設(shè)備維修管理的智能化

設(shè)備維修管理的智能化周尚文(中冶賽迪公司設(shè)備成套事業(yè)部，重慶400013)摘要：闡述了設(shè)備數(shù)據(jù)管理(EDM)、知識(shí)工程(KE)及維修管理智能決策支持系統(tǒng)(IDSS)的概念和相互關(guān)系；研究了維修管理的決策過(guò)程、基于數(shù)據(jù)與知識(shí)的決策系統(tǒng)模型組成和選擇IDSS模型的基本要素。關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)管理知識(shí)工程設(shè)備維修智能決策設(shè)備向大型、高速、重載、高精度、自動(dòng)化、信息化及機(jī)電系統(tǒng)一體化方向的迅速發(fā)展對(duì)設(shè)備的故障診斷、管理與維修提出了更高要求，也是企業(yè)對(duì)維修管理提出智能化、信息化、科學(xué)化的動(dòng)力維修智能化是以數(shù)據(jù)與知識(shí)為基礎(chǔ)，利用計(jì)算機(jī)及智能技術(shù)、推理技術(shù)對(duì)維修的每一個(gè)環(huán)節(jié)作出自動(dòng)決策的過(guò)程。維修信息化是將現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行狀況的數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)原始資料、制造加工單位的資料、科研部門(mén)及高等院校的研究成果、安裝公司的數(shù)據(jù)以及同類(lèi)設(shè)備在不同單位的使用資料等各種信息結(jié)合起來(lái)開(kāi)展維修工作的一種維修模式。科學(xué)維修是指依靠科技進(jìn)步，科學(xué)的確定維修任務(wù)、活動(dòng)、時(shí)機(jī)以及維修的程序，采用先進(jìn)的維修手段和方法，提高維修的質(zhì)量，減少維修資源的消耗。維修的智能化、信息化與科學(xué)化對(duì)縮短維修時(shí)間，降低維修及其相關(guān)費(fèi)用，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，改進(jìn)設(shè)計(jì)，提高制造、安裝、使用技術(shù)與工藝水平具有重要價(jià)值。維修費(fèi)用的控制、維修效率的高低與維修工作的好壞在很大程度上決定了企業(yè)的綜合指標(biāo)。設(shè)備維修由維修管理與決策、組織與計(jì)劃、監(jiān)督、協(xié)調(diào)與控制、備件生產(chǎn)與管理、維修實(shí)施和維修檢驗(yàn)等內(nèi)容及其相關(guān)支持技術(shù)結(jié)合構(gòu)成。目前，許多企業(yè)建立了維修管理信息系統(tǒng)，其主要功能是采集并保存對(duì)改善和評(píng)估已有維修方案有重要作用的歷史數(shù)據(jù)。這些系統(tǒng)具有維修計(jì)劃的核查、維修數(shù)據(jù)的操作、維修評(píng)價(jià)建模等功能。但是常見(jiàn)的管理系統(tǒng)不能對(duì)維修方案進(jìn)行有效地評(píng)估、完善和智能決策，其原因有：設(shè)備的復(fù)雜性、多樣性使數(shù)據(jù)的分組、評(píng)估、比較和發(fā)現(xiàn)規(guī)律比較困難；設(shè)備維修后，可能會(huì)出現(xiàn)新的失效形式，與此相應(yīng)的要求維修時(shí)重新選擇維修模型，對(duì)一般的維修人員來(lái)說(shuō)是難以解決的;設(shè)備系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，維修知識(shí)的不完備性和一些知識(shí)、條件的不可精確表述也增加了維修決策處理的難度。而基于數(shù)據(jù)庫(kù)和知識(shí)工程的智能決策支持系統(tǒng)(IntelligentDecisionSupportSystemIDSS)無(wú)疑是解決這類(lèi)問(wèn)題的最新方法。1設(shè)備數(shù)據(jù)管理(EDM)與維修管理決策設(shè)備數(shù)據(jù)管理是設(shè)備管理與維修不可缺少的內(nèi)容。設(shè)備數(shù)據(jù)管理要求支持設(shè)備的整個(gè)生命周期。要達(dá)到信息的共享，就必然要求建立內(nèi)容廣泛的信息管理系統(tǒng)。