设备故障动态监测及预防维护管理系统的设计与开发

贾学增，吴小勇

（1.重庆化工职业学院，重庆400020；2.重庆潍柴发动机厂，重庆 402262）

随着企业设备不断朝着大型化、复杂化和自动化方向发展，设备在企业生产中的重要性日益增大，传统的设备维修管理模式已经落伍，使用计算机辅助设备管理，是设备管理现代化的必然趋势。

1 国内设备管理目前存在的缺陷

国内目前的设备管理信息系统，仍局限于对设备台账和档案等静态信息的记录与查阅，缺乏对设备的动态管理，没有充分发挥计算机的分析决策能力。虽然不少学者对企业设备故障管理的含义、设备故障管理的内容以及设备发生故障后的预防、维修方法，进行了广泛的研究，获得了一定的研究成果[1～4]。但目前仍然存在着一些缺陷，主要表现为：

（1）国外的设备故障管理技术，虽然较为发达，但对软件和硬件的投入成本过高，不符合我国企业的实际情况。

（2）国内相关的先进设备故障管理理念，仍停留在理论阶段，目前国内仍有较多企业处于事后维修阶段，对于诸如预防维护等管理方法的理论和实际应用比较模糊；现有的设备故障管理中，关键性的故障预防、实时报警及与软件的信息传递和处理上，研究尚未涉及，没能建立起有效的设备实时报警模型系统，更谈不上建立可操作的设备故障动态管理系统。

（3）由于现有系统在网络方面的不健全，导致故障反馈机制效率低下，机器故障不能及时得到排查，导致误工、甚至停工等现象，从而给企业带来不必要的损失；同时由于没有先进的设备故障管理理论做支撑，系统缺乏前瞻性和预测性，导致人员的工作负荷沉重。

（4）传统的手工记录以及设备、故障、维修等静态信息的记录和查询统计，远远滞后，不能实时掌握实际情况，导致预测和决策的盲目性，无法运用计算机实时动态的分析决策。

2 管理系统的总体架构

为了克服上述缺陷，本文提出一种在网络环境下，软硬件相结合，具有决策支持功能的设备故障动态监测及预防维护管理系统。利用计算机技术、网络技术与控制技术，实现设备故障监测、实时报警、故障实时统计，实时报表的功能；通过工业控制技术，建立软件平台与可编程控制器PLC连接，实现模拟信号与软件的正常通信，结合信息技术，通过软件平台对采集信息的处理结果，进行及时反馈和发送；引入设备预防维护的机制和工作流程[5～6]，通过系统完成设备维护计划下达—维护计划执行—维护计划检查—反馈的闭环流程，实现设备预防维护管理实时处理流程。

系统架构可由一个企业外部设备信息管理中心、企业外部应用服务器、外部数据库和各个企业网络节点组成。每个企业网络节点由企业网关、企业内部设备信息管理中心、内部应用服务器、本地数据库以及各个用户终端组成。

企业内部不同节点之间的通讯，通过各自的内部设备信息管理中心与internet网络实现；不同企业节点之间的通讯，通过各自的内部设备信息管理中心和外部设备信息管理中心与internet网络实现。企业网关作为整个系统的硬件平台，对外连接internet网络，对内连接各个类型的终端（如车间设备、PLC、报警器等），同时，还可以集成企业内部设备信息管理中心和内部各个应用服务器。具体结构见图1。

图1 网络环境下设备故障动态监测及预防维护管理系统体系结构图

其中，企业内部设备信息管理中心，作为企业内部所有设备业务综合平台，整合了企业内部所需的各种应用服务器和数据库，提供车间一线、信息控制中心、维修部门、库存部门、统计部门、生产计划部门等企业不同节点之间的业务沟通。此信息管理中心采用模块化设计，具有很强的扩展性，可以集成在企业网关设备上运行，也可以作为一台单独的服务器上运行。此外，将企业设备故障动态管理纳入企业信息化的范畴，充分考虑了系统与其他MIS系统的相容性。

