金字塔型為主，即下大上小，信息由下到上逐步集中。

(1)新引進(jìn)設(shè)備

系統(tǒng)信息采集以各個科研室為單位分別進(jìn)行采集，新引進(jìn)設(shè)備重點采集廠家提供的原始信息資料，包括設(shè)備編號、設(shè)備名稱、安裝地點、技術(shù)資料、設(shè)備培訓(xùn)情況、培訓(xùn)人員、設(shè)備技術(shù)參數(shù)、設(shè)備圖紙等資料信息[6]。設(shè)備引進(jìn)時廠家所給資料直接影響到后續(xù)的設(shè)備維修及維護(hù)情況，資料統(tǒng)計得越全面、信息越細(xì)，對后續(xù)設(shè)備維修、維護(hù)效率的高低起決定性作用。

(2)過去引進(jìn)設(shè)備

對過去引進(jìn)的設(shè)備重點采集設(shè)備維修及保養(yǎng)信息資料，設(shè)備維修信息采集主要包括設(shè)備編號、設(shè)備名稱、安裝地點、故障現(xiàn)象、維修原因、工作內(nèi)容、解決方法、更換器件、存在問題及建議、檢修人員等相關(guān)信息，為將來的再次維修提供信息資料。設(shè)備保養(yǎng)信息采集主要包括設(shè)備編號、設(shè)備名稱、安裝地點、檢測內(nèi)容及要求、檢修監(jiān)測結(jié)果、保養(yǎng)及檢修結(jié)論、檢修人員等相關(guān)信息。系統(tǒng)信息采集結(jié)構(gòu)規(guī)劃如圖3所示。

4.3.3 軟件系統(tǒng)功能模塊實現(xiàn)

軟件系統(tǒng)功能模塊實現(xiàn)采用逐步完善、逐步增強的方式。

(1)前期重點開發(fā)“重點設(shè)備現(xiàn)場維護(hù)管理系統(tǒng)”

前期實現(xiàn)設(shè)備綜合管理模塊、故障診斷模塊和設(shè)備保養(yǎng)模塊功能，并將這些模塊組建成一套完整的重點設(shè)備現(xiàn)場維護(hù)管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)信息的添加、查詢、統(tǒng)計、報表的打印等功能[7]，它可以單獨作為一套完整的管理軟件使用，協(xié)助現(xiàn)場維修，并留下二次軟件開發(fā)接口，以便再次開發(fā)時直接利用歷史數(shù)據(jù)[8]。

(2)后期開發(fā)狀態(tài)檢修決策支持系統(tǒng)軟件

在重點設(shè)備現(xiàn)場維護(hù)管理系統(tǒng)開發(fā)完成并使用一至二年后，再利用前兩年采集的信息，對采集的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行理論分析，并利用這些理論分析指導(dǎo)完成狀態(tài)檢修決策支持系統(tǒng)軟件開發(fā)，初步規(guī)劃為檢修決策、編制檢修計劃和網(wǎng)站信息發(fā)布三大模塊。當(dāng)前期開發(fā)和后期開發(fā)都完成后構(gòu)建成一套完整的重點設(shè)備狀態(tài)檢修決策支持系統(tǒng)。

5 技術(shù)難點和解決辦法

重點設(shè)備狀態(tài)檢修決策支持系統(tǒng)其技術(shù)難點是如何利用歷史數(shù)據(jù)實現(xiàn)檢修決策模塊的功能，在此基礎(chǔ)上編制檢修計劃，實現(xiàn)內(nèi)部信息發(fā)布。

解決辦法：系統(tǒng)設(shè)計采用逐步完善方式，先開發(fā)數(shù)據(jù)庫信息管理軟件，在信息管理軟件開發(fā)成功并使用一至二年后，再對信息管理軟件中采集的歷史信息進(jìn)行分析處理，并進(jìn)行二次開發(fā)，二次軟件開發(fā)完成后實現(xiàn)重點設(shè)備狀態(tài)檢修決策支持系統(tǒng)全部功能。

圖2 軟件系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

圖3 系統(tǒng)信息采集結(jié)構(gòu)規(guī)劃

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