曾嫘

摘要： 設(shè)備故障診斷與維護(hù)是企業(yè)進(jìn)行日常生產(chǎn)的必備元素。在分析網(wǎng)絡(luò)協(xié)同思想和設(shè)備生命周期理論的基礎(chǔ)上，給出以“設(shè)備（設(shè)計(jì)）制造單位-設(shè)備使用單位”為主體，維護(hù)知識(shí)為基礎(chǔ)，網(wǎng)絡(luò)協(xié)同為手段的主體脈絡(luò)，提出構(gòu)建管理系統(tǒng)的概念模型和框架，并對(duì)設(shè)備故障診斷與維護(hù)功能進(jìn)行細(xì)化分析，實(shí)現(xiàn)了一種遠(yuǎn)程故障診斷與系統(tǒng)維護(hù)管理系統(tǒng)，為設(shè)備遠(yuǎn)程故障診斷與維護(hù)提供了一種新的方向。

Abstract： Equipment fault diagnosis and maintenance is an essential element in the daily production of enterprises. Based on the analysis of network synergetics and equipment life cycle theory， this paper gives the main frame of "equipment （design） manufacturing unit-equipment user" as the main body， maintenance knowledge as basis and network collaboration as means， and proposes the conceptual model and framework of construction of management system， and carries on detailed analysis of equipment fault diagnosis and maintenance functions to achieve a remote fault diagnosis and system maintenance management system， which provides a new direction for remote fault diagnosis and maintenance of equipment.

關(guān)鍵詞： 設(shè)備維護(hù);故障診斷;網(wǎng)絡(luò)協(xié)同;管理信息系統(tǒng)

Key words： equipment maintenance;fault diagnosis;network coordination;management information system

中圖分類號(hào)：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）07-0065-06

0 引言

設(shè)備作為制造企業(yè)重要的生產(chǎn)工具，其良好的管理與維護(hù)是保證制造企業(yè)經(jīng)營(yíng)成功的關(guān)鍵因素之一。同時(shí)，設(shè)備維護(hù)也是設(shè)備供應(yīng)商（制造商）產(chǎn)品服務(wù)的重要組成部分。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代設(shè)備日趨大型化和復(fù)雜化，維護(hù)的復(fù)雜度與難度相應(yīng)增加[1]。傳統(tǒng)的用戶自維護(hù)、制造商維護(hù)或維護(hù)外包等設(shè)備維護(hù)方式逐漸不能滿足當(dāng)前的設(shè)備維護(hù)需求。遠(yuǎn)程維護(hù)[2-5]、智能維護(hù)[6-9]等新的維護(hù)模式應(yīng)需而生。在此基礎(chǔ)上，本文提出基于網(wǎng)絡(luò)協(xié)同的設(shè)備故障診斷與維護(hù)管理系統(tǒng)，以一個(gè)設(shè)備設(shè)計(jì)制造商和多個(gè)設(shè)備使用單位為主體，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同進(jìn)行設(shè)備維護(hù)知識(shí)的共享，從而實(shí)現(xiàn)橫向上多單位協(xié)作、縱向上涵蓋整個(gè)設(shè)備生命周期的設(shè)備維護(hù)管理。

1 網(wǎng)絡(luò)協(xié)同與知識(shí)共享

協(xié)同的概念是指協(xié)調(diào)兩個(gè)及以上的不同資源或個(gè)體，共同一致地完成某一目標(biāo)的過(guò)程或能力[10]。網(wǎng)絡(luò)協(xié)同，簡(jiǎn)單的從字面上理解，就是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的協(xié)同。隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及和發(fā)展，以共享為基礎(chǔ)的思想交流和信息交換對(duì)我們的生活、學(xué)習(xí)和工作產(chǎn)生了越來(lái)越大的影響。網(wǎng)絡(luò)不僅為我們提供了便捷的交易渠道和創(chuàng)作工具，還為我們提供了一個(gè)巨大的知識(shí)庫(kù)[11]。網(wǎng)上有許多資源都是免費(fèi)的，像開源代碼、BBS、微博、語(yǔ)言學(xué)習(xí)網(wǎng)站等大都全部或者部分無(wú)償提供大家瀏覽和使用。人們?cè)诓糠志W(wǎng)站上無(wú)償貢獻(xiàn)著屬于個(gè)人的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，同時(shí)也免費(fèi)從網(wǎng)絡(luò)上獲取知識(shí)和信息。那些有著相同興趣和愛(ài)好的人共同創(chuàng)建一個(gè)詞條、完善一段代碼或者回答一個(gè)問(wèn)題，他們通過(guò)思想交流，形成對(duì)社會(huì)有用的無(wú)形資產(chǎn)。相比于去圖書館翻閱厚重的文獻(xiàn)，年輕人們更愿意在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)布問(wèn)題或搜尋答案[12]。網(wǎng)絡(luò)上的每個(gè)人都可能是答案的提供者，那意味著同一個(gè)問(wèn)題可能會(huì)得到許多回答，其中或許有的回答是相悖的。那么又該如何確定哪一個(gè)答案是正確的或者是所需要的？這正是協(xié)同需要解決的問(wèn)題。因此，從一定程度上講，網(wǎng)絡(luò)協(xié)同的實(shí)質(zhì)是知識(shí)和能力的共享，網(wǎng)絡(luò)是交流的工具，而協(xié)同是組織的形式。

