礦山設備維修數據集成與管控系統(tǒng)研究

滕曉旭，全厚春，祁金才，孫祎楠，白蘭，王智強

(1.鞍鋼集團礦業(yè)有限公司信息中心， 遼寧 鞍山市 114000；2.沈陽中科奧維科技股份有限公司， 遼寧 沈陽 110179)

0 引言

大型礦用設備的正常運轉是礦山企業(yè)安全生產和穩(wěn)定運營的基礎，所以維修信息化管理在礦用設備管理的過程中顯得尤為重要，尤其是在目前普遍集中生產的礦業(yè)模式下。設備的管理方式、管理理念和維修方式隨著礦山企業(yè)規(guī)模的擴大與科技進步出現了極大的變化。事后維修和預防維修是設備維修的兩種主要方式，預防維修又可分為定時維修和狀態(tài)監(jiān)測維修。其中狀態(tài)監(jiān)測維修的應用十分廣泛，已經成為礦山設備維護的主要方法，設備維修時機的控制非常重要，根據設備的技術狀態(tài)來確定，通過狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷來實現。以設備運行時的動態(tài)信息為依據，在故障尚未發(fā)生或者將要發(fā)生時做出決策診斷，確定設備的工作狀態(tài)（正常工作（開/停）、將要發(fā)生故障、發(fā)生故障待檢修）。高效、快速、準確的故障診斷及檢測維修可以為礦山企業(yè)延長大型設備的工作壽命，減少不必要的損耗，節(jié)省開支，從生產效率和經濟效益兩方面為礦山企業(yè)的安全高效生產、運營奠定基礎[1]。

目前，設備維修管理雖然在不斷地前進，但是由于礦用設備系統(tǒng)由多供應商多系統(tǒng)構成，各系統(tǒng)建的數據耦合交互受到設備系統(tǒng)平臺的限制，使得設備維修管理數據難以集成，造成設備維修過程的數據不能通過數據間的交互提供及時的維修數據查詢，降低了企業(yè)信息化的利用效率。

為了解決這一問題，針對設備維修管理產生的數據及多系統(tǒng)特點，需要建立系統(tǒng)性的數據維修管理系統(tǒng)，從多方面進行介入，以達到精細化管理要求。通過各系統(tǒng)間進行分布式的數據耦合交換，研究共同數據總線，對設備主數據、用戶主數據、缺陷數據、備件請購消耗數據、維修工程數據等進行異構跨平臺對接，結合數據網關接入技術與ETL技術，實現多平臺的數據交互研究。可以進行數據的發(fā)布訂閱，消除多系統(tǒng)間引起的數據孤島、數據不同步等問題，降低企業(yè)信息數據利用成本及交互成本，是設備管理技術研究的基礎。

1 設備維修數據共享機制

共享機制是科學數據共享中的一種普遍范式，其具有一定的針對性與累積性，必須是適應共享工作并且不斷迭代優(yōu)化的數據。不同的質量績效、管理方式、權責關系與驅動方式是共享機制差異化的體現。這是一種多因素耦合的系統(tǒng)性復雜問題，選擇與識別科學數據匹配的數據共享機制有助于推進數據共享復雜問題的分層化解。

1.1 數據共享模式

科學數據共享模式可以分為宏觀、中觀、微觀3個視角。其中，著重探討共享制度體現在宏觀層，著重關注共享運行組織體現在中觀層，聚焦科學數據體現在微觀層。所以，有復雜多樣的科學數據共享機制可供選擇，本文對梳理后的科學數據共享模式進行了描述。

首先，從科學數據來源看，共享可分為“專業(yè)化生產模式、聯(lián)合共建共享機制和數據交換模式”。有學者基于查詢接口與完全開放數據庫，從技術應用角度出發(fā)提出其共享模式。另外還包括基于開放網格服務OGSA-DAI數據和元數據集成的共享（見圖1）。共享機制以科學數據權益性質為標準，可分為“商業(yè)化和公益性”兩種。

圖1 網格服務架構(OGSA-DAI)數據集成

其次，科學數據共享機制以組織形態(tài)為標準進行分類，可分為商業(yè)化運行模式和事業(yè)性運行模式兩種，國際組織參與、企業(yè)發(fā)展帶動、部門間交換以及政策驅動4種類型，以及主體（項目）合作共建和地域協(xié)作共建、組織協(xié)作共建、國際共建、政策共建4種方式。

