設(shè)備遠(yuǎn)程運(yùn)維平臺在發(fā)動機(jī)制造線上的應(yīng)用

周 濤，周 俊，劉 暢，劉 韜

（1.云南省昆明市昆明云內(nèi)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(xué)機(jī)電工程學(xué)院，云南昆明 650500）

0 引言

汽車發(fā)動機(jī)生產(chǎn)線的柔性線主要由數(shù)控加工中心、試車臺架、工業(yè)機(jī)器人等自動化設(shè)備組成，這些設(shè)備有效保障發(fā)動機(jī)大批量、高精度的生產(chǎn)需求。但是自動化設(shè)備生產(chǎn)過程中一旦發(fā)生故障不但影響工作效率，而且可能導(dǎo)致嚴(yán)重的安全問題。日益復(fù)雜的柔性自動線加工對生產(chǎn)線設(shè)備的運(yùn)維管理提出更高要求，開展生產(chǎn)線數(shù)控加工中心、工業(yè)機(jī)器人及試車臺架等設(shè)備運(yùn)維管理技術(shù)的研究，對于保障汽車生產(chǎn)線的安全和可靠性運(yùn)行具有重要意義。

隨著信息技術(shù)不斷發(fā)展，分布式仿真系統(tǒng)規(guī)模不斷擴(kuò)展，“運(yùn)維管理系統(tǒng)”開始踏足實(shí)驗(yàn)室管理[1-2]、運(yùn)行監(jiān)控[3-4]等領(lǐng)域。伍星[5-8]等人早年開始研究的基于Web、ULM 模型的遠(yuǎn)程監(jiān)測故障診斷系統(tǒng)為運(yùn)維管理系統(tǒng)進(jìn)入機(jī)械領(lǐng)域鑒定扎實(shí)的前期基礎(chǔ)。設(shè)備是生產(chǎn)、提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的重要物資技術(shù)基礎(chǔ)，優(yōu)秀的設(shè)備運(yùn)維管理為增強(qiáng)企業(yè)綜合競爭力提供重要物質(zhì)保證。目前國內(nèi)包括冶金、石化、機(jī)床和汽車等行業(yè)的設(shè)備運(yùn)維管理尚處于由傳統(tǒng)的“經(jīng)驗(yàn)管理”逐步向“科學(xué)管理”的過渡。為避免計劃、定期維護(hù)的盲目性和超前維護(hù)對人力物力的浪費(fèi)，新的運(yùn)維管理體系和管理軟、硬件被逐步引入企業(yè)的運(yùn)維管理，其目標(biāo)是通過狀態(tài)維護(hù)和預(yù)知維護(hù)克服定期維修帶來的不必要的經(jīng)濟(jì)損失和設(shè)備性能的下降；通過運(yùn)維管理系統(tǒng)完善的診斷能力準(zhǔn)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(yùn)維管理軟件，又可使企業(yè)設(shè)備管理自動化。

分布式[9]和碎片化[10]的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)有助于運(yùn)維管理系統(tǒng)多個子系統(tǒng)的多樣性和特別定制需求，非常利于工業(yè)現(xiàn)場的多種系統(tǒng)的研發(fā)和應(yīng)用。文獻(xiàn)[11]中基于此理念提出一種分布仿真運(yùn)維管理系統(tǒng)對運(yùn)行監(jiān)控工具的研究與實(shí)現(xiàn)。分布式架構(gòu)的內(nèi)聚性確保不同的點(diǎn)巡檢系統(tǒng)、在線監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)能夠有效地通過數(shù)據(jù)庫進(jìn)行存儲和管理。所有異構(gòu)系統(tǒng)的監(jiān)測結(jié)果都能夠在分布式架構(gòu)下有效進(jìn)行分析和挖掘與生產(chǎn)運(yùn)維管理最需求的各類信息。

綜上分析，運(yùn)維管理系統(tǒng)在其他領(lǐng)域已涉足，但機(jī)械領(lǐng)域運(yùn)維管理系統(tǒng)目前尚需開拓。根據(jù)云內(nèi)動力股份有限公司柴油發(fā)動機(jī)制造線運(yùn)維管理的需求，提出一套基于瀏覽器/服務(wù)器模式（B/S 模式）的生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)維管理系統(tǒng)（Production Equipment Operation And Maintenance Management System，PEOMS）架構(gòu)。該系統(tǒng)選擇的Web 應(yīng)用構(gòu)架，在面向?qū)ο笤O(shè)計（Object.Oriented Design，OOD）方法的基礎(chǔ)上，采用UML 設(shè)計了基于Web 的生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)維管理軟件系統(tǒng)（Web-based Production Equipment Operation And Maintenance Management Software System，WPEOMSS），實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)線關(guān)鍵設(shè)備加工中心、試車臺架及工業(yè)機(jī)器人運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測與維護(hù)。

