基于富客户端技术和预防性维护的设备管理系统的研究

潘隆涛，涂海宁，顾 嘉

(南昌大学机电工程学院，南昌 330031)

基于富客户端技术和预防性维护的设备管理系统的研究

潘隆涛，涂海宁，顾 嘉

(南昌大学机电工程学院，南昌 330031)

为提高某企业型材生产设备的生产效率和管理水平，结合经典的设备预防性维护理论，针对目前该企业相关设备的信息管理问题，提出设备计划维修下的设备预防性维护策略，并建立相应的预防性维护模型;基于Silverlight富客户端技术研究并实现了的设备信息管理系统;系统在收集企业设备信息、故障数据的基础上，借助设备预防性维护研究成果和RIA数据交互技术提升设备运维水平和用户信息交互体验。

设备管理;预防性维护;Silverlight

0 引言

设备是企业最重要的资产，做好设备维护工作有利与提高企业的效率，降低企业的运营成本［1］。信息化管理系统在设备运维方面有不错的研究，例如SAP、用友等开发商的ERP软件也包含一定的设备管理功能，对于某型材生产企业而言型材设备管理尤为重要;考虑优化设备预防性维护，同时利用Silverlight技术富交互性，设计并开发一套适合目前我国中小型建材企业生产设备的管理系统，将把设备的预防性维护作为设备管理的重点，提升企业设备运行效率，降低设备故障对连续生产造成的影响［2］。

1 需求分析

1.1 设备类别归属分析

通过对某材料成型企业设备的基本调研，得出一下设备类信息和设备实物信息;同时将设备部件归属到相应的设备实物上;收集调研结果列出具体信息划分设备系列BOM清单。生产线主文件根据成型规则划分为蒸养线、物流线、成型线、配料线，生产线主文件具体化产生多种生产线实物［3］;同样根据生产线规则定义设备主文件，同样分为蒸养类、物流类、成型类和配料类;不同设备主文件对应多个该主文件类型的设备实物。

1.2 设备维护流程分析

根据调研分析得出生产设备维修分为定期维修和事后维修。定期维修通常也称计划维修，是按照一定周期进行维修的传统体制［1］;作为设备管理的日常使用功能，采用周期性提醒的方式进行计划维修。本文根据企业内部设备历史维修记录，采用设备预防性决策模型最大化设备的稳态来求得最优化的设备预防性维护周期，同时管理者可针对某类特种设备进行人工设置计划维修，增加多种计划维修接口;具体实施按照单据生成、流程作业的方式进行，其间涉及部件或者备件领料。事后维修也称故障维修，一般为偶发性故障抢修［1］。此类故障维修强调抢修的效率，可找到对应设备的故障库，进行故障搜索，同时根据检查结果生产单据以及是否领料，故障维修后即使记录维修记录和损坏原因等详情，根据调研得知多在材料成型设备运行时出现;其基本维修流程如图1所示。

图1 故障维修业务流程图

2 设备预防性维护决策的研究

2.1 故障率理论

故障是系统、设备或者零部件丧失其规定功能的状态，故障理论大致描述了设备故障的发生规律，早起期故障理论划分了三个故障形态阶段，分别为早期故障期、偶发故障期、损耗故障期，得出了相应的浴盆曲线(设备故障率曲线)［4］。根据浴盆曲线的分布区域不同特点，采用威布尔分布参数的估计方法得出相应参数的取值［5］。

设备故障率函数:

其中，β为形状参数，η为生命特征参数。

基于生命特征参数η不变的情况下:

β＜1⇒λ(t)减小⇒早期故障期

β=1⇒λ(t)常量⇒偶发故障期

β＞1⇒λ(t)增大⇒损耗故障期

2.2 预防性维护决策模型的建立

假如设备的故障率分布满足威布尔分布，如果β＞1，则设备处于损耗期，故障率剧增，这就要求进行必要的预防性维护来减少设备故障次数，提高其运行状态。

基于等效役龄的理念建立第n次预防性维护后的设备等效役龄 αn、役龄回退量 αn－1ρn－1与等效役龄αn－1(1 － ρn－1)的关系［5］:

第n个预防性维护周期内故障次数:

设备稳态可用度为:

2.3 决策模型的研究

追求设备稳态可用度最大化为决策优化目标，依据式(3)进行迭代求解前20次维护周期，可得设备预防性维护的周期趋势图;如图2。说明本文设备预防性维护模型的正确性;符合了随着役龄的增加而设备需要更频繁的预防性维护的实际情况［6］。

图2 设备预防性维护周期维护次数趋势图

3 系统设计

3.1 功能模块划分

设备管理信息系统主要实现对企业生产设备台帐、安装调试、营运、状态维护、技术改造等设备生命周期的整个过程信息进行全面适度的管理，并生成统计分析报告，为各级生产计划部门提供准确的设备生产能力依据，从而辅助企业对其制造资源系统进行决策分析［7］。

将设备管理划分为三大模块:基础设置、设备维护、系统管理，系统功能模块如图3所示。

图3 系统功能结构图

(1)基础设置:提供基础信息定义、生产线主文件、设备主文件、生产线实物、设备实物的定义新增、编辑、查询界面，同时设置主文件和实物之间信息关联，提供相应报表配置。

(2)设备维护:提供预防性维护的定义的设置接口，还包含计划维护管理、故障维修管理，对设备信息进行数据统计、查询等功能。

(3)系统管理:通过“用户——角色——权限”三级配置方式，通过用户配置角色、角色配置权限的方式向不同权限用户调用相应的功能模块供使用，提高了设备管理数据的安全性。

