设备远程运维平台在发动机制造线上的应用

周 涛，周 俊，刘 畅，刘 韬

（1.云南省昆明市昆明云内动力股份有限公司，云南昆明 650200；2.云南省昆明市昆明理工大学机电工程学院，云南昆明 650500）

0 引言

汽车发动机生产线的柔性线主要由数控加工中心、试车台架、工业机器人等自动化设备组成，这些设备有效保障发动机大批量、高精度的生产需求。但是自动化设备生产过程中一旦发生故障不但影响工作效率，而且可能导致严重的安全问题。日益复杂的柔性自动线加工对生产线设备的运维管理提出更高要求，开展生产线数控加工中心、工业机器人及试车台架等设备运维管理技术的研究，对于保障汽车生产线的安全和可靠性运行具有重要意义。

随着信息技术不断发展，分布式仿真系统规模不断扩展，“运维管理系统”开始踏足实验室管理[1-2]、运行监控[3-4]等领域。伍星[5-8]等人早年开始研究的基于Web、ULM 模型的远程监测故障诊断系统为运维管理系统进入机械领域鉴定扎实的前期基础。设备是生产、提高企业经济效益的重要物资技术基础，优秀的设备运维管理为增强企业综合竞争力提供重要物质保证。目前国内包括冶金、石化、机床和汽车等行业的设备运维管理尚处于由传统的“经验管理”逐步向“科学管理”的过渡。为避免计划、定期维护的盲目性和超前维护对人力物力的浪费，新的运维管理体系和管理软、硬件被逐步引入企业的运维管理，其目标是通过状态维护和预知维护克服定期维修带来的不必要的经济损失和设备性能的下降；通过运维管理系统完善的诊断能力准确指出故障类型和故障部位，避免维修的盲目性，使检修简捷易行，大大缩短维修工期，完善的运维管理软件，又可使企业设备管理自动化。

分布式[9]和碎片化[10]的网络架构有助于运维管理系统多个子系统的多样性和特别定制需求，非常利于工业现场的多种系统的研发和应用。文献[11]中基于此理念提出一种分布仿真运维管理系统对运行监控工具的研究与实现。分布式架构的内聚性确保不同的点巡检系统、在线监测系统数据能够有效地通过数据库进行存储和管理。所有异构系统的监测结果都能够在分布式架构下有效进行分析和挖掘与生产运维管理最需求的各类信息。

综上分析，运维管理系统在其他领域已涉足，但机械领域运维管理系统目前尚需开拓。根据云内动力股份有限公司柴油发动机制造线运维管理的需求，提出一套基于浏览器/服务器模式（B/S 模式）的生产设备运维管理系统（Production Equipment Operation And Maintenance Management System，PEOMS）架构。该系统选择的Web 应用构架，在面向对象设计（Object.Oriented Design，OOD）方法的基础上，采用UML 设计了基于Web 的生产设备运维管理软件系统（Web-based Production Equipment Operation And Maintenance Management Software System，WPEOMSS），实现对生产线关键设备加工中心、试车台架及工业机器人运行状态的监测与维护。

1 运维管理系统框架

WPEOMSS 系统软件以分层体系作为基本的框架构成，以MVC 模式进行设计。系统在实现上采用B/S 结构，整体以纯Ajax 操作过程作为目标，综合运行Asp.Net、Javscript、Json、Silverlight、Webservice 等技术手段，提供具有良好交互性、友好而丰富的操作界面。同时为满足不同的应用场景，WPEOMS 采用多数据库系统支持的数据层设计，支持包括MS SQL Server（2000/2005/2008）、Oracle、DB2、PostgreSql、MySql 等在内的多种常见的数据库。系统的框架拓扑图如图1 所示。

2 系统数据库的架构

运维管理系统采用客户端/服务器（Client/Server，C/S）实现客户服务器风格，在开发过程中使用独立编程语言实现系统，数据库的独立性和客户端的使用使得的本地数据库的实时监测数据和分析诊断结果能够方便、高效地与WPEOMSS 系统进行通信和数据交互，系统数据库包模型如图2 所示。

3 基于Web 的生产运维管理系统的功能

基于Web 的生产设备运维管理软件系统是整个运维管理系统的核心。它由Web 服务器和数据库服务器组成，系统以“点检定修制”为中心，以TPM 为目标，在研发过程中将完成点巡检管理、后台管理、设备管理、检修管理等模块，同时负责对企业中各个离线和在线监测系统进行管理，解决软件复用、大数据背景下的生产运维管理和生产设备的性能评估与预测等问题。WPEOMSS 的在功能结构方面主要以“点检定修制”为中心，以TPM 为目标，包含后台管理、设备管理、点巡检管理、检修管理四大系统模块。功能结构如图3 所示。

图1 生产设备运维管理系统拓扑结构模型

图2 WPEOMSS 的数据库包模型

3.1 后台管理模块

后台管理主要包括用户管理、角色权限管理和菜单自定义3 个模块。其中，用户管理用于维护可使用WPEOMSS 系统的账户，WPEOMSS 既可根据角色权限管理以角色来划定权限集合，也可根据系统管理员的需要提供非常灵活的权限自定义，随时增加或取消对某个操作的权限限制实现系统的便利运维管理；菜单自定义用于设计WPEOMSS 中功能菜单的结构和布局，系统管理员可以根据企业应用的实际需要对菜单格局进行调整来满足功能结构的调整，同时方便系统扩展集成第三方系统的功能菜单到WPEOMSS 中实现统一的操作平台。

