矿山设备维修数据集成与管控系统研究

滕晓旭，全厚春，祁金才，孙祎楠，白兰，王智强

(1.鞍钢集团矿业有限公司信息中心， 辽宁 鞍山市 114000；2.沈阳中科奥维科技股份有限公司， 辽宁 沈阳 110179)

0 引言

大型矿用设备的正常运转是矿山企业安全生产和稳定运营的基础，所以维修信息化管理在矿用设备管理的过程中显得尤为重要，尤其是在目前普遍集中生产的矿业模式下。设备的管理方式、管理理念和维修方式随着矿山企业规模的扩大与科技进步出现了极大的变化。事后维修和预防维修是设备维修的两种主要方式，预防维修又可分为定时维修和状态监测维修。其中状态监测维修的应用十分广泛，已经成为矿山设备维护的主要方法，设备维修时机的控制非常重要，根据设备的技术状态来确定，通过状态监测和故障诊断来实现。以设备运行时的动态信息为依据，在故障尚未发生或者将要发生时做出决策诊断，确定设备的工作状态（正常工作（开/停）、将要发生故障、发生故障待检修）。高效、快速、准确的故障诊断及检测维修可以为矿山企业延长大型设备的工作寿命，减少不必要的损耗，节省开支，从生产效率和经济效益两方面为矿山企业的安全高效生产、运营奠定基础[1]。

目前，设备维修管理虽然在不断地前进，但是由于矿用设备系统由多供应商多系统构成，各系统建的数据耦合交互受到设备系统平台的限制，使得设备维修管理数据难以集成，造成设备维修过程的数据不能通过数据间的交互提供及时的维修数据查询，降低了企业信息化的利用效率。

为了解决这一问题，针对设备维修管理产生的数据及多系统特点，需要建立系统性的数据维修管理系统，从多方面进行介入，以达到精细化管理要求。通过各系统间进行分布式的数据耦合交换，研究共同数据总线，对设备主数据、用户主数据、缺陷数据、备件请购消耗数据、维修工程数据等进行异构跨平台对接，结合数据网关接入技术与ETL技术，实现多平台的数据交互研究。可以进行数据的发布订阅，消除多系统间引起的数据孤岛、数据不同步等问题，降低企业信息数据利用成本及交互成本，是设备管理技术研究的基础。

1 设备维修数据共享机制

共享机制是科学数据共享中的一种普遍范式，其具有一定的针对性与累积性，必须是适应共享工作并且不断迭代优化的数据。不同的质量绩效、管理方式、权责关系与驱动方式是共享机制差异化的体现。这是一种多因素耦合的系统性复杂问题，选择与识别科学数据匹配的数据共享机制有助于推进数据共享复杂问题的分层化解。

1.1 数据共享模式

科学数据共享模式可以分为宏观、中观、微观3个视角。其中，着重探讨共享制度体现在宏观层，着重关注共享运行组织体现在中观层，聚焦科学数据体现在微观层。所以，有复杂多样的科学数据共享机制可供选择，本文对梳理后的科学数据共享模式进行了描述。

首先，从科学数据来源看，共享可分为“专业化生产模式、联合共建共享机制和数据交换模式”。有学者基于查询接口与完全开放数据库，从技术应用角度出发提出其共享模式。另外还包括基于开放网格服务OGSA-DAI数据和元数据集成的共享（见图1）。共享机制以科学数据权益性质为标准，可分为“商业化和公益性”两种。

图1 网格服务架构(OGSA-DAI)数据集成

其次，科学数据共享机制以组织形态为标准进行分类，可分为商业化运行模式和事业性运行模式两种，国际组织参与、企业发展带动、部门间交换以及政策驱动4种类型，以及主体（项目）合作共建和地域协作共建、组织协作共建、国际共建、政策共建4种方式。