1 運(yùn)維管理系統(tǒng)框架

WPEOMSS 系統(tǒng)軟件以分層體系作為基本的框架構(gòu)成，以MVC 模式進(jìn)行設(shè)計。系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)上采用B/S 結(jié)構(gòu)，整體以純Ajax 操作過程作為目標(biāo)，綜合運(yùn)行Asp.Net、Javscript、Json、Silverlight、Webservice 等技術(shù)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(yīng)用場景，WPEOMS 采用多數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)支持的數(shù)據(jù)層設(shè)計，支持包括MS SQL Server（2000/2005/2008）、Oracle、DB2、PostgreSql、MySql 等在內(nèi)的多種常見的數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng)的框架拓?fù)鋱D如圖1 所示。

2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的架構(gòu)

運(yùn)維管理系統(tǒng)采用客戶端/服務(wù)器（Client/Server，C/S）實(shí)現(xiàn)客戶服務(wù)器風(fēng)格，在開發(fā)過程中使用獨(dú)立編程語言實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫的獨(dú)立性和客戶端的使用使得的本地數(shù)據(jù)庫的實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)和分析診斷結(jié)果能夠方便、高效地與WPEOMSS 系統(tǒng)進(jìn)行通信和數(shù)據(jù)交互，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫包模型如圖2 所示。

3 基于Web 的生產(chǎn)運(yùn)維管理系統(tǒng)的功能

基于Web 的生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)維管理軟件系統(tǒng)是整個運(yùn)維管理系統(tǒng)的核心。它由Web 服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器組成，系統(tǒng)以“點(diǎn)檢定修制”為中心，以TPM 為目標(biāo)，在研發(fā)過程中將完成點(diǎn)巡檢管理、后臺管理、設(shè)備管理、檢修管理等模塊，同時負(fù)責(zé)對企業(yè)中各個離線和在線監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行管理，解決軟件復(fù)用、大數(shù)據(jù)背景下的生產(chǎn)運(yùn)維管理和生產(chǎn)設(shè)備的性能評估與預(yù)測等問題。WPEOMSS 的在功能結(jié)構(gòu)方面主要以“點(diǎn)檢定修制”為中心，以TPM 為目標(biāo)，包含后臺管理、設(shè)備管理、點(diǎn)巡檢管理、檢修管理四大系統(tǒng)模塊。功能結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖1 生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)維管理系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型

圖2 WPEOMSS 的數(shù)據(jù)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(quán)限管理和菜單自定義3 個模塊。其中，用戶管理用于維護(hù)可使用WPEOMSS 系統(tǒng)的賬戶，WPEOMSS 既可根據(jù)角色權(quán)限管理以角色來劃定權(quán)限集合，也可根據(jù)系統(tǒng)管理員的需要提供非常靈活的權(quán)限自定義，隨時增加或取消對某個操作的權(quán)限限制實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的便利運(yùn)維管理；菜單自定義用于設(shè)計WPEOMSS 中功能菜單的結(jié)構(gòu)和布局，系統(tǒng)管理員可以根據(jù)企業(yè)應(yīng)用的實(shí)際需要對菜單格局進(jìn)行調(diào)整來滿足功能結(jié)構(gòu)的調(diào)整，同時方便系統(tǒng)擴(kuò)展集成第三方系統(tǒng)的功能菜單到WPEOMSS 中實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的操作平臺。

3.2 設(shè)備管理模塊

圖3 WPPEOMS 功能結(jié)構(gòu)