最后在宏觀層面上，協(xié)議工具、政策運動、技術工具、標準規(guī)范等共享機制的出現與完善得益于政策的推動。在政策推動的共享中，開放獲取倡議提出的金色道路和綠色道路兩種共享機制；從國際組織到國家政府機構，從國家政府機構到各地方政府部門，一系列開放共享政策倡導全面開放的公益性共享機制，充分發(fā)揮共享機制在共享政策使用中的主導作用[2-4]。

1.2 數據共享模式實踐

模式分類并非一成不變，各種分類之間也存在著交叉重疊，共享實踐常常是多種模式運行交叉的綜合體系。例如，典型的服務場景中，大科學計劃、共享機制、資源建設、大科學裝置及系統(tǒng)研發(fā)總是共同推動數據全生命周期的共享活動；大型跨國數據組織也是最為常見交叉多元的組織形態(tài)。制度導向的共享機制和人才共享機制的實踐就更加需要一系列不同層次的法律法規(guī)、政策、標準規(guī)范與技術工具協(xié)調一致，同時針對特定科學數據，建立靈活的共享機制制度，使之呈現出特定的組織形態(tài)等。

在不同的科學領域，數據的規(guī)模、算法模型與處理方式等存在顯著差異，共享機制的選擇也有很多個性化、特色化的表現。

2 基于ETL的設備維修數據集成

Extract-Transform-Load（ETL）是描述將數據從最初的來源端輸送至目的地端的全生命周期，經過數據抽取、轉換、裝載的一系列過程，是一種實現將異構數據源整合到一起，集中式存儲和綜合管理的方法（見圖2）。從多個業(yè)務系統(tǒng)的數據源中抽取數據、清理、經過轉換和加載的工作，同時可以對數據進行整理和修改，符合數據倉庫需求，最終將數據從一個系統(tǒng)輸送到統(tǒng)一的、完備的數據倉庫中，從而達到數據集成的目的[5-8]。

圖2 ETL數據體系結構

（1）數據抽取。首先要確定從操作型系統(tǒng)中選取部分數據裝載到數據倉庫中，選取的數據一定要對決策支持有意義。數據抽取要根據數據倉庫中，維度表和事實表的定義、數據源的定義、抽取規(guī)則的定義對異構數據源（HTML文件、文本文檔、各類數據庫等）進行檢索，使用規(guī)定的國家標準，選擇合乎條件并且對終端有價值的數據，為把各類數據傳輸到數據倉庫做準備工作。

（2）數據轉換。數據抽取工作完成后，對抽取到的數據進行轉換，按照目標數據源中數據模型的標準定義將各種數據轉換成數據倉庫中的統(tǒng)一標準。由于直接從異構數據源系統(tǒng)中抽取出來的數據都是未經過加工的數據，這些數據存在非標準中英文縮寫詞、習慣性詞語、噪聲數據、重復記錄、數據缺失不完整、命名格式、字段屬性等問題，不能直接應用于數據倉庫，因此要實施各種轉換策略，執(zhí)行各種轉換方法進行數據轉換。

（3）數據清理。一般情況下，許多大型的數據庫或數據倉庫中存在缺失值、異常值等異常樣本數據，這類數據的存在會導致數據輸出不可靠，直接影響對數據的查詢、分析及企業(yè)決策的制定，因此需要對這些數據進行處理。數據轉換工作中包括數據清理的過程，主要是通過刪除異常樣本、填充缺失的數據，光滑噪聲并糾正數據中的不一致，校對不完整的數據，其目標是保證數據的正確性。

3 設備維修系統(tǒng)研發(fā)

3.1 維修系統(tǒng)體系結構

軟件體系結構用來解決總體系統(tǒng)結構設計的問題，以及描述說明方面的某些問題，是軟件設計過程中一個重要組成部分，在計算過程中，軟件體系結構的重要程度在算法設計和數據結構設計之上。包括全局組織與總體控制、通訊協(xié)議、數據存取、同步、設計構件功能定義、設計元素的功能分配、物理分布、設計元素的復合、物理合成、設計方案的選擇等。

軟件體系結構是軟件系統(tǒng)的高級抽象，主要體現在行為、屬性和結構等方面，其為設計決策提供一些基本原理。軟件體系結構主要由兩部分組成，包括拓撲和組織結構，軟件體系結構不僅能反應系統(tǒng)的需求，并且能顯示構成軟件系統(tǒng)的元素之間的對應關系。軟件體系結構指的是構成系統(tǒng)的元素、元素的集成模式、元素之間的相互作用及各種模式的完整性約束組成[9-10]。

