基于实时数据库的制丝电机设备预防性维修策略

2014-05-03徐元根胡仲达

食品与机械 2014年3期

关键词：制丝维修策略电机

黎勇徐元根胡仲达冯海

LI Yong XU Yuan－gen HU Zhong－daFENG Hai

（浙江中烟工业有限责任公司，浙江宁波 315040）

（China Tobacco Zhejiang Industrial Co.，Ltd，Ningbo，Zhejiang 315040，China）

1 传统设备维护管理中存在的问题

传统设备维护管理通常存在3个层面的问题：

（1）设备管理基础薄弱，没有形成健全的设备管理制度和体系，没有具体的职责要求和专业分工，设备的维护管理主要是通过事后维修来进行，设备状态无法保障正常生产。

（2）已经建立了设备管理制度和体系，并且能够按照制度要求进行设备维护和保养，以事后维修为主，计划维修为辅，设备维护存在过度、不足和两种情况并存的问题［1］。

（3）有完整的设备管理制度和体系，实施了包含设备管理的企业资源计划系统（enterprise resource planning，ERP）或单独的设备管理系统，其中ERP系统是一种以信息技术为基础的系统化的管理体系。由于没有实时数据库支撑，基于关系型数据库的设备管理信息系统更多实现的是对资产的财务管理，设备过程跟踪控制功能较弱，设备维修计划模式简单，对设备维护的事前和事中信息化支撑力度较弱。设备维护和保养仍是以事后维修为主，计划维修为辅，同样存在设备维修不足或过度的问题。

2 实时数据库与关系型数据库

分布式控制系统（distributed control system，DCS）又称集散控制系统、集散系统，该系统综合了计算机、通信、显示和控制等技术，使企业生产运行实现了分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活以及组态方便。随着硬件水平的提升，DCS系统在企业生产控制的广泛应用，实时数据库采集和应用的不断拓展，人工智能快速发展，建立以实时数据库基础上的业务管控系统应运而生，使得信息系统在事前预知、事中控制发挥出了更大的能力。这其中，实时数据库作为实时数据的采集、存储平台发挥了关键的桥梁作用。

实时数据库是指按照一定数据结构和模型来组织、存储和管理数据的仓库，采用关键的存储压缩算法，以毫秒级为单位存储自动化控制系统的实时数据［2］。而采用关系模型建立起来的数据库叫做关系数据库。关系数据库是建立在集合代数基础上，应用数学方法来处理数据库中的数据。

实时数据库用于不断更新的快速变化的数据处理及具有时间限制的事务处理。其技术是实时系统和数据库技术相结合的产物，利用数据库技术来解决实时系统中的数据管理问题，同时利用实时技术为实时数据库提供时间驱动调度和资源分配算法。实时数据库与关系数据库的区别见表1，二者适用范围见图1。

随着技术的进步，实时数据库的性能不断提升，能够长时间不间断运行，且能实时处理大量的数据信息；在制造企业，应该合理使用实时数据库与关系数据库，建立以企业级的数据平台或数据中心，建立以制造执行系统（manufacturing execution system，MES）等基于实时信息的应用，并以将这些数据送入ERP等经营决策系统，实现企业有效集成，并且实现控制系统与经营决策系统的业务对接。

表1 数据库与关系数据库的区别Table 1 The difference between the database and relational database

图1 实时数据、关系数据库适用范围图Figure 1 Real－time data and relational database application scope

3 建立在实时数据库上的设备管理系统

在浙江中烟信息化建设规划过程中，将设备管理与控制统一规划在工厂MES系统建设中。按照设备管理的要求，有设备前期管理、设备台账管理、设备标准管理、设备运维管理等内容。MES中设备管理子主要功能与目前现有的ERP系统有着明确的边界划分。ERP主要负责设备前期、设备转股、设备台账、设备折旧的相关的成本管理，而MES系统的设备管理多围绕着设备日常运行维护展开，例如制定设备相关标准、模拟维修策略，建立设备故障树等设备技术标准工作；制定设备维护、保养、维护计划，并根据采集到的信号，通过业务模型的逻辑判断，生成设备故障维护请求，完成维保计划等实施工作；采集底层自动化设备的实时数据、故障报警等信息，监控设备运行状态等工作。MES的设备管理还需要进行设备停机管理，统计分析并生成维修故障库，进一步转化为经验库，用于指导设备的维护保养工作，制定设备、零部件维修策略。最终通过基于实时数据、工单维修流程、维保计划为一体的管控，完成设备的事前、事中、事后处理流程，从而完成设备的闭环管理，见图2。