2 系統(tǒng)框架分析

2.1 系統(tǒng)的概念模型

設(shè)備生命周期是指設(shè)備從設(shè)計(jì)到報(bào)廢的整個(gè)過(guò)程，包括設(shè)備的規(guī)劃選型、設(shè)計(jì)制造、安裝調(diào)試、運(yùn)行使用、改造升級(jí)、報(bào)廢處理等眾多內(nèi)容[13]。本文在網(wǎng)絡(luò)協(xié)同思想的指導(dǎo)下，以設(shè)備生命周期為線索，描述了設(shè)備維護(hù)知識(shí)的產(chǎn)生和使用，構(gòu)建了如圖1所示的概念模型。

從模型中可以看出，設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造、安裝調(diào)試階段產(chǎn)生的設(shè)備維護(hù)知識(shí)主要由設(shè)計(jì)制造單位掌握，而這些知識(shí)對(duì)使用單位初期的設(shè)備使用和維護(hù)具有重要作用;在設(shè)備使用階段產(chǎn)生的故障及其診斷和解決方案等維護(hù)知識(shí)主要由設(shè)備使用單位掌握，這些知識(shí)一方面對(duì)所有使用單位是值得借鑒的經(jīng)驗(yàn)，另一方面也是設(shè)計(jì)制造單位進(jìn)行產(chǎn)品升級(jí)和新產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重要參考數(shù)據(jù)。模型以一個(gè)共同的設(shè)備維護(hù)知識(shí)庫(kù)將這些設(shè)備維護(hù)知識(shí)進(jìn)行共享，同時(shí)還囊括了設(shè)備零部件供應(yīng)商提供的更為詳盡的設(shè)備零件的維護(hù)知識(shí)和設(shè)備專家給出的專業(yè)建議等。從設(shè)備設(shè)計(jì)制造單位和設(shè)備使用單位兩個(gè)角度來(lái)看，模型的重點(diǎn)主要可以概括為兩點(diǎn)：基于知識(shí)的設(shè)備維護(hù)和基于故障診斷的數(shù)據(jù)收集。endprint

2.2 系統(tǒng)的框架模型

根據(jù)概念模型，提出如圖2所示的系統(tǒng)框架模型。系統(tǒng)框架描述了系統(tǒng)的邏輯構(gòu)成及其構(gòu)成要素間的組成關(guān)系，包含支撐、資源、應(yīng)用和用戶四個(gè)層次。

其中，支撐層是系統(tǒng)運(yùn)行需要的軟硬件環(huán)境，包括基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施、客戶端配置等。資源層是完成系統(tǒng)功能所需要的數(shù)據(jù)和知識(shí)，包括設(shè)計(jì)制造單位、使用單位、領(lǐng)域?qū)＜姨峁┑闹R(shí)和經(jīng)驗(yàn)所構(gòu)成的數(shù)據(jù)庫(kù)。應(yīng)用層是系統(tǒng)的功能層，具有日常維護(hù)、故障診斷和系統(tǒng)管理等功能。用戶層提供了各用戶與系統(tǒng)的交互接口，方便用戶獲取和上載設(shè)備維護(hù)信息;設(shè)備專家可以發(fā)表自己的建議或者參加遠(yuǎn)程會(huì)診;設(shè)備設(shè)計(jì)制造單位可以通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)獲取故障信息并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析等。