3.2 数据结构设计

数据库采用由上到下的层级关系表结构;主要有生产线主文件表、设备主文件表、生产线实物表、设备实物表、故障维修表主(子)表、故障设备关联表、设备备件表、保养计划主(子)表;例如设备关系模型:设备主文件关系模式(设备主文件编号，设备实物编号，设备主文件名称，设备主文件型号，数量)。设备实物关系模式(设备实物编号，设备实物名称，设备类型，所属部门，设备数量，附件编号，备注)，

根据模型设计预防性决策关系表，如表1、2所示。

表1 预防性维护参数主表

表2 预防性维护参数子表

3.3 系统实现技术

3.3.1 MVVM模式的系统分层

MVVM(模型-视图-视图模型)是源于Win Form平台的常用设计模式 MVC(模型-视图-控制器)［2］。传统的［8］MVC结构在实现数据更新时往往在视图层写入很多控件代码，这样造成了结构的混乱;WCF RIA Service+MVVM模式解决了中间层和展现层应用逻辑协调，降低了视图层和控件之间的耦合程度;如图4。

图4 基于Silverlight及MVVM设计模式的设计框架

3.3.2 RIA的数据访问机制［8］

这样就将系统划分为用户显示层、异步交互层、业务逻辑层、数据层四部分［9］。首先客户端向服务器发送请求，要求加载XAP包，服务器接收请求后定位到对应的包并进行解析，将解析得出的框架文件信息等返回给客户端，客户端根据返回的信息对比本地缓存程序集，向服务器发送有更新文件请求，服务器接受到请求后发送该文件给客户端，客户端收到后加载并更新本地缓存。Web服务器本身包含许多对数据库访问的方法，通过客户端对发送请求，Web服务器根据事前定义好的通信协议查询数据库，查询结果过返回给客户端并呈现出来。如图5。

图5 四层模式数据交互时序图

4 系统功能实现

故障信息受理包括数据准备和单据办理。如图6;数据准备包括有基础数据信息、生产线信息、设备信息等信息录入和生产线与设备关系、设备与备件等关系的建立。在进行设备故障的单据办理时，将故障单据归属到相应的设备实物;故障描述则通过选择的故障库(故障库的信息录入设置了故障描述规则)中故障描述信息;故障描述规则和故障设备关联将为故障知识库为信息预处理提供条件。

图6 设备故障受理界面

根据基础设置中的报表配置功能，进行数据源配置，一般情况下根据需要呈现的数据以及数据间关系进行SQL语句的编写，设备数据源后再进行报表样式的设置，例如报表格式设计，Chart图形选择等，将配置好的报表格式以及趋势图样式指定到相应的数据源;如图7所示。

图7 部件故障柱状图

5 结束语

本文根据某企业的型材设备的生产情况和维护规则，利用故障率理论和预防性维护决策分析方法对设备的计划性维护建立模型和数据分析，设计数据库;系统借助［2］Silverlight的［8］RIA 数据访问机制和呈现效果，优化设备计划维护安排;有效的降低设备故障率的同时增强了人机交互体验。

［1］姜志刚.设备维修管理与决策支持系统的研究与开发［D］.2003(3):9-13.

［2］崔欣.Silverlight技术的发展与应用［J］.电脑知识与技术，2009(6):6194-6200.

［3］张爱国.我国蒸压新型墙材制品生产现状及发展趋势综述［J］.砖瓦，2010(8):53-56.

［4］祁国强.设备系统故障率和设备系统维修对策.2005全国焦化行业设备管理与应用技术研讨会会议交流资料2005(4).

［5］马松.设备集成维护管理模式及优化策略研究［D］.2010(1):14-19.

［6］周晓军，奚立峰，李杰.一种基于可靠性的设备顺序预防性维护模型［J］.上海交通大学学报，2005，39(12):2044-2047.

［7］陈珂，殷国富，姜华，等.计算机辅助设备管理信息系统设计［J］.四川大学学报(工程科学版)，2004(6):82-86.

［8］Huang M，Tian Y.Accelerate Data Discovery and Retrieval Using Service Oriented Architectures and Rich Internet Applications.2010 Third Pacific-Asia Conference on Web Mining and Web-based Application(2010年第三届web挖掘和基于web应用亚太会议WMWA 2010)论文集2010.

［9］刘波.基于RIA的AJAX和Silverlight研究与应用［D］，2008(6):17-33.

Research on Equipment Management System Based on the Rich Client Technology and Preventive Maintenance

PAN Long-tao，TU Hai-ning，GU Jia
(Department of Mechanical and Electronic Engineering，Nanchang University，Nanchang 330031，China)

In order to improve a production equipment production efficiency and management level of Material molding equipment in someone enterprise，combined with the classical theory of equipment preventive maintenance，and aiming at the enterprise related equipment information management，this paper puts forward the equipment maintenance plan about the equipment preventive maintenance strategy，and sets up a corresponding preventive maintenance model，developed equipment information management system based on the rich client Silverlight technology;In the basis of collecting enterprise equipment information and the data of the fault，system having the aid of the equipment preventive maintenance research results and RIA data interaction technology promotes equipment maintenance level and user information interaction experience.

device management;preventive maintenance;silverlight

TP273

A

1001-2265(2012)12-0033-04

2012-04-12

潘隆涛(1987—)，男，江西九江人，南昌大学机电工程学院硕士研究生，主要从事CAD/CAM制造业信息化研究，(E-mail)171177196@qq.com。

(编辑 赵蓉)