而手工管理模式已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足要求，因此建立以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的設(shè)備信息系統(tǒng)就顯得非常重要和必要了。設(shè)備數(shù)據(jù)管理主要內(nèi)容：設(shè)備結(jié)構(gòu)管理。設(shè)備結(jié)構(gòu)是一種樹(shù)形結(jié)構(gòu)，即設(shè)備一總成一大部件一小部件一零件。要對(duì)其進(jìn)行管理，首先將設(shè)備分解至零件，然后對(duì)其進(jìn)行編碼管理，名稱(chēng)及其代碼具有唯一性。每一個(gè)零部件都是樹(shù)形結(jié)構(gòu)上的一個(gè)接點(diǎn)，每一個(gè)接點(diǎn)均有唯一的編碼。同時(shí)還賦予諸如數(shù)量、材料、版本號(hào)等屬性以及生效失效期、相互借用關(guān)系、在設(shè)備中的級(jí)別以及相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)信息等。以此結(jié)構(gòu)建立設(shè)備數(shù)據(jù)表(BOM)，并作為設(shè)備管理與維修物料需求計(jì)劃的數(shù)據(jù)來(lái)源。設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理。CAD數(shù)據(jù)，各種圖、模型數(shù)據(jù)(三維、二維等)，計(jì)算及說(shuō)明書(shū)，碼管理，數(shù)據(jù)信息歸擋，收發(fā)借閱的權(quán)限與時(shí)限，日志及備忘錄等。3）備件管理。備件的加工工藝數(shù)據(jù)、若備件為部件則部件的裝配工藝數(shù)據(jù)、外購(gòu)備件要將供應(yīng)商的情況及該備件供應(yīng)狀態(tài)、庫(kù)存等信息均包括進(jìn)來(lái)。4）維修資料管理。安裝維修手冊(cè)、拆裝簡(jiǎn)圖、技術(shù)條件；維修標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)；進(jìn)廠(chǎng)檢驗(yàn)與試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)；設(shè)備維修歷史及演變信息；維修工作流程：維修裝配數(shù)據(jù)信息等。5）維修計(jì)劃管理。概預(yù)算、成本及費(fèi)用、材料消耗、維修能力、維修設(shè)備、曾經(jīng)用過(guò)的維修方法與技巧；人力資源、軟硬件資源、實(shí)驗(yàn)資源、社會(huì)可借用資源等的管理。6）其他：數(shù)據(jù)備份、數(shù)據(jù)接口及其標(biāo)準(zhǔn)的管理。2知識(shí)工程（knowledgeengineeringKE）與維修管理決策知識(shí)工程與IDSS相結(jié)合是一個(gè)嶄新的研究?jī)?nèi)容，已經(jīng)應(yīng)用于許多實(shí)際工作領(lǐng)域。只要知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)的知識(shí)足夠完備，系統(tǒng)就能通過(guò)推理得出正確合理的決策結(jié)論。設(shè)備管理與維修是繼承與創(chuàng)新相結(jié)合的一項(xiàng)活動(dòng)，是知識(shí)的組合與重用。近年來(lái)，由于計(jì)算機(jī)及其相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，追求管理與維修決策自動(dòng)化、智能化，構(gòu)建專(zhuān)家系統(tǒng)的設(shè)想被提了出來(lái)。如基于黑板推理、模糊推理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)推理等方法。希望通過(guò)大量的計(jì)算和復(fù)雜的推理來(lái)達(dá)到只需輸入要求與邊界條件就能得到與維修相關(guān)的所有結(jié)果的目的，逐漸引起學(xué)術(shù)界的廣泛探討。這里講的KE不僅有推理過(guò)程而且強(qiáng)調(diào)廣義知識(shí)的歸納、整理及應(yīng)用。