设备故障管理系统的设计与实现

文/曹占启 夏雪

在部队基层级的设备管理工作中，经常需要对设备故障做汇总、统计和分析，通过统计故障数据了解该型设备常见的故障类型、故障发生频次，分析哪些故障对设备运行影响较为突出，以便于及时加以整治解决。设备发生故障后，操管人员也需要查清故障发生的原因、故障机理和故障维修措施等，以便于能够迅速准确的处理故障。

故障的统计和分析需要大量的数据作为支撑，传统纸质化和人工登记的故障管理模式不仅工作效率低下，而且存在查询不便、汇总复杂、统计分析困难等诸多问题。设备故障管理系统是信息化技术与故障管理相结合的产物，通过应用该系统，能够为设备长时间稳定运行提供数据支撑；在设备的日常巡检、预防性维护管理工作中，能够分析设备各部位的检查周期频次是否科学、维护措施是否有效合理；同时能够帮助操管人员在设备发生故障时快速准确进行故障定位，正确分析故障机理，有效管理故障信息和再利用，对于提高操管人员故障诊断、维修能力，保障设备的良好技术状态具有一定的促进作用。

设备故障管理系统实现故障管理的电子化和信息化，能够有效减轻设备管理人员的数据处理负担，极大地提高设备管理效率和管理手段。本文介绍了设备故障管理系统的主要功能、总体框架和结构组成，给出了软件开发、数据库设计、数据读取优化等一些关键问题的实现过程。

1 总体方案

1.1 功能需求

图1：系统软件总体框架

图2：软件界面实际效果图

本系统的应用对象主要是基层设备操管和维护保障人员，系统除了具备故障登记、统计、分析和管理等功能外，还应该能够在设备发生故障时为故障原因查询、故障快速定位、故障机理分析和现场维修提供帮助信息。因此，在满足基本维护登记和故障分析统计功能外，增加了设备培训、故障辅助诊断功能。设备故障管理系统的主要功能包括：

1.1.1 系统管理功能

系统管理功能用于实现用户资料和使用权限管理功能。软件用户系统分为系统管理员和普通用户，系统管理员为设备管理负责人，普通用户一般为设备分管或维护保障人员，通过权限的划分，实现访问级别和资料安全的控制。另外系统要能够通过加载新的故障数据库和培训数据库，实现故障数据和设备培训数据的更新，以利于系统功能的扩展。

1.1.2 设备培训功能

图3：系统软件界面加载流程

设备培训功能用于人员培训和资料管理。系统数据库中存储了大量的图文技术资料，设备操管和保障人员可以通过本软件对设备使用或维护方法进行学习，便于提高设备操管人员的保障能力；系统能够根据一定的规则，自动生成考核试题，进行岗位人员培训测试，同时用户可以按照设定的权限编辑资料文件，完善设备培训数据库，满足日常学习要求。

图4：故障库实体关系图

1.1.3 故障辅助诊断功能

用户通过人机交互界面输入故障征兆，系统给出可能的故障源、故障源介绍和维修建议，或者通过模糊查询检索故障源和维修建议；系统具有故障源资料链接功能，用户可以通过故障诊断界面点击关键字链接到培训数据库，方便对发生故障的部位进行学习；对于故障库中没有的故障，用户可以按照设定的权限，通过故障记录功能，记录故障信息，完善故障数据库。

1.1.4 故障统计分析功能

系统能够对设备工作期间的故障进行记录、统计，方便操管人员了解易发故障得种类，以利于岗位人员在重大活动前做好重点维护，同时为后续故障分析，设备可靠性评价及设备改进改型提供参考；系统可以按照时间或者类型生成故障历史报表，可以对故障历史报表进行打印，故障历史报表包含有故障名称、发生时间、故障点、故障内容、维修情况等信息；系统可以按照故障时间给出故障次数和时间的统计分析图，也可以按照故障类型给出故障次数和时间的统计分析图。

1.1.5 维修计划管理功能

系统提供电子检修计划表，以提示用户做好重要的维修保养工作；系统可以生成年度、季度、月份检修计划报表，并提供查询和导出功能，用户可以通过系统查寻以往的维修记录来了该类型故障的维修情况。

1.2 软件总体框架

根据功能需求，系统软件部分主要分为用户登录模块、系统管理模块、故障查询模块、故障审理模块、故障分析模块、故障记录模块、资料管理模块、维护登记模块和数据库模块，系统总体框架如图1所示。

1.3 软件界面设计

软件界面是人机交互的重要组成部分，优秀的界面设计，能够提升用户的使用体验和提高用户的工作效率。软件界面设计一般遵循易用性和美观性的原则，易用性是指用户使用软件的容易程度，软件界面越易用，整个软件就越容易被用户接受，反之，如果界面很难用，即使功能很强大，用户也可能会抛弃这个系统；美观性能够消除用户由感觉引起的乏味、紧张和疲劳，使用户可以较长时间的使用软件。为了达到软件的易用性和美观性，本文采用了如下设计思路：

