設備維修管理的智能化 周尚文 

摘  要：闡述了設備數(shù)據(jù)管理(EDM)、知識工程(KE)及維修管理智能決策支持系統(tǒng)(IDSS)的概念和相互關系；研究了維修管理的決策過程、基于數(shù)據(jù)與知識的決策系統(tǒng)模型組成和選擇IDSS模型的基本要素。 
    關鍵詞：數(shù)據(jù)管理知識 工程設備維修 智能決策 

 
    設備向大型、高速、重載、高精度、自動化、信息化及機電系統(tǒng)一體化方向的迅速發(fā)展對設備的故障診斷、管理與維修提出了更高要求，也是企業(yè)對維修管理提出智能化、信息化、科學化的動力 維修智能化是以數(shù)據(jù)與知識為基礎，利用計算機及智能技術、推理技術對維修的每一個環(huán)節(jié)作出自動決策的過程。維修信息化是將現(xiàn)場運行狀況的數(shù)據(jù)、設計原始資料、制造加工單位的資料、科研部門及高等院校的研究成果、安裝公司的數(shù)據(jù)以及同類設備在不同單位的使用資料等各種信息結合起來開展維修工作的一種維修模式?？茖W維修是指依靠科技進步，科學的確定維修任務、活動、時機以及維修的程序，采用先進的維修手段和方法，提高維修的質量，減少維修資源的消耗。維修的智能化、信息化與科學化對縮短維修時間，降低維修及其相關費用，提高勞動生產(chǎn)率，改進設計，提高制造、安裝、使用技術與工藝水平具有重要價值。     維修費用的控制、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。設備維修由維修管理與決策、組織與計劃、監(jiān)督、協(xié)調與控制、備件生產(chǎn)與管理、維修實施和維修檢驗等內容及其相關支持技術結合構成。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改善和評估已有維修方案有重要作用的歷史數(shù)據(jù)。這些系統(tǒng)具有維修計劃的核查、維修數(shù)據(jù)的操作、維修評價建模等功能。但是常見的管理系統(tǒng)不能對維修方案進行有效地評估、完善和智能決策，其原因有：設備的復雜性、多樣性使數(shù)據(jù)的分組、評估、比較和發(fā)現(xiàn)規(guī)律比較困難；設備維修后，可能會出現(xiàn)新的失效形式，與此相應的要求維修時重新選擇維修模型，對一般的維修人員來說是難以解決的；設備系統(tǒng)的動態(tài)特性，維修知識的不完備性和一些知識、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)庫和知識工程的智能決策支持系統(tǒng)(Intelligent Decision Support System——IDSS)無疑是解決這類問題的新方法。

 
    1 設備數(shù)據(jù)管理(EDM)與維修管理決策 
    設備數(shù)據(jù)管理是設備管理與維修不可缺少的內容。設備數(shù)據(jù)管理要求支持設備的整個生命周期。要達到信息的共享，就必然要求建立內容廣泛的信息管理系統(tǒng)。而手工管理模式已遠遠不能滿足要求，因此建立以計算機為基礎的設備信息系統(tǒng)就顯得非常重要和必要了。    

 設備數(shù)據(jù)管理主要內容： 
    1)設備結構管理。設備結構是一種樹形結構，即設備一總成一大部件一小部件一零件。要對其進行管理，首先將設備分解零件，然后對其進行編碼管理，名稱及其代碼具有性。每一個零部件都是樹形結構上的一個接點，每一個接點均有的編碼。同時還賦予諸如數(shù)量、材料、版本號等屬性以及生效失效期、相互借用關系、在設備中的級別以及相應的統(tǒng)計信息等。以此結構建立設備數(shù)據(jù)表(BOM)，并作為設備管理與維修物料需求計劃的數(shù)據(jù)來源。 

    2)設計數(shù)據(jù)管理。CAD數(shù)據(jù)，各種圖、模型數(shù)據(jù)(三維、二維等)，計算及說明書，碼管理，數(shù)據(jù)信息歸擋，收發(fā)借閱的權限與時限， 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)、外購備件要將供應商的情況及該備件供應狀態(tài)、庫存等信息均包括進來。 
    

    4)維修資料管理。安裝維修手冊、拆裝簡圖、技術條件；維修標準、法規(guī)；進廠檢驗與試驗測試數(shù)據(jù)；設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)維修計劃管理。概預算、成本及費用、材料消耗、維修能力、維修設備、曾經(jīng)用過的維修方法與技巧；人力資源、軟硬件資源、實驗資源、社會可借用資源等的管理。 6)其他：數(shù)據(jù)備份、數(shù)據(jù)接口及其標準的管理。 
   

 2 知識工程(knowledge engineering—KE)與維修管理決策 

    知識工程與IDSS相結合是一個嶄新的研究內容，已經(jīng)應用于許多實際工作領域。只要知識庫系統(tǒng)的知識足夠完備，系統(tǒng)就能通過推理得出正確合理的決策結論。 
    