3 設(shè)備故障診斷方式與維護(hù)支持服務(wù)研究

為設(shè)備使用單位提供故障診斷與維護(hù)支持是系統(tǒng)的主要目的之一，也是系統(tǒng)應(yīng)用層要實(shí)現(xiàn)的主要功能。本文提出了三種基于知識(shí)的診斷方式和面向設(shè)備生命周期的維護(hù)支持服務(wù)，為使用單位提供故障診斷及解決方案的決策支持，也為設(shè)備制造單位收集故障信息。

3.1 三種故障診斷方式

3.1.1 案例檢索

故障診斷的實(shí)質(zhì)是從設(shè)備運(yùn)行過(guò)程及其固有行為體現(xiàn)出的大量信息中發(fā)現(xiàn)并掌握大量的故障特征模式，從而進(jìn)行基于知識(shí)（故障模式）的決策推理過(guò)程[14]。故障案例其實(shí)也是一種故障模式，包含了故障的現(xiàn)象、檢測(cè)手段、分析方法、解決措施等信息，而案例檢索就是故障模式的提取和匹配。本文提出的案例檢索以關(guān)鍵字檢索為主，設(shè)備類型樹、設(shè)備結(jié)構(gòu)樹和Tag標(biāo)簽為輔，根據(jù)設(shè)備故障部位或現(xiàn)象進(jìn)行相似案例的檢索和參考和復(fù)用。將關(guān)鍵字、樹節(jié)點(diǎn)和Tag標(biāo)簽作為檢索條件，檢索的過(guò)程模型如圖3所示。

首先，將條件按數(shù)量分組，并按條件數(shù)和條件重要程度排序，條件的重要程度為設(shè)備樹節(jié)點(diǎn)>Tag>關(guān)鍵字。若兩組條件數(shù)量相同，順序以重要程度最高的條件降序顯示;若最高條件重要屬性相同則依次比較;若重要程度相當(dāng)則按照檢索的默認(rèn)排序顯示。

將每一組條件按照順序進(jìn)行檢索，每一組檢索結(jié)果按照案例熱度進(jìn)行排序。案例熱度為案例的復(fù)用次數(shù)與采用次數(shù)之和，若和相同，則復(fù)用次數(shù)高的在前。當(dāng)所有條件組檢索完畢，將檢索結(jié)果依次顯示。

3.1.2 問(wèn)題發(fā)布

Web2.0概念及技術(shù)的發(fā)展對(duì)知識(shí)的傳播模式產(chǎn)生了巨大影響。Web2.0最重要的兩個(gè)特點(diǎn)是以用戶為中心和交互性。不同于Web1.0中單純的信息接收者，在Web2.0中，用戶不僅可以根據(jù)喜好和需要定制信息，還可以自己創(chuàng)造并發(fā)布內(nèi)容，這意味著用戶擁有更多自主權(quán)利和參與機(jī)會(huì)。網(wǎng)絡(luò)協(xié)同正是Web2.0的產(chǎn)物，而問(wèn)答社區(qū)則是Web2.0的典型應(yīng)用之一。在基于網(wǎng)絡(luò)協(xié)同的設(shè)備維護(hù)管理系統(tǒng)中，構(gòu)建一個(gè)基于維護(hù)知識(shí)的問(wèn)答社區(qū)，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備故障診斷，還能方便用戶進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)與知識(shí)的交流。

問(wèn)答社區(qū)的用戶主要由設(shè)備的設(shè)計(jì)單位、制造單位、使用單位、零部件供應(yīng)商中的相關(guān)人員以及領(lǐng)域?qū)＜业葮?gòu)成;社區(qū)的知識(shí)主要由話題、問(wèn)題和回復(fù)評(píng)論構(gòu)成;活動(dòng)主要有問(wèn)題檢索、問(wèn)題發(fā)布、問(wèn)題回復(fù)、話題關(guān)注、經(jīng)驗(yàn)分享等。

3.1.3 在線診斷

當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，企業(yè)最希望的是可以憑借自身能力診斷并排除故障;若是自身不能解決的，企業(yè)最希望的是維護(hù)人員盡快上門。然而由于人員、地域、成本等的限制，即時(shí)上門服務(wù)是很難實(shí)現(xiàn)的。但是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)獲取即時(shí)的遠(yuǎn)程診斷交互相對(duì)來(lái)說(shuō)就容易許多。如圖4所示是在線診斷任務(wù)的工作模型，其重點(diǎn)在于遠(yuǎn)程任務(wù)的分配和診斷資源的調(diào)節(jié)。