（1）系统软件界面采用微软的WPF 技术开发，能够充分发挥图形卡的性能；

（2）舍弃传统菜单设计，系统的交互按钮全部采用图标式；

（3）图标、图形均采用Microsoft Expression Blend 进行设计，通过设置UI 对象的透明度、纯色、渐变色和纹理填充来创造美观的控件。

软件界面主要包括登录、故障审核、故障生成、系统管理、资料管理、故障查询、故障记录、故障分析、维护登记和应用帮助九个界面，软件界面实际效果如图2所示。在软件启动后，系统首先加载登录界面，并从数据库中读取用户名和密码信息，与登录界面输入的用户名和密码进行比对；比对正确后，系统加载故障审核界面，管理员权限的用户可以对其他用户新添加的故障信息进行审核；故障审核后，系统加载故障生成界面，管理员权限的用户可以将历史记录的故障按照规则生成故障树模型，并导入到故障数据库中；随后系统进入主界面，默认加载用户分析界面，根据用户的需求，通过点击相应的图标按钮，可以在系统管理、资料管理、故障查询等界面进行切换。系统软件界面加载流程如图3所示。

2 关键问题解决方法

2.1 基于故障树的故障数据库设计

故障的组织和管理既要满足科学性，便于故障信息的更新，又要便于检索算法迅速检索出最相近的故障信息。故障树模型是描述诊断对象结构、功能和关系的一种定性因果模型，这种模型能够清晰表示出故障现象和各种故障原因之间的逻辑关系，体现了故障传播的层次性，因此，本系统采用故障树的方法对故障集合进行组织和管理。同时综合考虑软件规模、成本和后续扩展等因素，后台数据库采用MySQL 数据库管理系统进行设计。根据功能需要，故障数据库设计了故障树、故障、故障记录、故障描述等十个实体，故障库实体关系图如图4所示。

2.2 软件读取数据性能优化

支撑软件系统运行的数据存储在数据库中，软件读取数据的快慢直接影响着系统的性能。影响软件读取数据速度快慢的因素包括硬盘读取速度、SQL 查询语句效率和数据库本身的性能 。磁盘读取速度由磁盘结构决定，因此软件读取数据性能优化主要从查询语句优化和数据库优化上着手。

本系统采用以下几种方法对SQL 查询语句进行优化：

（1）尽量避免使用全表查询的语句，如where 子句中使用！=或<>操作符；

图5：故障树图形

（2）尽量避免在where 子句中对字段进行null 判断；

（3）应尽量避免在where 子句中使用or来连接查询条件。

数据库优化主要使用了以下几种方法：

（1）数据表优化，数据表占用磁盘上空间尽可能小，这样被查询的内容占用的内存更少；

（2）在查询、排列的字段上建立索引；

（3）选用合适的字段类型，减少存储开销。

2.3 故障树图形结构设计与实现

为了便于用户直观理解故障发生机理、故障排除方式等故障信息，软件设计了故障树生成模块，该模块可以将用户查询的故障信息按照故障类别、故障现象、故障原因和解决措施，以树形结构显示出来。故障树图形界面主要由文本框和直线控件构成，如图5所示。绘制故障树图形界面主要由故障树生成模块自定义类FaultTree 完成，FaultTree 包含 了CreateText、CreateLine、Showtree 函 数和TextStyle、LineStyle 样 式。CreateText、CreateLine 函数负责绘制TextBox 控件、Line控件，textStyle、LineStyle 样式负责填充图形控件的颜色、线条、背景色等，ShowTree 函数负责计算控件的大小和位于屏幕上的坐标。故障树生成包括两个过程：

（1）从数据库中检索故障信息，并按照树形结构将故障信息组织起来；

（2）系统调用FaultTree 类，使用绘图功能绘制图形元素。

2.4 故障分析设计

故障分析功能主要包括故障统计、故障曲线、故障频度、故障分析和故障报表生成等功能，用户可以根据记录的故障信息，统计故障发生的频度，计算年度故障排名的曲线图，给出故障次数和时间统计的分析图。

故障分析界面的柱状图、饼状图和折线图由微软的图表控件完成。微软的图表控功能较为全面，为图形统计和报表图形显示提供了很好的解决办法。它可以支持各种各样的图形显示，常见的有点状图、饼图、柱状图、曲线图、面积图、排列图等，同时也支持3D 样式的图表显示，并且支持图形上各个点的属性操作，它可以定义图形上各个点、标签、图形的提示信息以及超级链接等，通过这些，加上微软自己的Ajax 框架，可以建立一个可以互动的图形统计报表了。

3 结束语

将信息化技术同故障管理相结合是近年来故障管理的发展方向，设备故障管理系统正是结合的产物。本文介绍了设备故管理系统的软件设计和实现过程，通过应用设备故障管理软件，能够实现设备管理、故障管理的信息化、电子化，统计分析的自动化，有效降低MTTR、MTBF 等关键指标，降低备件消耗和库存，优化故障维修流程、缩减维修人员，减少维修时间，提高工作效率。设备故障管理系统的运用，对于设备的故障治理、操管人员业务能力评价等均起到过良好效果，具备显著的经济效益和军事效益。