設(shè)備健康碼管理系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

朱俊、趙文瀾、趙小勇、王蕓 /北京精密機(jī)電控制設(shè)備研究所

設(shè)備健康碼管理是通過采集、分析、利用設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測信息，融合使用、保養(yǎng)與維修信息，結(jié)合設(shè)備健康管理理論與分析評價方法，對影響設(shè)備健康狀態(tài)的主要技術(shù)指標(biāo)、管理要求的落實(shí)情況和人為操作等因素進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與綜合評估，進(jìn)而出示相應(yīng)設(shè)備健康狀態(tài)指示碼（設(shè)備健康碼）的管理過程。設(shè)備健康碼管理系統(tǒng)是基于設(shè)備健康碼的管理需求，通過收集設(shè)備使用過程中的關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)、日常點(diǎn)檢記錄、保養(yǎng)維護(hù)與維修記錄等相關(guān)信息，借助設(shè)備健康狀態(tài)綜合評價算法，評判、顯示設(shè)備“綠碼”“黃碼”“紅碼”等健康狀態(tài)指示標(biāo)識的信息化管理平臺。

一、系統(tǒng)總體架構(gòu)

設(shè)備健康碼管理信息系統(tǒng)的主要架構(gòu)由資源管理層、信息獲取層、信息處理層和應(yīng)用表示層組成，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)圖源利用效率

1.資源管理層

資源管理層的主要功能是對影響設(shè)備健康狀態(tài)的主要參數(shù)進(jìn)行信息的采集、存儲、傳輸、讀取和管理，涵蓋數(shù)據(jù)庫管理、目錄服務(wù)、記錄管理等建設(shè)內(nèi)容。主要管理的信息資源包括設(shè)備基礎(chǔ)類信息資源、影響設(shè)備安全運(yùn)行的關(guān)鍵參數(shù)指標(biāo)、設(shè)備點(diǎn)檢記錄信息、設(shè)備保養(yǎng)維護(hù)記錄信息、設(shè)備維修過程記錄信息五大類。

一是設(shè)備基礎(chǔ)信息資源，通過信息獲取層獲取的設(shè)備名稱、所在位置、所屬單位等基礎(chǔ)信息記錄構(gòu)成。二是影響設(shè)備安全運(yùn)行的關(guān)鍵參數(shù)指標(biāo)，設(shè)備在使用運(yùn)行過程中采集到的運(yùn)行時間、關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)、重要異常提示信號等設(shè)備運(yùn)行期間的相關(guān)信息采集記錄。三是設(shè)備點(diǎn)檢記錄信息，針對設(shè)備進(jìn)行的日常外觀檢查點(diǎn)檢確認(rèn)記錄，定期對設(shè)備技術(shù)狀況進(jìn)行的專項檢查和測定的點(diǎn)檢信息記錄。四是設(shè)備保養(yǎng)維護(hù)記錄信息，對設(shè)備按照維保計劃開展的二、三級保養(yǎng)完成情況進(jìn)行的信息記錄。五是設(shè)備維修過程記錄信息，主要包括設(shè)備報修記錄、設(shè)備維修進(jìn)度記錄、設(shè)備維修完成結(jié)果記錄等。

在資源管理層中，信息主要以完成工作內(nèi)容確認(rèn)、設(shè)備關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)監(jiān)測、維保過程及完成情況記錄等形式進(jìn)行采集并存儲到數(shù)據(jù)庫中，或以掃描的圖片與文檔作為輔助留存記錄、存儲至資料庫中。

2.信息獲取層

信息獲取層的主要作用是收集設(shè)備和人工錄入的相關(guān)信息，并提供與資源管理層、邏輯控制層和應(yīng)用表示層進(jìn)行信息交換的相應(yīng)接口，主要由硬件設(shè)備、軟件系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)組成。硬件部分主要包括信息輸入設(shè)備（設(shè)備傳感器、掃描信息錄入設(shè)備、人工手動錄入設(shè)備等）和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集設(shè)備等；軟件部分主要用于信息處理、內(nèi)容轉(zhuǎn)換和硬件設(shè)備的管理控制等；傳輸網(wǎng)絡(luò)部分主要用于數(shù)據(jù)信息的傳輸。