最后在宏观层面上，协议工具、政策运动、技术工具、标准规范等共享机制的出现与完善得益于政策的推动。在政策推动的共享中，开放获取倡议提出的金色道路和绿色道路两种共享机制；从国际组织到国家政府机构，从国家政府机构到各地方政府部门，一系列开放共享政策倡导全面开放的公益性共享机制，充分发挥共享机制在共享政策使用中的主导作用[2-4]。

1.2 数据共享模式实践

模式分类并非一成不变，各种分类之间也存在着交叉重叠，共享实践常常是多种模式运行交叉的综合体系。例如，典型的服务场景中，大科学计划、共享机制、资源建设、大科学装置及系统研发总是共同推动数据全生命周期的共享活动；大型跨国数据组织也是最为常见交叉多元的组织形态。制度导向的共享机制和人才共享机制的实践就更加需要一系列不同层次的法律法规、政策、标准规范与技术工具协调一致，同时针对特定科学数据，建立灵活的共享机制制度，使之呈现出特定的组织形态等。

在不同的科学领域，数据的规模、算法模型与处理方式等存在显著差异，共享机制的选择也有很多个性化、特色化的表现。

2 基于ETL的设备维修数据集成

Extract-Transform-Load（ETL）是描述将数据从最初的来源端输送至目的地端的全生命周期，经过数据抽取、转换、装载的一系列过程，是一种实现将异构数据源整合到一起，集中式存储和综合管理的方法（见图2）。从多个业务系统的数据源中抽取数据、清理、经过转换和加载的工作，同时可以对数据进行整理和修改，符合数据仓库需求，最终将数据从一个系统输送到统一的、完备的数据仓库中，从而达到数据集成的目的[5-8]。

图2 ETL数据体系结构

（1）数据抽取。首先要确定从操作型系统中选取部分数据装载到数据仓库中，选取的数据一定要对决策支持有意义。数据抽取要根据数据仓库中，维度表和事实表的定义、数据源的定义、抽取规则的定义对异构数据源（HTML文件、文本文档、各类数据库等）进行检索，使用规定的国家标准，选择合乎条件并且对终端有价值的数据，为把各类数据传输到数据仓库做准备工作。

（2）数据转换。数据抽取工作完成后，对抽取到的数据进行转换，按照目标数据源中数据模型的标准定义将各种数据转换成数据仓库中的统一标准。由于直接从异构数据源系统中抽取出来的数据都是未经过加工的数据，这些数据存在非标准中英文缩写词、习惯性词语、噪声数据、重复记录、数据缺失不完整、命名格式、字段属性等问题，不能直接应用于数据仓库，因此要实施各种转换策略，执行各种转换方法进行数据转换。

（3）数据清理。一般情况下，许多大型的数据库或数据仓库中存在缺失值、异常值等异常样本数据，这类数据的存在会导致数据输出不可靠，直接影响对数据的查询、分析及企业决策的制定，因此需要对这些数据进行处理。数据转换工作中包括数据清理的过程，主要是通过删除异常样本、填充缺失的数据，光滑噪声并纠正数据中的不一致，校对不完整的数据，其目标是保证数据的正确性。

3 设备维修系统研发

3.1 维修系统体系结构

软件体系结构用来解决总体系统结构设计的问题，以及描述说明方面的某些问题，是软件设计过程中一个重要组成部分，在计算过程中，软件体系结构的重要程度在算法设计和数据结构设计之上。包括全局组织与总体控制、通讯协议、数据存取、同步、设计构件功能定义、设计元素的功能分配、物理分布、设计元素的复合、物理合成、设计方案的选择等。

软件体系结构是软件系统的高级抽象，主要体现在行为、属性和结构等方面，其为设计决策提供一些基本原理。软件体系结构主要由两部分组成，包括拓扑和组织结构，软件体系结构不仅能反应系统的需求，并且能显示构成软件系统的元素之间的对应关系。软件体系结构指的是构成系统的元素、元素的集成模式、元素之间的相互作用及各种模式的完整性约束组成[9-10]。