設(shè)備管理模塊專注于設(shè)備生命周期管理和設(shè)備狀態(tài)管理，其對象包括普通生產(chǎn)設(shè)備和特種設(shè)備。該模塊主要由設(shè)備臺帳、故障管理、劣化傾向管理、機(jī)旁備件管理、設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)文檔等功能模塊組成。設(shè)備臺帳在WPEOMSS 系統(tǒng)中用于管理系統(tǒng)中所有的生產(chǎn)設(shè)備數(shù)據(jù)，涉及的數(shù)據(jù)包括基本信息、技術(shù)參數(shù)、機(jī)構(gòu)和部件、設(shè)備文檔、維護(hù)規(guī)范等內(nèi)容；故障管理用于管理并跟蹤設(shè)備已發(fā)生的各類故障或事故及其處理過程、處理結(jié)論；劣化傾向管理用于反映設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)趨勢，主要從設(shè)備的各種KPI 以及點(diǎn)巡檢結(jié)果進(jìn)行分析；機(jī)旁備件管理可提供用于管理生產(chǎn)現(xiàn)場附近設(shè)立的機(jī)旁備件庫功能，管理的備件包括易損易耗件、修復(fù)件、關(guān)鍵事故件、工程遺留備件、設(shè)備改造隨機(jī)備件等，主要由機(jī)旁庫庫位及清單管理、機(jī)旁庫異動管理、機(jī)旁庫存查詢、機(jī)旁庫物料查詢等管理功能組成；潤滑管理模塊主要用于實(shí)現(xiàn)企業(yè)潤滑“五定”管理，其主要功能包括潤滑基準(zhǔn)編制、潤滑工作預(yù)報、潤滑工作票編制、打印、簽發(fā)和登錄，潤滑執(zhí)行查詢，潤滑檔案記錄和設(shè)備泄漏管理等；設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)文檔管理是以生產(chǎn)過程中所用設(shè)備為對象而制定的標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)容包括設(shè)備的品種、規(guī)格、技術(shù)性能、實(shí)驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則、加工精度、維修管理及包裝、貯運(yùn)等。

3.3 點(diǎn)巡檢管理模塊

作為“點(diǎn)檢定修”思想實(shí)現(xiàn)的重要組成，點(diǎn)巡檢管理模塊為企業(yè)內(nèi)設(shè)備狀態(tài)檢測工作提供設(shè)備測點(diǎn)定義、巡檢計劃組態(tài)、計劃執(zhí)行、巡檢數(shù)據(jù)回收、設(shè)備狀態(tài)報警、信號分析等功能。WPEOMSS會根據(jù)巡檢人員回收的現(xiàn)場數(shù)據(jù)結(jié)合報警規(guī)則自動對設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行判斷并給出相應(yīng)等級的報警信息。通過WPEOMSS 中信號分析組件，故障診斷技術(shù)人員利用多種信號分析手段對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對設(shè)備潛在的或已經(jīng)發(fā)生的故障隱患進(jìn)行判定，并可依此發(fā)起設(shè)備檢修申請。該管理主要包括設(shè)備樹管理、計劃組態(tài)、計劃下載回收、報警管理和信號分析共4 個模塊。

設(shè)備樹管理用于構(gòu)建包含工作區(qū)域、設(shè)備、測點(diǎn)在內(nèi)的設(shè)備狀態(tài)檢測結(jié)構(gòu)圖，其定義測點(diǎn)的內(nèi)容包括測點(diǎn)基本信息、信號類型、工程單位、特征頻率組、報警設(shè)置、采集儀參數(shù)等內(nèi)容以及WPEOMSS 提供的報警樹、圖片導(dǎo)航、節(jié)點(diǎn)日志、節(jié)點(diǎn)文檔等輔助管理功能；計劃組態(tài)用于巡檢工作管理人員根據(jù)點(diǎn)檢工作要求制定點(diǎn)檢路線和點(diǎn)檢周期制定點(diǎn)巡檢計劃，主要包括日常點(diǎn)檢、定期點(diǎn)檢和精密點(diǎn)檢計劃。計劃組態(tài)時需要定義的內(nèi)容包括適用儀器、巡檢周期、倒班制度、巡檢執(zhí)行人、包含的測點(diǎn)等內(nèi)容；計劃下載回收用于巡檢人員根據(jù)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(shí)施；報警管理提供豐富的報警判斷指標(biāo)用于自動識別設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。設(shè)備管理員可以根據(jù)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)文檔和維護(hù)手冊，制定設(shè)備的各項報警指標(biāo)閥值。當(dāng)巡檢員回收巡檢數(shù)據(jù)時，系統(tǒng)會根據(jù)回收的數(shù)據(jù)、報警規(guī)則設(shè)置自動計算當(dāng)前設(shè)備的狀態(tài)；信號分析模塊用于故障診斷人員對巡檢所采集得到的設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