3.邏輯控制層

設(shè)備健康碼管理涉及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控、維保信息處理、健康狀態(tài)評估等業(yè)務(wù)。邏輯控制層是確保設(shè)備健康碼管理系統(tǒng)正常運(yùn)行的主要架構(gòu)，為設(shè)備健康碼管理各項業(yè)務(wù)功能、流程、規(guī)則、策略提供支撐的關(guān)鍵組成部分。涵蓋了控制業(yè)務(wù)對象以及它們之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，包含了業(yè)務(wù)對象在業(yè)務(wù)流程與具體功能中的使用。其需實(shí)現(xiàn)對所有影響設(shè)備健康狀態(tài)的異常信息做出正確分析與判斷，如從信息獲取層獲得設(shè)備相關(guān)采集信息后，經(jīng)過比對分析，若超出預(yù)設(shè)閾值，則出示警示信息。邏輯控制層進(jìn)行設(shè)備健康狀況評估的依據(jù)主要依托于設(shè)備運(yùn)行關(guān)鍵參數(shù)的監(jiān)控數(shù)據(jù)，并結(jié)合設(shè)備點(diǎn)檢、維保及維修情況，通過算法機(jī)制評估得出設(shè)備健康狀況的評價結(jié)果，形成設(shè)備健康碼，便于管理人員直觀查看設(shè)備的健康狀態(tài)信息。

4.應(yīng)用表示層

應(yīng)用表示層通過人機(jī)交互等方式，將資源管理層、信息獲取層、邏輯控制層有機(jī)結(jié)合，并以圖表、圖文等形式向用戶展示各類信息和流程處理結(jié)果的結(jié)構(gòu)部分。應(yīng)用表示層是設(shè)備健康碼管理系統(tǒng)各項數(shù)據(jù)、信息流、應(yīng)用對象以及數(shù)據(jù)交換界面的綜合描述，需清楚地表述各種界面中的數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)在各流程間的交互情況，為管理人員清晰地展示設(shè)備當(dāng)前健康狀態(tài)的評價結(jié)果（設(shè)備健康碼），并以不同顏色的健康碼表征設(shè)備當(dāng)前的健康狀態(tài)，同時能夠查詢和顯示設(shè)備以往健康狀態(tài)歷史記錄等情況。

二、設(shè)備健康狀態(tài)評價方法

設(shè)備健康狀態(tài)評價的核心在于合理確定每一個評價指標(biāo)以及計算評估的模型。一是確定評價對象的健康狀態(tài)影響因素并組成評價指標(biāo)集。二是根據(jù)評價指標(biāo)對健康狀態(tài)的影響程度大小形成評語集。三是按每一個評價指標(biāo)單獨(dú)評判影響程度并匯總形成評估集。四是根據(jù)所有指標(biāo)綜合加權(quán)進(jìn)行評判得出評價結(jié)果。

1.設(shè)備健康狀態(tài)評價基本流程

設(shè)備健康狀態(tài)評價基本流程如圖2所示。確定評價對象，針對該對象建立評價指標(biāo)集和評語集，通過評估算法計算評價指標(biāo)對設(shè)備健康狀態(tài)的影響程度，并根據(jù)各個指標(biāo)的權(quán)重，由權(quán)重集和評估集綜合計算最終的評價結(jié)果。

圖2 設(shè)備健康狀態(tài)評價基本流程

2.設(shè)備健康狀態(tài)劣化度的設(shè)定

通過對劣化程度的分析、研究和量化，可以估算出設(shè)備當(dāng)前的健康狀態(tài)。設(shè)備健康狀態(tài)評價算法可以利用劣化度表征各評價指標(biāo)因素相對于評語集的隸屬關(guān)系，并以扣減劣化度分值的方式計算得出評價定量結(jié)果。