廣義知識(shí)是指：理論知識(shí)、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、經(jīng)驗(yàn)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、工藝數(shù)據(jù)、方案、成本、銷(xiāo)售等）等。這些知識(shí)有的可以量化，有的則不能。KE的重點(diǎn)是知識(shí)的重用。其基本步驟為：獲取知識(shí)?知識(shí)處理（對(duì)大量各類(lèi)信息的分類(lèi)、歸納、整理）？知識(shí)表達(dá)（數(shù)據(jù)庫(kù)的建立、量化、描述）？知識(shí)重用（查詢(xún)、搜索、決策、推薦可能方案、統(tǒng)計(jì)、匯總、評(píng)價(jià)等對(duì)“知識(shí)”站在更高的角度來(lái)講，將知識(shí)加以綜合運(yùn)用就是“知識(shí)管理”。知識(shí)來(lái)源于設(shè)備的整個(gè)生命周期，然后又將知識(shí)應(yīng)用與設(shè)備使用、管理與維修的各個(gè)環(huán)節(jié)。3基于EDM和KE的維修管理IDSS3.1企業(yè)維修管理決策過(guò)程企業(yè)的設(shè)備管理與維修部門(mén)利用設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，根據(jù)管理記錄、情報(bào)資料、維修建議、備件狀況和企業(yè)的實(shí)際情況作出診斷意見(jiàn)、制訂維修方案和作出維修決策意見(jiàn)。并根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃執(zhí)行情況，經(jīng)主管廠(chǎng)長(zhǎng)核準(zhǔn)進(jìn)行維修安排與計(jì)劃。圖l為企業(yè)設(shè)備維修管理決策過(guò)程框圖。3.2維修方案的形成方法維修方案的形成有兩種方法，即工程方法和數(shù)學(xué)方法。工程方法強(qiáng)調(diào)為維修計(jì)劃活動(dòng)建立規(guī)則和指導(dǎo)方針，因此維修方案是由工作計(jì)劃、維修約束、設(shè)備的行為構(gòu)成（失效率、MT，rR平均失效時(shí)間、MTBF平均故障間隔時(shí)間等）。是目前最成熟用得最普遍和成功的方法。而數(shù)學(xué)方法則更多的強(qiáng)調(diào)對(duì)設(shè)備失效行為進(jìn)行統(tǒng)計(jì)建模分析，從而建立晟優(yōu)維修方案。建模的實(shí)質(zhì)是通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析找到關(guān)鍵的維修活動(dòng)，以解決各種不同類(lèi)型的失效形式。3.3基于EDM和KE的維修管理IDSS圖2表示了基于EDM和KBE的維修管理IDSS框圖。人機(jī)界面：是IDSS中不可缺少的部分，是連接人與系統(tǒng)的紐帶。智能故障診斷子系統(tǒng)：獲取實(shí)時(shí)信息，全面監(jiān)測(cè)、分析設(shè)備所處的狀態(tài)。完成回答維修什么，修哪里，怎樣修，什么時(shí)候修，維修目的是什么等問(wèn)題。維修管理IDS子系統(tǒng)：處理器：是系統(tǒng)的核心部分，它與其他模塊建立通訊聯(lián)系，要求其他模塊作出相應(yīng)的某種功能。推理機(jī)及控制系統(tǒng)：對(duì)系統(tǒng)的工作進(jìn)行控制與管理。推理機(jī)完成解釋知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)，作出邏輯推理和對(duì)知識(shí)庫(kù)進(jìn)行修改與完善。控制機(jī)完成組織并控制著維修方案生成的方法。知識(shí)庫(kù)：表示一個(gè)特定問(wèn)題領(lǐng)域的事實(shí)、信息、判斷、直覺(jué)和經(jīng)驗(yàn)主要完成建模、選模專(zhuān)家的作用。能夠向維修工程師提出有關(guān)問(wèn)題，如國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、決策的準(zhǔn)則判據(jù)、所需的數(shù)據(jù)等，并建議選擇合適的模型。設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)：其功能是從數(shù)據(jù)庫(kù)中提取歷史維修數(shù)據(jù)，并以合適的方式分組、排序。模型庫(kù)：包含了用于分析的數(shù)學(xué)模型和數(shù)據(jù)、模型參數(shù)估計(jì)、模型證實(shí)的統(tǒng)計(jì)分析工具。