其中MES系统包括以下几个部分：实时数据库系统、生产模型集成平台、应用系统开发平台、应用集成环境、功能应用子系统、接口系统［3］。其中实时数据库系统实现如下功能：

（1）存贮、管理生产现场工艺参数、质量参数、设备参数、物料数据等信息。

（2）内置实时规则引擎，实时进行数据过滤、分析、统计，以及报警等逻辑的推理。

（3）内置点表管理、数采管理，使其能够通过组态的方法建立工厂逻辑映象，将物理测点与逻辑测点进行对应，可以进行在线数采扩展。

（4）内置事件模型（condition＼trigger＼action），根据条件实时触发相应的逻辑；

（5）报警管理为全厂提供一个报警服务器，实时掌握全厂生产异常。

（6）采用标准的数采接口及信息发布接口，构架数据采集总线与信息发布总线，使得平台与控制设备、应用系统之间的耦合度降低，提高系统的可靠性及可维护性。

（7）实时数据、中间数据（由实时规则产生）、报警信息、事件状态等信息，全部可以进行历史存贮。总之，该部分不仅为MES系统，而且为全厂计算机／现代集成制造系统（computer integrated manufacturing systems，CIMS）提供一个接口标准、组态灵活、功能强大的工厂信息系统（plant information system）。

4 基于实时数据库的制丝电机设备管理应用

4.1 宁波卷烟厂制丝车间当前设备管理现状分析

制丝设备是高度自动化的设备，生产过程中的数据可以进行实时采集、存储和监视。电机设备是保障制丝线自动化运转的关键，同时也是容易出问题的环节。因此，保障电机设备的最佳工作状态是制丝车间设备管理的重要工作。

宁波卷烟厂制丝车间的生产模式为流水线式的线性生产，设备维护采取事后维修策略。当设备发生故障后，设备所在的整条生产线停产，对生产影响极大。维修工凭借个人的经验对设备进行维修，多采取备件更换的维修措施，维修费用高昂。因此，根据设备实时状态，制定设备的预知性维修策略，是制丝设备管理的重中之重。

4.2 制丝电机设备的数采点

制丝车间的电控柜同时控制多个电机设备及设备运行过程中的tag点。对于设备维修方面，可用的实时采集tag点包括电流、开关次数、运行时间、开关次数回拨次数、使用时间回拨次数，电机电流阀值。通过这些实时数据的采集，为预测维修提供依据。

图2 卷烟制造执行系统结构Figure 2 Cigarette manufacturing execution system structure

4.3 电机设备维修策略仿真

获取设备当前状态数据是制定正确的维修策略的关键途径［4］，对这些采集数据进行处理，从而判断电机的性能，并预测电机故障可能的发生时段和发生概率，预测设备零件及部位的剩余寿命。通过判断和预测，维护人员结合系统判断设备维修是否要维修、何时实施维修、需要什么资质的人员，采用什么样的工具、采用的维修决策是什么。

判断电机设备的维修决策是一个非常复杂的过程，经过分析，将这个过程定义为4阶段：设备数据采集阶段、数据处理阶段、性能评估层及故障预测阶段、制定维修决策阶段。

（1）数据采集阶段：由具有较高理论水平和实践经验丰富的设备技术人员，使用在线和离线的设备状态监测仪器，在使用设备前对设备状态进行全面监测，利用各种检测仪器和设备，采集能够反映设备性能的关键特征数据，并存储到软件系统。

（2）数据处理：通过适当的方法对采集的设备关键特征数据处理，作为制丝电机设备的原始状态，这种初始状态就是进行故障预测的起始基点。

（3）故障预测及性能评测阶段：应用统计数据分析、计算机智能仿真等技术［5］，建立设备故障关键特征参数的数学模型，建立关键特征参数变化规律，详细描述故障产生及发展的过程，推理出故障预测结果，进而评估电机在后期使用过程中的性能变异情况。

（4）维修决策阶段：根据故障预测、性能评测的结论判断后续工作中电机的无故障工作时间是否能够保障［6］。如果不能保障，那么就需要预测维修的时间，确定维修范围，并制定相应的电机维修计划并实施。为了持续的优化维修决策，在维修结束后要及时地把维修记录和故障原因等信息记录到系统。