3.2 设备管理模块

图3 WPPEOMS 功能结构

设备管理模块专注于设备生命周期管理和设备状态管理，其对象包括普通生产设备和特种设备。该模块主要由设备台帐、故障管理、劣化倾向管理、机旁备件管理、设备标准文档等功能模块组成。设备台帐在WPEOMSS 系统中用于管理系统中所有的生产设备数据，涉及的数据包括基本信息、技术参数、机构和部件、设备文档、维护规范等内容；故障管理用于管理并跟踪设备已发生的各类故障或事故及其处理过程、处理结论；劣化倾向管理用于反映设备运行状态趋势，主要从设备的各种KPI 以及点巡检结果进行分析；机旁备件管理可提供用于管理生产现场附近设立的机旁备件库功能，管理的备件包括易损易耗件、修复件、关键事故件、工程遗留备件、设备改造随机备件等，主要由机旁库库位及清单管理、机旁库异动管理、机旁库存查询、机旁库物料查询等管理功能组成；润滑管理模块主要用于实现企业润滑“五定”管理，其主要功能包括润滑基准编制、润滑工作预报、润滑工作票编制、打印、签发和登录，润滑执行查询，润滑档案记录和设备泄漏管理等；设备标准文档管理是以生产过程中所用设备为对象而制定的标准，内容包括设备的品种、规格、技术性能、实验方法、检验规则、加工精度、维修管理及包装、贮运等。

3.3 点巡检管理模块

作为“点检定修”思想实现的重要组成，点巡检管理模块为企业内设备状态检测工作提供设备测点定义、巡检计划组态、计划执行、巡检数据回收、设备状态报警、信号分析等功能。WPEOMSS会根据巡检人员回收的现场数据结合报警规则自动对设备状态进行判断并给出相应等级的报警信息。通过WPEOMSS 中信号分析组件，故障诊断技术人员利用多种信号分析手段对数据进行分析，对设备潜在的或已经发生的故障隐患进行判定，并可依此发起设备检修申请。该管理主要包括设备树管理、计划组态、计划下载回收、报警管理和信号分析共4 个模块。

设备树管理用于构建包含工作区域、设备、测点在内的设备状态检测结构图，其定义测点的内容包括测点基本信息、信号类型、工程单位、特征频率组、报警设置、采集仪参数等内容以及WPEOMSS 提供的报警树、图片导航、节点日志、节点文档等辅助管理功能；计划组态用于巡检工作管理人员根据点检工作要求制定点检路线和点检周期制定点巡检计划，主要包括日常点检、定期点检和精密点检计划。计划组态时需要定义的内容包括适用仪器、巡检周期、倒班制度、巡检执行人、包含的测点等内容；计划下载回收用于巡检人员根据巡检工作要求和巡检计划周期，使用巡检仪器下载已制定的巡检计划并辅助实施；报警管理提供丰富的报警判断指标用于自动识别设备的运行状态。设备管理员可以根据设备标准文档和维护手册，制定设备的各项报警指标阀值。当巡检员回收巡检数据时，系统会根据回收的数据、报警规则设置自动计算当前设备的状态；信号分析模块用于故障诊断人员对巡检所采集得到的设备运行数据进行分析。

3.4 点修管理模块

设备检修是“点检定修””思想实现的另一个重要组成，它是以设备的实际技术状况为基础而制定出来的一种检修管理制度，目的是为了能安全、经济、高效率的进行检修，防止检修时间的延长而影响生产。该管理主要包括检修计划管理、检修任务管理、工单管理和成本中心。检修管理的总体结构如图4 所示。

图4 检修管理的总体结构

4 运维管理系统运行实现

基于上述云内动力生产设备运维管理系统的设计框架和功能分析，我们研发点巡检系统和3 套在线监测系统，并将运维管理系统应用于生产线关键设备的监测。共筛选出88 台设备关键设备（缸盖线38 台、机体线50 台）作为日常点巡检工作内容，总计测点1086 个。车间设备操作员每天通过下载设备管理员制定的点检任务至HY860C 点检仪中进行日常点检。

图5 是3.3 点巡检功能模块中设备树、报警树、图片导航区域系统界面，用来指示当前报警状态。通过设备结构树中设备或区域名称旁图标颜色变化，设备管理人员可直观的发现点巡检过程中出现设备上某个测点出现缺陷或故障问题，并可通过图片导航及设备基础信息中获取设备所处位置及设备维修履历。图6 是局部功能设备故障统计功能的结果统计。该功能模块以故障时间和发生频率为基础，通过统计图表对生产企业设备整体或单独一台设备在一段时间内的故障情况进行查询分析。

5 结术语

图5 设备树、报警树、图片导航区域系统界面

图6 系统设备故障统计界面

随着Web 和云技术的推广和深入应用，结合前端感知技术和人工智能技术，使得工业大数据背景下，对制造线生产设备的监测、诊断和运维管理体系不断成熟。结合云内动力的实际需求，基于Web 技术实现对关键设备的远程在线监测与运行维护，同时结合WPEOMSM 系统的运维管理功能，依据柴油发动机生产线关键设备运维管理系统的结构设计与组成，数据库设计及系统功能；基于它的设计原理和功能需求提出设计思路，阐述设备远程运维管理系统的结构组成，并对后台管理、设备管理、点巡检管理和检修管理等工作机制和设计实现方法进行详细的分析。开发点巡检管理系统、加工中心在线监测系统和试车台架在线监测系统，完成云内动力“柴油发动机制造线生产运维管理系统”的设计与实现，为未来制造企业生产设备管理的现代化和信息化提供有效的理论和技术支撑，为制造企业设备远程运维领域的开发者们提供一个实现此类系统的范例。