3.4 點(diǎn)修管理模塊

設(shè)備檢修是“點(diǎn)檢定修””思想實(shí)現(xiàn)的另一個重要組成，它是以設(shè)備的實(shí)際技術(shù)狀況為基礎(chǔ)而制定出來的一種檢修管理制度，目的是為了能安全、經(jīng)濟(jì)、高效率的進(jìn)行檢修，防止檢修時間的延長而影響生產(chǎn)。該管理主要包括檢修計劃管理、檢修任務(wù)管理、工單管理和成本中心。檢修管理的總體結(jié)構(gòu)如圖4 所示。

圖4 檢修管理的總體結(jié)構(gòu)

4 運(yùn)維管理系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)

基于上述云內(nèi)動力生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)維管理系統(tǒng)的設(shè)計框架和功能分析，我們研發(fā)點(diǎn)巡檢系統(tǒng)和3 套在線監(jiān)測系統(tǒng)，并將運(yùn)維管理系統(tǒng)應(yīng)用于生產(chǎn)線關(guān)鍵設(shè)備的監(jiān)測。共篩選出88 臺設(shè)備關(guān)鍵設(shè)備（缸蓋線38 臺、機(jī)體線50 臺）作為日常點(diǎn)巡檢工作內(nèi)容，總計測點(diǎn)1086 個。車間設(shè)備操作員每天通過下載設(shè)備管理員制定的點(diǎn)檢任務(wù)至HY860C 點(diǎn)檢儀中進(jìn)行日常點(diǎn)檢。

圖5 是3.3 點(diǎn)巡檢功能模塊中設(shè)備樹、報警樹、圖片導(dǎo)航區(qū)域系統(tǒng)界面，用來指示當(dāng)前報警狀態(tài)。通過設(shè)備結(jié)構(gòu)樹中設(shè)備或區(qū)域名稱旁圖標(biāo)顏色變化，設(shè)備管理人員可直觀的發(fā)現(xiàn)點(diǎn)巡檢過程中出現(xiàn)設(shè)備上某個測點(diǎn)出現(xiàn)缺陷或故障問題，并可通過圖片導(dǎo)航及設(shè)備基礎(chǔ)信息中獲取設(shè)備所處位置及設(shè)備維修履歷。圖6 是局部功能設(shè)備故障統(tǒng)計功能的結(jié)果統(tǒng)計。該功能模塊以故障時間和發(fā)生頻率為基礎(chǔ)，通過統(tǒng)計圖表對生產(chǎn)企業(yè)設(shè)備整體或單獨(dú)一臺設(shè)備在一段時間內(nèi)的故障情況進(jìn)行查詢分析。

5 結(jié)術(shù)語

圖5 設(shè)備樹、報警樹、圖片導(dǎo)航區(qū)域系統(tǒng)界面

圖6 系統(tǒng)設(shè)備故障統(tǒng)計界面

隨著Web 和云技術(shù)的推廣和深入應(yīng)用，結(jié)合前端感知技術(shù)和人工智能技術(shù)，使得工業(yè)大數(shù)據(jù)背景下，對制造線生產(chǎn)設(shè)備的監(jiān)測、診斷和運(yùn)維管理體系不斷成熟。結(jié)合云內(nèi)動力的實(shí)際需求，基于Web 技術(shù)實(shí)現(xiàn)對關(guān)鍵設(shè)備的遠(yuǎn)程在線監(jiān)測與運(yùn)行維護(hù)，同時結(jié)合WPEOMSM 系統(tǒng)的運(yùn)維管理功能，依據(jù)柴油發(fā)動機(jī)生產(chǎn)線關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)維管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計與組成，數(shù)據(jù)庫設(shè)計及系統(tǒng)功能；基于它的設(shè)計原理和功能需求提出設(shè)計思路，闡述設(shè)備遠(yuǎn)程運(yùn)維管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成，并對后臺管理、設(shè)備管理、點(diǎn)巡檢管理和檢修管理等工作機(jī)制和設(shè)計實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行詳細(xì)的分析。開發(fā)點(diǎn)巡檢管理系統(tǒng)、加工中心在線監(jiān)測系統(tǒng)和試車臺架在線監(jiān)測系統(tǒng)，完成云內(nèi)動力“柴油發(fā)動機(jī)制造線生產(chǎn)運(yùn)維管理系統(tǒng)”的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)，為未來制造企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備管理的現(xiàn)代化和信息化提供有效的理論和技術(shù)支撐，為制造企業(yè)設(shè)備遠(yuǎn)程運(yùn)維領(lǐng)域的開發(fā)者們提供一個實(shí)現(xiàn)此類系統(tǒng)的范例。