制造車間設備故障報警系統研究

1 引言

　　設備是企業直接的生產資料，對其故障的診斷方法很多，如基于COM組件的通用故障診斷專家系統開發[1]，基于知識的故障診斷方法的發展現狀與展望 [2]，并且為了提高對設備故障響應的及時性，許多企業開發了車間設備故障語音系統，有些甚至開發組態軟件實現設備過程監控、參數顯示和故障報警功能。當設備發生故障時，故障報警系統喇叭鳴音報告設備發生故障，同時將故障部位信息顯示在上位機上。雖然現有的故障報警系統一定程度上為設備維修人員提供了便利，但是仍然存在一些不足之處，如（1）現有報警系統的喇叭鳴音，只能告知設備發生了故障，卻不能明確告知故障信息，如不及時處理，將成為“噪音”污染; （2）故障信息只存放于上位機上，沒有進一步做數據分析和挖掘，缺乏為后續維修管理工作提供信息的能力。因此本文針對現有故障語音報警系統的不足，研究開發一套改進的設備故障報警系統。

2 業務流程

　　系統業務流程見圖1，主要分為三大部分，包括設備端、上位機端和服務器端。設備端是故障信息源，每臺設備對應一臺上位機，上位機硬件設備包括聲卡、網卡以及觸摸屏。上位機既要在屏幕上顯示故障信息，又要驅動音響設備向設備管理人員報警準確的故障信息，而不是僅僅停留在鳴笛的階段。服務器端實現設備的故障管理功能，通過數據的整理、統計和分析，為設備的管理起到決策支持作用。

圖1：系統業務流程

3 邏輯處理

　　系統邏輯處理過程為：當設備在運行過程中出現故障，立即采集故障信息，一方面在上位機端顯示設備故障參數信息;另一方面根據故障代碼查詢數據庫語音文件，匹配后驅動語音文件實現故障語音報警功能，準確報警設備出現了什么故障。并將故障信息上傳到服務器，進入設備故障后繼管理功能，制訂維修計劃，如維修人員計劃、維修工具計劃和備件計劃等。

　　3.1故障信息采集

　　系統的數據輸入端，完成過程監控，實時采集設備故障信息。

　　3.2 語音報警模塊

　　根據實時采集的設備故障代碼，在音頻庫查詢對應故障音頻文件，匹配后驅動相應音響設備，輸出故障音頻文件，準確地提示設備發生了什么故障。這樣設備管理員即使不在上位機旁邊也能準確的知道設備出現了什么問題。

　　3.3 故障管理模塊

　　當設備發生故障后，自動將設備編號以及故障代碼信息寫入故障預處理，實現設備故障管理、歷史故障查詢、統計報表等功能。及時提供設備維修資源信息，如維修工具、維修人員狀況和維修備件庫存等，合理制訂維修計劃，保證維修計劃的可執行性，盡快排除故障，恢復生產。

4 故障維修實施

　　設備維修是設備維護和修理的簡稱，指為保持和恢復設備完成規定功能的能力而采取的技術活動[3]。當前大多數企業的設備管理與維修資源管理彼此獨立，易存在設備管理與維修資源管理脫節現象，使得在制訂維修計劃時，沒有實際維修資源數據做參考，而實際上這些信息是維修計劃制訂的基礎依據，致使維修計劃制訂后由于維修資源短缺而導致維修計劃無法執行;另一方面當前的設備故障的隨機性特點，也要求設備維修必須要有絕對的維修資源作保障，這些內外在因素要求設備底層管理必須與企業資源管理必須有效聯系起來。根據故障維修方案，結合生產作業計劃，對設備維修能力進行平衡，制訂維修計劃。由維修計劃產生維修資源需求計劃，包括備件需求、人力需求和工具需求等，故障維修實施流程見圖2。為解決維修方案的決策支持問題，系統采用基于事例（Case Base Reasoning）的維修方案推理機制。基于事例的推理是近年來人工智能領域新興起的一種推理方法。它通過修改相似問題的成功結果來求解新問題[4]，它無須顯式應用領域知識模型，通過將獲取新知識作為案例來進行學習，通過學習功能使得案例庫越來越豐富，推理效果也越來越好。

圖2 故障維修實施流程

5 系統設計實現

　　5.1 系統集成

　　隨著信息時代的到來，網絡的形式很多，網絡的通信協議也很多，但是在工業控制領域比較成功的是基于TCP/IP協議的以太網，其典型特征表現為（1）開放性、能夠組成企業級的管理和底層控制一體化;（2）結構簡單、運行成本低;（3）運行可靠等優點。本文采用在以太網通訊的基礎上, 實現高效通訊的企業信息網絡，見圖3。

圖3：系統集成方案

　　5.2 軟件實現

　　5.2.1數據庫建立

　　系統的數據庫設計內容主要包括維修方案庫和基礎數據庫。

　?。?） 維修方案庫 維修方案庫就是維修知識庫，主要包括各類故障維修的典型案例。

　?。?） 基礎數據庫 車間的制造資源非常多，本文內容主要是建立所有設備及其對應使用的備件庫、維修人員庫及工具庫等;制作所有故障對應的音頻文件庫;建立設備故障庫等。本文建立設備故障表結構時，將音頻文件路徑作為一個字段屬性，舉例如下：

　　create table EquipFaults

　?。?/P>

　　vcFaultsNo varchar2（3） not null, ——故障編碼

　　vcFaultsName varchar2（50） not null, ——故障名稱

　　vcFaultsDescribe varchar2（50） not null, ——故障描述

　　……

　　vcFaultsPath varchar2（50） not null,——故障音頻文件路徑

　　constraint pk_ EquipFaults primary key （vcFaultsNo）

　?。?/P>

　　5.2.2故障語音匹配

　　sel ect vcBreaksPath from EquipFaults where vcFaultsNo = ‘”+strFailNO+”’”;

6 結論

　　為提高生產車間的制造執行能力，其中一個重要的因素就是保證生產的連續性，必須具備快速響應隨機故障的應變能力，有效提高設備管理的時效性和銜接性。本文實現了故障信息的準確報警，解決故障報警信息不明確的現狀，并根據維修資源的現狀快速制訂維修方案和策略，保證了維修計劃的可執行性。通過以太網實現了底層控制和上層管理的無縫信息集成，實現了企業級的設備故障管理信息化。

　　本文作者創新點:首先針對現有設備故障報警系統僅僅喇叭鳴音，甚至成為“噪音”污染的現狀，利用數據庫技術，實現設備故障的準確語音報警，明確告知什么設備發生故障以及故障的類型;其次，利用數據庫技術、計算機技術及網絡技術，實現了設備控制底層和上層企業設備管理的信息無縫連接，實現了企業管控一體化;第三，將設備管理與企業資源管理集成，保證維修計劃的可執行性。

參考文獻

　　[1]桑慶兵,楊興,史慧.基于COM組件的通用故障診斷專家系統開發.微計算機信息,2006年第2-1期, P190-192.

　　[2]王榮杰,胡清.基于知識的故障診斷方法的發展現狀與展望.微計算機信息,2006年第3-1期, P218-220.

　　[3]設備管理工程,巫世晶.北京:中國電力出版社,2005.

　　[4]楊軍,馮振聲,黃考利等.裝備智能故障診斷技術.北京:國防工業出版社，2004.8.