3.2 維修系統(tǒng)功能模塊劃分及數據庫結構

針對大型礦業(yè)設備而言，設備智能維修維護管控系統(tǒng)非常重要，按照國家的標準和設計的基本要求，可以將系統(tǒng)劃分為維修維護管理系統(tǒng)、預算定額管理系統(tǒng)、供應商系統(tǒng)、微信公眾號系統(tǒng)。

根據維修系統(tǒng)功能的劃分，大型礦業(yè)設備智能維修管控系統(tǒng)數據主要分為4個部分：維修工程數據、預算數據、供應商數據以及微信公眾號數據。

3.3 維修費用算法流程

建設工程造價對于某項建設工程項目而言，該建設項目（工程項目）一般由以下幾部分組成， 包括有計劃地進行固定資產再生產、形成相應的無形資產以及鋪底流動資金的一次性費用，即工程建設所花費的全部費用（見圖3）。由設備及工具器具購置費、建筑安裝工程費和工程建設其他費用組成[11]。

圖3 維修費用組成

設備、工器具購置費是指按照項目設計文件要求和國家標準的規(guī)定，建設單位購置或自制的達到固定資產標準的設備和新擴建項目配置的首套工器具及生產所需的費用。它由設備、工器具原價和包括設備成套公司服務費在內的運雜費組成[11]。

建筑安裝工程費是指建設期內建設單位直接支付給從事建筑安裝工程施工單位的建筑工程費、設備購置費及安裝工程費，包括用于建筑物的建造及有關的準備工作、機械輔助設施的搭設、拆除及清理等工程的投資；用于需要安裝設備的運輸、裝卸、安置、裝配工程的投資。它是以貨幣價值形式表現的建筑安裝工程的價值。

工程建設其他費包括暫列金額、暫估價、計日工等各項費用，由項目投資方支付的費用，費用發(fā)生與否未知，為保證工程項目順利完成、發(fā)揮作用以及交付使用而產生的費用。

對于基本建設工程費用，機械設備、生產生活所需的工具器具的購置費用的確定相對比較簡單；工程建設其他費用可以根據國家或地方主管部門的規(guī)定以及類似相關工程進行估算，或根據施工現場調查數據以及參考資料進行計算，方法比較簡單。但是，建筑及設備安裝工程費用的計算是一件較為復雜的工作，其作為基本建設工程費用的主要組成部分，精確計算更加重要。因此，必須對建設工程項目深入了解，實地考察，用科學的方法對建筑安裝工程費用進行統(tǒng)計、分解、分析，細化各項數據，才能更加準確地找出活勞動和物化勞動消耗的基本因素，然后對各構造要素進行精確計算，先確定基本構造要素的工料消耗量，計算其價值，然后匯總各構造要素的價值，可求出建筑及設備安裝工程費用，再通過進一步的計算，求出基本建設工程費用。

3.4 系統(tǒng)應用實例

系統(tǒng)強調以用戶為中心的設計原則，采用BootStrap框架進行前臺開發(fā)，保證界面一致性。大型礦用設備維修計劃管理系統(tǒng)主要包括：年計劃編審、月計劃編審、招標處理、合同編制上報等功能。大型礦用設備維修預算系統(tǒng)主要功能頁面包括定額冊、定額材料、取費樹、取費項、材料批次、材料價格、預算定額編制等。

為了便于管理人員操作，同時開發(fā)了手機端管理系統(tǒng)，如圖4所示。

圖4 手機端管理系統(tǒng)

4 結論

針對礦用設備維修過程、跨平臺維修數據信息共享及協(xié)同管理困難、維修數據缺乏管理結構體系等問題，本文提出了大型設備數據共享機制及數據集成方法，結合數據網關接入技術與ETL技術，解決了諸多實際問題并取得如下成果。

（1）提出復雜系統(tǒng)性問題的解決途徑，科學識別數據的特征，選擇與之匹配的數據共享機制，進而將數據共享的復雜問題分層化解；

（2）應用 ETL方法實現了異構數據源的整合，集中式存儲和綜合管理，從多個業(yè)務系統(tǒng)的數據源中抽取數據、清理、經過轉換和加載的工作，最終將數據從一個系統(tǒng)輸送到統(tǒng)一的、完備的數據倉庫中，從而達到維修數據集成的目的；

（3）建立了完整的設備維修管理體系，下設維修計劃管理系統(tǒng)、預算定額管理系統(tǒng)、供應商系統(tǒng)和微信公眾號系統(tǒng)4個功能模塊系統(tǒng)，并設計了以工程造價規(guī)劃為基礎的維修費用算法流程。