企业外部设备信息管理中心，作为外部业务综合平台，整合了企业外部业务所需的各种服务器和外部数据库，提供了企业与设备供应商之间关于设备信息和数据的业务互通。

企业应用服务器，在整个系统中主要提供各种具体业务的应用和用户策略权限配置，主要包括企业内部应用服务器和企业外部应用服务器。其中，企业内部应用服务器，主要构建于企业内部设备信息管理中心之上，由企业自身维护和管理，向企业各相关员工提供各种业务，比如基础资料管理、备件动态管理、设备预防维护、设备故障动态管理、查询与统计、报表处理、用户管理等等；外部应用服务器，主要处理设备故障、预防维护等信息。

企业数据库，主要存储网络环境下设备故障动态监测及预防维护管理系统所需的各种基本信息和配置，主要包括企业本地数据库和外部数据库。

3 管理系统软件的功能模块与流程

系统采用模块化设计，前端应用程序用VB6.0进行开发，其语法结构清晰，可读性强。后台数据库系统选用SQL Server 2005[7]，速度快，可扩展性强，安全性和可靠性也有所保证。前端应用程序和后台数据库系统之间，采用面向对象的ADO开放式数据库接口，用ADO数据库引擎，作为系统的数据驱动，使得系统的前端与后端有效地连接起来，实现数据访问与管理。

系统包括了与企业设备相关所有管理模块：资料管理、业务流程管理、预防维护管理、查询统计管理、报表管理、用户管理、预警管理等7个功能模块，和各自的下级子模块，最终形成一个简洁、功能明确的设备管理系统，如图2所示。

图2 功能模块图

（1）资料管理。包括设备、备件、维修人员等的资料管理。除了基本信息的管理以外，对维修人员的信息还包括权责分配，即对所有维修人员，分配了所管辖和负责的设备，当设备发生故障后，中央控制室的人员，可快速查询到相应负责人和供应商，以便快速下达任务，避免非计划时间的产生；同时，可根据系统记录的报警和任务下达记录，合理安排维修人员和任务；对设备的信息，还包括了每一设备常用的备件清单，使得设备与备件关联起来，并可很方便地随时查询设备备件的适用状况；对备件的信息，还设置了安全库存，当备件的库存低于安全库存时，预警管理功能模块会弹出预警提示。

（2）业务管理。按照报警—接警—任务下达—接收查看任务—维修并记录—维护建议的管理流程，设置此功能模块。报警模块，实现了故障报警信息的增加、储存、发送等；任务下达模块，是中央控制室收到报警信息后，根据实际情况给相应维修人员（或委外维修）下达任务指令，实现了任务信息的增加、储存、发送等；维修建议，是维修人员完成维修后，实现故障原因、维修方案等信息的增加、储存等，维修建议实现了相关人员对设备维护建议的录入，并可通过多条件模糊查询得到有用的经验信息。

（3）预防维护管理。引入了设备预防维护的机制和工作流程，在系统里形成维护计划—执行—检查—反馈等信息的闭环流程。

（4）查询统计管理。有针对性地加入大量数据统计和多条件组合查询和分类查询功能，可为不同用户需要生成相应的查询信息、统计数据和统计图形。包括报警信息和任务信息的查询，报警次数、维护次数（计划、已完成、未完成）和备件使用统计，根据统计数据显示统计图形，并可将信息和数据导出到excel。

（5）报表管理。根据需要提供设备报警记录、备件使用记录的报表的自动生成和打印。

（6）预警管理。当设备故障发生时，一周内有预防维护计划需要执行时，以及备件库存低于安全库存时，系统会自动弹出预警提示，提醒相关人员。

（7）系统管理。该功能模块实现对所有用户的信息的增加、删除、修改以及设置不同的权限，此外还有密码的维护功能。

4 结束语

本文总结和分析了设备故障管理的现状和不足，提出并开发出了基于网络环境的软件和硬件相结合的设备故障动态监测及预防维护管理系统，详细介绍了该系统的架构、功能模块、业务流程及相关数据等。该系统实现了软件平台对所采集信号处理结果的及时反馈和发送，并能实时监控设备的动态表现，具有决策支持功能，辅助相关人员和各级管理部门快速响应、做出科学决策，确保企业对设备的有效控制、提高效率，为企业提供适应市场发展的设备综合管理解决方案，进而最大限度地发挥设备的综合效能。

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