3.2 维修系统功能模块划分及数据库结构

针对大型矿业设备而言，设备智能维修维护管控系统非常重要，按照国家的标准和设计的基本要求，可以将系统划分为维修维护管理系统、预算定额管理系统、供应商系统、微信公众号系统。

根据维修系统功能的划分，大型矿业设备智能维修管控系统数据主要分为4个部分：维修工程数据、预算数据、供应商数据以及微信公众号数据。

3.3 维修费用算法流程

建设工程造价对于某项建设工程项目而言，该建设项目（工程项目）一般由以下几部分组成， 包括有计划地进行固定资产再生产、形成相应的无形资产以及铺底流动资金的一次性费用，即工程建设所花费的全部费用（见图3）。由设备及工具器具购置费、建筑安装工程费和工程建设其他费用组成[11]。

图3 维修费用组成

设备、工器具购置费是指按照项目设计文件要求和国家标准的规定，建设单位购置或自制的达到固定资产标准的设备和新扩建项目配置的首套工器具及生产所需的费用。它由设备、工器具原价和包括设备成套公司服务费在内的运杂费组成[11]。

建筑安装工程费是指建设期内建设单位直接支付给从事建筑安装工程施工单位的建筑工程费、设备购置费及安装工程费，包括用于建筑物的建造及有关的准备工作、机械辅助设施的搭设、拆除及清理等工程的投资；用于需要安装设备的运输、装卸、安置、装配工程的投资。它是以货币价值形式表现的建筑安装工程的价值。

工程建设其他费包括暂列金额、暂估价、计日工等各项费用，由项目投资方支付的费用，费用发生与否未知，为保证工程项目顺利完成、发挥作用以及交付使用而产生的费用。

对于基本建设工程费用，机械设备、生产生活所需的工具器具的购置费用的确定相对比较简单；工程建设其他费用可以根据国家或地方主管部门的规定以及类似相关工程进行估算，或根据施工现场调查数据以及参考资料进行计算，方法比较简单。但是，建筑及设备安装工程费用的计算是一件较为复杂的工作，其作为基本建设工程费用的主要组成部分，精确计算更加重要。因此，必须对建设工程项目深入了解，实地考察，用科学的方法对建筑安装工程费用进行统计、分解、分析，细化各项数据，才能更加准确地找出活劳动和物化劳动消耗的基本因素，然后对各构造要素进行精确计算，先确定基本构造要素的工料消耗量，计算其价值，然后汇总各构造要素的价值，可求出建筑及设备安装工程费用，再通过进一步的计算，求出基本建设工程费用。

3.4 系统应用实例

系统强调以用户为中心的设计原则，采用BootStrap框架进行前台开发，保证界面一致性。大型矿用设备维修计划管理系统主要包括：年计划编审、月计划编审、招标处理、合同编制上报等功能。大型矿用设备维修预算系统主要功能页面包括定额册、定额材料、取费树、取费项、材料批次、材料价格、预算定额编制等。

为了便于管理人员操作，同时开发了手机端管理系统，如图4所示。

图4 手机端管理系统

4 结论

针对矿用设备维修过程、跨平台维修数据信息共享及协同管理困难、维修数据缺乏管理结构体系等问题，本文提出了大型设备数据共享机制及数据集成方法，结合数据网关接入技术与ETL技术，解决了诸多实际问题并取得如下成果。

（1）提出复杂系统性问题的解决途径，科学识别数据的特征，选择与之匹配的数据共享机制，进而将数据共享的复杂问题分层化解；

（2）应用 ETL方法实现了异构数据源的整合，集中式存储和综合管理，从多个业务系统的数据源中抽取数据、清理、经过转换和加载的工作，最终将数据从一个系统输送到统一的、完备的数据仓库中，从而达到维修数据集成的目的；

（3）建立了完整的设备维修管理体系，下设维修计划管理系统、预算定额管理系统、供应商系统和微信公众号系统4个功能模块系统，并设计了以工程造价规划为基础的维修费用算法流程。