3.2 維護(hù)支持服務(wù)分析

3.2.1 設(shè)備檔案

建立設(shè)備的通用手冊(cè)和設(shè)備專屬檔案。前者是設(shè)備作為產(chǎn)品的說(shuō)明書的電子化，包括設(shè)備的基本信息（出廠編號(hào)、出廠時(shí)間、設(shè)備類型、設(shè)備型號(hào)等），設(shè)計(jì)制造信息（設(shè)備結(jié)構(gòu)、零部件供應(yīng)商等），設(shè)備維護(hù)信息（常見故障原因及措施、保養(yǎng)建議等），以文字、圖片、視頻等多種方式呈現(xiàn)，方便查閱，也更直觀易懂。后者則是記錄每一次故障信息，包括故障時(shí)間、故障現(xiàn)象、故障原因、故障部位、診斷結(jié)果、解決方案、反饋評(píng)價(jià)等。通用手冊(cè)在設(shè)備使用初期是重要的參考和指導(dǎo)，而專屬檔案的記錄則用于管理設(shè)備健康狀態(tài)的綜合信息，包括使用年限、故障次數(shù)、故障頻率、與同種其他設(shè)備狀態(tài)的比較、預(yù)計(jì)使用年限等。

3.2.2 定向信息

設(shè)備使用單位在通過(guò)維護(hù)管理系統(tǒng)獲取故障診斷幫助的同時(shí)，上傳了設(shè)備的故障數(shù)據(jù)。設(shè)備的設(shè)計(jì)制造單位獲得這些數(shù)據(jù)，通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析、數(shù)據(jù)挖掘等得到的信息一方面用于其新設(shè)備的研發(fā)制造，另一方面則及時(shí)更新故障案例庫(kù)和維護(hù)知識(shí)庫(kù)，以更好的提供維護(hù)支持服務(wù)。而更好的服務(wù)當(dāng)然不僅僅是默默地更新數(shù)據(jù)，對(duì)于一些重要的信息應(yīng)該予以更新提示或是單獨(dú)發(fā)布，甚至是有針對(duì)性的對(duì)相關(guān)用戶進(jìn)行提示。對(duì)于單個(gè)用戶根據(jù)設(shè)備的故障記錄、設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)綜合信息等提供定制的設(shè)備維護(hù)建議，定期設(shè)備維護(hù)提醒等服務(wù)。

3.2.3 設(shè)備故障診斷與維護(hù)功能結(jié)構(gòu)endprint

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

4.1 系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程分析

結(jié)合系統(tǒng)的目標(biāo)和需求，可以分析出整個(gè)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程。首先系統(tǒng)由設(shè)計(jì)制造單位進(jìn)行初始化，由系統(tǒng)管理員進(jìn)行系統(tǒng)管理和維護(hù);其他用戶，包括設(shè)計(jì)制造單位中的其他人員、設(shè)備使用單位、零部件供應(yīng)單位和領(lǐng)域?qū)＜业热藛T，通過(guò)注冊(cè)成為系統(tǒng)用戶，成為不同角色并獲得相應(yīng)權(quán)限;系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，如用戶、設(shè)備類型、設(shè)備臺(tái)賬等由系統(tǒng)管理員進(jìn)行管理。（圖6）

4.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在對(duì)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程進(jìn)行梳理的基礎(chǔ)上，將整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)為七個(gè)大的功能模塊，分別是系統(tǒng)管理、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、賬號(hào)管理、設(shè)備管理、案例管理、在線診斷和知識(shí)社區(qū)，每個(gè)模塊下包含若干子模塊。系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)如圖7所示。

4.3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

4.3.1 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中的關(guān)鍵問(wèn)題

①角色與權(quán)限。

協(xié)同管理系統(tǒng)有來(lái)自設(shè)備使用單位、設(shè)計(jì)制造單位和兩者之外的三類用戶，其中每一類中又有更細(xì)化的分工，對(duì)于不同分工的用戶，系統(tǒng)應(yīng)該給予相應(yīng)的權(quán)限，并限制訪問(wèn)其工作之外的內(nèi)容。

