基于B/S架构的港口机械设备智能维保系统

韦燚，吴波

（上海振华重工(集团)股份有限公司，上海 200125）

0　引言

在码头作业过程中，除了设备精确高效地运作，对机械设备的维护保养、设备运行数据的分析、操作人员的管理也占据着十分重要的地位。随着港口自动化程度的不断提高，智能维保系统的应用是自动化码头发展的趋势，也是自动化水平提升的重要标志。原有的线下维保管理系统逐渐满足不了用户的需求，为了满足自动化码头发展的需求，更好的为客户提供服务，迫切需要一种能针对码头设备的智能维保系统，能够使整个码头的业务流程数字化、标准化、自动化。

当前大多数码头企业还在采用计划维修保养的方式[1]，定期的对起重机设备及部件进行定期的检查和保养，没有考虑到设备的实际使用情况及其真实的健康状态，也造成了时间和人力物力的浪费。智能维保系统是针对岸桥、轮胎吊等港口机械设备，科学地提出设备维护保养计划，对备品备件的品种和数量做出合理规划。这种预测性的维修模式，具有减少起重机的计划外停机次数和时间，提高维修效率，人员管理效率，降低维修成本等优点[2-4]。

1　系统架构

本系统基于振华重工自主研发的ZPMC WEB SCADA与ZPMC OPC UA软件研发而成，提供全方位港口机械设备故障报修、日常维保、关键绩效分析、人员管理等功能，包括紧急维修、维护保养、备件库、基础信息维护、关键绩效指标、临时任务六大模块。

1.1　系统逻辑架构

相较于C/S（即Client/Server）结构而言，B/S（即Browser/Server）结构提供了一种包含客户、WEB服务器以及应用服务器的三层结构，数据存储在数据库中，数据的传输由WEB服务器和数据库服务器完成，减少了系统开发人员该方面的工作量[5]。其次，该系统不需要安装本地服务器或者软件，直接通过浏览器或者APP便可查看码头设备运行情况，用户体验感增强。

智能维保系统整体采用B/S架构，用户可以通过网页和移动端登录系统，不仅有利于用户使用，也有利于系统的升级维护；让用户从原有繁重的客户端系统和复杂的线下操作方式中解放出来。系统采用层级架构，各层之间设计使用松散耦合，从技术层面分为六层，如图1所示。

图1　系统逻辑架构图Fig.1 System logical architecture diagram

(1) 数据源层

数据源层包括起重机机构传感器数据，起重机运行数据，设备数据，第三方系统数据如维修记录、TOS数据等。

(2) 数据采集层

对应不同数据源采用不同的通讯协议或者工具采集。其中振华重工自主研发的OPC UA支持各类驱动及通讯协议，负责采集底层数据；OPC UA支持Kafka将数据及文件通过消息机制发送给数据服务器。

(3) 数据存储

对系统涉及的机械设备信息、备件品信息、人员信息、维护保养信息采用关系型数据库进行树形结构存储，和上次数据分析层对接，提供高性能的数据存取服务。

(4) 数据分析

对于维护保养模块，采用自动排程算法，科学排程，减少人工排程工作量及错误排程。对于人员排班，采用科学排班算法，及时反馈人员状态，请假或者在岗。对于Alarm故障点，采用科学关联，自动关联生成维修工单。

(5) 业务层

提供包含紧急维修、维护保养、备件库、关键绩效指标、基础信息、临时任务在内的六大业务。

(6) 展示层

最终用户通过浏览器或移动端访问智能维保系统，在线填报、查看维修维保进度，并将各类数据分析结果以图表、报表等形式呈现。

1.2　系统网络架构

智能维保系统网络架构包括了数据库服务器，WEB服务器，管理员工作站，智能维保平台（PC移动客户端）。

图2　系统网络架构图Fig.2 System network architecture diagram

(1) 数据库服务器

负责各种数据的存贮，数据包括关系型数据以及非关系型数据。数据内容包括采集的传感器物理信号，故障数据，设备参数，维修数据等，是整个系统的数据中心。

(2) WEB服务器

负责数据的分析处理及可视化业务。实现机械设备智能维保、维保人员自动排班、关键绩效分析等。

(3) 智能维保平台

支持在线报修，维护保养进度跟踪，备件品领取，临时任务报修及进度跟踪，机械设备绩效分析等。提供专家库以及与电气信息、健康诊断系统的接口。对用户提供PC端浏览器访问及移动端APP访问。

2　智能维保系统

2.1　模块设计

传统码头对机械设备的维保大多采用计划式线下维保方式，针对日常维保任务，维保主管将每次所需保养的设备信息及维保内容打印成册，维保人员领取后对应纸上计划内容一一作业。针对紧急维修任务，采用口头传达方式，维修人员根据自身经验完成任务并填写工单，主管再对照验收。针对备件领取，由于现场急需及领料手续繁琐，不得不先领取备件急用，过后再补领料手续等等。这些不仅影响机器的作业效率，降低维保的可靠性，也不可避免地重复做计划排程工作，降低效率。智能维保系统通过WEB浏览器及手机APP部署，使操作员及主管可以随时随地分派和获取任务，提高维保可靠性及实时性。同时，本系统对岸桥、轮胎吊等港口机械设备，在维修保养、备件存取、人员绩效、权限管理、临时任务等流程设计包括紧急维修、维护保养、备件库、关键绩效指标（KPI）、基础信息维护和临时任务在内的六大模块：