當(dāng)設(shè)備健康評估狀態(tài)較差時，健康評價數(shù)值接近其極小值，此時從設(shè)備健康指數(shù)總數(shù)中扣減的劣化度分值趨近于最大值100；當(dāng)設(shè)備正常工作，運(yùn)行狀態(tài)良好時，健康評價指數(shù)總數(shù)扣減分值接近于極小值，即其劣化程度趨近于最小值0。因此，設(shè)備健康指數(shù)的總分值為100，可扣減的劣化度分值取值范圍為0～100。

3.設(shè)備健康碼管理系統(tǒng)的軟件架構(gòu)

根據(jù)被評估設(shè)備在運(yùn)行過程中采集相關(guān)技術(shù)參數(shù)的難易程度，以及設(shè)備維護(hù)人員對設(shè)備點(diǎn)檢與維保的主觀認(rèn)知限制性等人為因素，需對設(shè)備健康碼的管理構(gòu)建軟件框架，如圖3所示。

圖3 設(shè)備健康碼管理系統(tǒng)軟件框架

通過傳感器或設(shè)備采樣數(shù)據(jù)傳輸接口采集并接收設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)信息，經(jīng)過信號處理與特征提取后，傳送到設(shè)備健康管理信息數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng)可調(diào)用CBM工具包中的計算模型（灰色預(yù)測模型、比例風(fēng)險模型、卡爾曼濾波模型等）對采集到的設(shè)備信息進(jìn)行健康狀態(tài)分析，并將分析結(jié)果傳遞至設(shè)備健康碼生成控制軟件模塊，用于將評估得出的設(shè)備健康狀態(tài)評價結(jié)果轉(zhuǎn)化生成對應(yīng)的設(shè)備健康碼。

企業(yè)用戶通過移動終端、固定展示終端或系統(tǒng)預(yù)留接口獲取設(shè)備健康碼的相關(guān)信息。其中，設(shè)備健康管理數(shù)據(jù)庫是本系統(tǒng)的基礎(chǔ)核心數(shù)據(jù)庫，用于存儲大量的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測信息、維護(hù)保養(yǎng)記錄信息以及設(shè)備自身的產(chǎn)品檔案信息等。

4.設(shè)備健康碼的生成

設(shè)備健康碼的生成，是利用在線監(jiān)測關(guān)鍵參數(shù)技術(shù)數(shù)據(jù)以及人工錄入確認(rèn)的設(shè)備維保記錄數(shù)據(jù)獲得的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，經(jīng)過定期的健康狀態(tài)評估，分析設(shè)備健康狀態(tài)的劣化度。當(dāng)設(shè)備處于正常良好運(yùn)營狀態(tài)時，設(shè)備健康碼顯示為綠色。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)劣化跡象時，通過評價當(dāng)前設(shè)備處于何種程度的健康劣化狀態(tài)，以紅色或黃色健康碼的形式向相關(guān)設(shè)備的使用人員、維修人員及管理人員進(jìn)行報警，便于相關(guān)人員根據(jù)設(shè)備健康評估結(jié)果及時進(jìn)行設(shè)備維護(hù)處理。

應(yīng)用設(shè)備健康碼管理系統(tǒng)將改變當(dāng)前企業(yè)難以開展設(shè)備健康狀態(tài)信息化管理的現(xiàn)狀，改變設(shè)備健康檔案數(shù)據(jù)信息的存儲與查閱方式，實(shí)現(xiàn)設(shè)備健康狀態(tài)信息自動評價顯示，進(jìn)而有效提高設(shè)備的安全運(yùn)行監(jiān)管水平，提前預(yù)警降低故障發(fā)生風(fēng)險，提升設(shè)備持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行時間，確保科研生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行的安全性、連續(xù)性與可靠性。