如：RCM分析模型，維修級(jí)別分析模型、FMEA分析模型等。3.4決定模型選擇的基本要素圖3給出了模型選擇的基本要素。這些要素可以解釋為：1）額外信息：系統(tǒng)向診斷子系統(tǒng)獲得的診斷結(jié)論和維修建議：向用戶(hù)對(duì)話(huà)獲得的知識(shí)；專(zhuān)家所提供的知識(shí)或系統(tǒng)自動(dòng)推導(dǎo)的信息和判據(jù)。2）維修準(zhǔn)則：維修費(fèi)用最小原則：設(shè)備可用度最大原則：設(shè)備使用可靠性最大原則。3）當(dāng)前修理策略：檢查并進(jìn)行相應(yīng)級(jí)別的故障隔離：修復(fù)發(fā)生故障的設(shè)備；替換發(fā)生故障的零部件。4）歷史數(shù)據(jù)：設(shè)備的種類(lèi)、模型、維修費(fèi)用、停機(jī)時(shí)間；失效模式的數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)的分布。以上要素在維修模型選擇中起著重要作用，在決定使用哪一個(gè)分析模型時(shí)維修準(zhǔn)則特別重要。如果以費(fèi)用最少或費(fèi)用有限控制準(zhǔn)則來(lái)確定維修策略時(shí)，可以以1）解決維修基本問(wèn)題時(shí)的費(fèi)用最少；2）在費(fèi)用控制范圍內(nèi)，解決最多問(wèn)題；3）費(fèi)用在受限范圍內(nèi)但不定具體數(shù)值，將問(wèn)題按重要程度排隊(duì)，以解決問(wèn)題與所花費(fèi)用的效率最高三種準(zhǔn)則進(jìn)行細(xì)分后加以選擇。如果以最小的失效即最大可用度來(lái)評(píng)價(jià)和改善現(xiàn)有維修策略時(shí)，可以以：1）沒(méi)有失效：2）很少失效；3）計(jì)劃維修幾乎不介入的一些失效三種準(zhǔn)則來(lái)進(jìn)行細(xì)分后加以選擇。模型的選擇分類(lèi)都是按準(zhǔn)則來(lái)細(xì)分的。3.5維修管理IDSS的功能與特點(diǎn)維修管理的IDSS具有以下主要功能：1）從數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取設(shè)備的歷史維修數(shù)據(jù)。2）數(shù)據(jù)模式識(shí)別。3）能夠向用戶(hù)查詢(xún)信息、判據(jù)、準(zhǔn)則。4）選擇合適的分析模型。5）估計(jì)模型參數(shù)。6）用表格向用戶(hù)闡明分析的結(jié)果，包括評(píng)估當(dāng)前維修方案和建議新的維修方案。7）當(dāng)用戶(hù)詢(xún)問(wèn)時(shí)作出回應(yīng)和特定的分析。8）自學(xué)習(xí)和知識(shí)庫(kù)自行完備與優(yōu)化。基于知識(shí)的維修管理支持決策系統(tǒng)的特點(diǎn):具有經(jīng)知識(shí)庫(kù)自動(dòng)推理完成選擇合適模型進(jìn)行分析問(wèn)題的能力。4結(jié)論智能推理技術(shù)可以解決大型復(fù)雜設(shè)備系統(tǒng)的使用與維修問(wèn)題。基于管理數(shù)據(jù)與知識(shí)的維修管理IDSS可以很好的用于評(píng)價(jià)和完善大型系統(tǒng)的維修方案，能夠輔助維修人員在未完全掌握各種評(píng)價(jià)模型和管理知識(shí)的前提下作出經(jīng)濟(jì)有效的維修方案。但是模型的使用在一定程度上依賴(lài)于歷史的維修數(shù)據(jù)，而這些模型的數(shù)據(jù)是從數(shù)據(jù)庫(kù)中得來(lái)的.因此在以企業(yè)為重心培養(yǎng)維修管理與診斷人才的基礎(chǔ)上，由設(shè)備使用企業(yè)來(lái)完備維修系統(tǒng)的“知識(shí)”庫(kù)，建立完備的數(shù)據(jù)庫(kù)是維修管理重要的基礎(chǔ)工作。維修管理的下一步發(fā)展應(yīng)是利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，爭(zhēng)取企業(yè)的廣泛參與，建立完善的智能化維修管理平臺(tái)并與企業(yè)ERP、PDM等其它管理系統(tǒng)進(jìn)行有機(jī)集成。參考文獻(xiàn)l金偉，周浩，于永利.維修管理智能決策系統(tǒng)探討[J].設(shè)備管理與維修，2001