(1) 紧急维修模块

该模块提供用户针对港口设备故障进行在线报修、派工、完工验收整套流程。实时监控采集的故障信息自动关联形成待派工工单，派工人员可按需分派工单。维修完工填写的人工耗时、能源损耗将作为港口人员与设备绩效考量的重要指标。通过与WEB SCADA对接，故障信息可自动管理至维修工单，进入维修流程。

(2) 维护保养模块

该模块针对设备日常保养自动生成保养工单，以及一套完成的派工、保养、验收流程。自动排程算法根据码头用户规则产生日计划、周计划、月计划等。同样，维保产生的能耗、人工耗时也作为绩效考量的重要指标。

(3) 备件库模块

该模块提供备件入库、领料申请及审批流程，记录备件品的库存信息以及入库、出库记录，及时提醒采购部对短缺备件品进行采购。

(4) 临时任务模块

该模块提供非紧急维修、日常维护的临时任务流程，记录突发任务或企业额外服务等。

(5) 关键绩效模块

该模块根据上述采集数据，形成机械设备效率、能耗分析，港口人员绩效分析，采用直观的折线图、饼图、柱状图等展示港口维保过程的绩效信息。

(6) 基础信息模块

该模块用于管理用户基础信息，权限信息，能源信息，机器信息。

2.2　核心算法

该系统的核心算法优势体现于自动排程算法，高效智能地对维保周期不同在不同时刻生成不同维保工单，大大减少了计划式排班的工作量，减少任务遗漏，准时准确地派发维保任务。排程内容包括：维保设备名称、标准编号、周期、维保项目、派工人员、上次任务完成日期、最新排程日期。业务逻辑上，自动排程计划分为日计划、周计划、月计划、季度计划、半年计划、年计划，程序上分为日计划、周计划、月计划，1季度=3个月，半年=6个月，1年=12个月，以此类推。自动排程算法考虑智能维保系统首次启动时，正常运行时，系统更新时三种情况：

(1) 智能维保系统首次启动

从启动日期计算，自动排程算法默认给出所有下一周期计划。

(2) 系统正常运行

系统按照计划默认生成维保工单，日计划于每天晚上12点生成第二天工单，周计划于每周二晚12点生成下周工单，月计划于每月15号晚12点生成下月工单，季度计划于3月1日、6月1日、9月1日、12月1日晚12点生成下个季度工单，半年计划于5月15号、11月15号晚12点生成下半年工单，年计划于11月1日晚12点生成次年工单。

(3) 系统更新

系统更新导致数据库更新时，默认生成下个周期所有计划工单。也可根据实际情况忽略某个工单的某个任务，系统会在下次生成任务中恢复并提醒。

2.3　系统效益

(1) 经济层面

对系统提供者来说，通过智能维保平台达到对现场机械设备的维护管理，可以减少系统维护工程师到现场的费用和时间，大大节省了人力物力成本，也能快速提供系统更新维护服务。对码头客户来说，通过浏览器或手机APP智能维保平台，准确有效的分派、完成、验收维修维保任务，加快设备维修维保流程，减少设备故障带来的经济损失。通过智能维保平台提供的知识库，有助于设备维修维保的高效复用等，实现为码头客户及系统开发维护者提供双赢服务[6-8]。

(2) 管理层面

通过对已有的OPC数据的以及WEB SCADA技术二次开发利用，基于智能维保系统的模块设计及算法设计，为码头用户提供人员、能耗、设备、备件管理，并通过丰富的图表了解码头的生产效率，能耗占比以及人员绩效等信息，拓展了机械设备维保的应用，填补了码头该领域的市场空白，进一步提高了码头业务管理系统轻量化的管理水平[9-11]。

2.4　系统效果

该系统已交于上海振华重工国际集团试运行，系统根据码头设备维保类型（STSRTGAGV）、故障类型（机械、电气、其他）进行人员权限分配，各角色根据具体职能分配不同权限，使整个维保信息流可以在不同角色中高效流通，提高维保的效率。图3为智能维保主界面，操作人员可以监控设备运行状态，浏览故障信息。图4是故障报修界面，操作人员可以通过此界面实时报修设备故障，提交派工主管。图5是日常保养派工列表界面，派工人员将任务分派至相应维保人员，开始维保。图6是机器效率界面，用户可根据此界面了解一段时间内设备的作业效率等。

图3　智能维保主界面Fig.3 Intelligent maintenance main interface

图4　故障报修界面Fig.4 Fault repair interface

图5　维护保养派工列表界面Fig.5 Maintenance dispatch list interface

图6　机器效率界面Fig.6 Machine efficiency interface

3　结语

码头业务管理系统轻量化是传统码头向自动化码头发展的一个趋势，智能维保系统能够减少集装箱岸桥的计划外停机次数和时间，降低设备维修难度，降低维修成本，提高人员、资源管理效率。传统的计划式维保模式对发展迅速的码头机械设备，合作化的码头管理模式越来越不适应。本文提出的基于B/S结构的智能维保系统可以很好的解决这些问题。我们将专家知识库、码头监控诊断信息、自动排程算法等科学方法融合与WEB技术中[12-13]，给码头机械设备的维护保养、日常管理提供了一个很好的技术方案。

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