基于角色的訪問(wèn)控制（Role-Based Access Control，RBAC）是目前公認(rèn)的解決統(tǒng)一資源訪問(wèn)控制的有效方法?；镜腞BAC模型如圖8所示，它定義了RBAC最基本的5個(gè)元素：用戶、角色、目標(biāo)、操作和許可，還包括其他一些元素：如用戶角色分配、角色許可分配以及會(huì)話。

②定向信息推送與獲取。

設(shè)備使用單位的設(shè)備管理人員通常更關(guān)心或者只關(guān)心其正在使用設(shè)備的相關(guān)信息。本系統(tǒng)為每一臺(tái)設(shè)備賦予編號(hào)，并關(guān)聯(lián)其類型、使用單位、設(shè)備結(jié)構(gòu)、零部件供應(yīng)商等信息。當(dāng)某類設(shè)備的相關(guān)信息有更新時(shí)，系統(tǒng)將此更新消息推送給每一個(gè)使用該類型設(shè)備的單位，以便于其及時(shí)獲取設(shè)備維護(hù)信息。

③信譽(yù)與激勵(lì)功能。

協(xié)同管理系統(tǒng)是一個(gè)非實(shí)名制的多用戶系統(tǒng)，用戶的使用是出于自身的需求。在問(wèn)答社區(qū)的問(wèn)題回復(fù)者一方面是使用單位和受雇于使用單位的領(lǐng)域?qū)＜?，一方面是各單位人員的自發(fā)性參與。為了保證系統(tǒng)的活躍度和信息上載的可信度，系統(tǒng)采用用戶等級(jí)、信譽(yù)值、貢獻(xiàn)值等數(shù)值信息來(lái)量化用戶信譽(yù)，并配以相應(yīng)的獎(jiǎng)勵(lì)措施，從而達(dá)到用戶激勵(lì)的效果。用戶等級(jí)根據(jù)用戶的角色、在線時(shí)長(zhǎng)以及貢獻(xiàn)值等計(jì)算，信譽(yù)值與用戶在知識(shí)社區(qū)參與的回復(fù)或評(píng)論的投票結(jié)果掛鉤，貢獻(xiàn)值則與用戶上載數(shù)據(jù)（采用案例、發(fā)布問(wèn)題、發(fā)布經(jīng)驗(yàn)、參與評(píng)論等）的數(shù)量相關(guān)。

4.3.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)以java為開發(fā)語(yǔ)言，以MyEclipse10為開發(fā)工具，采用Oracle11g作為數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行了原型系統(tǒng)的開發(fā)與實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)包含系統(tǒng)管理、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、賬號(hào)管理、設(shè)備管理、案例管理、在線診斷和知識(shí)社區(qū)七大模塊，下設(shè)若干子模塊。

圖9是以案例檢索為例的系統(tǒng)典型界面。案例檢索界面，界面左邊是設(shè)備樹瀏覽結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)樹快速定位搜索框，界面右邊從上而下分別是Tag標(biāo)簽群、關(guān)鍵字檢索框和檢索結(jié)果;圖10是問(wèn)題發(fā)布界面，用戶可以選擇【提問(wèn)】或是【寫文章】，前者是發(fā)布新問(wèn)題，后者是直接發(fā)布經(jīng)驗(yàn)文章，兩者界面相似，圖中為問(wèn)題發(fā)布界面;圖11是在線診斷審核界面，維護(hù)專員在此界面可查看待審核、已審核、已通過(guò)和已駁回的在線診斷請(qǐng)求，在待審核請(qǐng)求界面中可以進(jìn)行請(qǐng)求瀏覽、查看詳情、通過(guò)或駁回請(qǐng)求等操作。

5 結(jié)束語(yǔ)

設(shè)備故障診斷與維護(hù)對(duì)設(shè)備的使用單位和制造單位十分重要，本文以網(wǎng)絡(luò)協(xié)同思想和設(shè)備生命周期理論為指導(dǎo)，提出構(gòu)建一個(gè)基于網(wǎng)絡(luò)協(xié)同的設(shè)備故障診斷與維護(hù)管理系統(tǒng)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，使設(shè)備維護(hù)相關(guān)的設(shè)備生命周期不同階段的各單位進(jìn)行維護(hù)知識(shí)的交流與共享，從而提高設(shè)備維護(hù)的效率和質(zhì)量。

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