    設備管理與維修是繼承與創(chuàng)新相結合的一項活動，是知識的組合與重用。近年來，由于計算機及其相關技術的發(fā)展，追求管理與維修決策自動化、智能化，構建專家系統(tǒng)的設想被提了出來。如基于黑板推理、模糊推理、神經(jīng)網(wǎng)絡推理等方法。希望通過大量的計算和復雜的推理來達到只需輸入要求與邊界條件就能得到與維修相關的所有結果的目的，逐漸引起學術界的廣泛探討。這里講的KE不僅有推理過程而且強調廣義知識的歸納、整理及應用。廣義知識是指：理論知識、標準、規(guī)范、經(jīng)驗、基礎數(shù)據(jù)(結構數(shù)據(jù)、工藝數(shù)據(jù)、方案、成本、銷售等)等。這些知識有的可以量化，有的則不能。KE的重點是知識的重用。其基本步驟為：獲取知識～ 知識處理(對大量各類信息的分類、歸納、整理)? 知識表達(數(shù)據(jù)庫的建立、量化、描述)? 知識重用(查詢、搜索、決策、推薦可能方案、統(tǒng)計、匯總、評價等)。對“知識”站在更高的角度來講，將知識加以綜合運用就是“知識管理”。知識來源于設備的整個生命周期，然后又將知識應用與設備使用、管理與維修的各個環(huán)節(jié)。    

 3 基于EDM和KE的維修管理IDSS    

     3．1企業(yè)維修管理決策過程 
    

    企業(yè)的設備管理與維修部門利用設備現(xiàn)場運行數(shù)據(jù)，根據(jù)管理記錄、情報資料、維修建議、備件狀況和企業(yè)的實際情況作出診斷意見、制訂維修方案和作出維修決策意見。并根據(jù)生產(chǎn)計劃執(zhí)行情況，經(jīng)主管廠長核準進行維修安排與計劃。     圖l為企業(yè)設備維修管理決策過程框圖。     
    

    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)學方法。工程方法強調為維修計劃活動建立規(guī)則和指導方針，因此維修方案是由工作計劃、維修約束、設備的行為構成(失效率、MT，rR平均失效時間、MTBF平均故障間隔時間等)。是目前成熟用得普遍和成功的方法。而數(shù)學方法則更多的強調對設備失效行為進行統(tǒng)計建模分析，從而建立晟優(yōu)維修方案。建模的實質是通過統(tǒng)計分析找到關鍵的維修活動，以解決各種不同類型的失效形式。   

  3．3基于EDM和KE的維修管理IDSS 
 
    人機界面：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)：獲取實時信息，監(jiān)測、分析設備所處的狀態(tài)。完成回答維修什么，修哪里，怎樣修，什么時候修，維修目的是什么等問題。     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的某種功能。 
    推理機及控制系統(tǒng)：對系統(tǒng)的工作進行控制與管理。推理機完成解釋知識庫中的知識，作出邏輯推理和對知識庫進行修改與完善?？刂茩C完成組織并控制著維修方案生成的方法。     知識庫：表示一個特定問題領域的事實、信息、判斷、直覺和經(jīng)驗 主要完成建模、選模專家的作用。能夠向維修工程師提出有關問題，如國家標準、決策的準則判據(jù)、所需的數(shù)據(jù)等，并建議選擇合適的模型。 
    設備數(shù)據(jù)庫：其功能是從數(shù)據(jù)庫中提取歷史維修數(shù)據(jù)，并以合適的方式分組、排序。     模型庫：包含了用于分析的數(shù)學模型和數(shù)據(jù)、模型參數(shù)估計、模型證實的統(tǒng)計分析工具。如：RCM分析模型，維修級別分析模型、FMEA分析模型等。   

  3．4決定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)獲得的診斷結論和維修建議：向用戶對話獲得的知識；專家所提供的知識或系統(tǒng)自動推導的信息和判據(jù)。 
    2)維修準則：維修費用小原則：設備可用度大原則：設備使用可靠性大原則。     3)當前修理策略：檢查并進行相應級別的故障隔離：修復發(fā)生故障的設備；替換發(fā)生故障的零部件。 
    4)歷史數(shù)據(jù)：設備的種類、模型、維修費用、停機時間；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，在決定使用哪一個分析模型時維修準則特別重要。如果以費用少或費用有限控制準則來確定維修策略時，可以以1)解決維修基本問題時的費用少；2)在費用控制范圍內，解決多問題；3)費用在受限范圍內但不定具體數(shù)值，將問題按重要程度排隊，以解決問題與所花費用的效率高三種準則進行細分后加以選擇。如果以小的失效即大可用度來評價和改善現(xiàn)有維修策略時，可以以：1)沒有失效：2)很少失效；3)計劃維修幾乎不介入的一些失效三種準則來進行細分后加以選擇。模型的選擇分類都是按準則來細分的。 
    

3．5維修管理IDSS的功能與特點     維修管理的IDSS具有以下主要功能：     1)從數(shù)據(jù)庫中獲取設備的歷史維修數(shù)據(jù)。     2)數(shù)據(jù)模式識別。 
    3)能夠向用戶查詢信息、判據(jù)、準則。     4)選擇合適的分析模型。     5)估計模型參數(shù)。 
    6)用表格向用戶闡明分析的結果，包括評估當前維修方案和建議新的維修方案。     7)當用戶詢問時作出回應和特定的分析。     8)自學習和知識庫自行完備與優(yōu)化。 
    基于知識的維修管理支持決策系統(tǒng)的特點：具有經(jīng)知識庫自動推理完成選擇合適模型進行分析問題的能力。

4 結論 
    智能推理技術可以解決大型復雜設備系統(tǒng)的使用與維修問題?；诠芾頂?shù)據(jù)與知識的維修管理IDSS可以很好的用于評價和完善大型系統(tǒng)的維修方案，能夠輔助維修人員在未完全掌握各種評價模型和管理知識的前提下作出經(jīng)濟有效的維修方案。但是模型的使用在一定程度上依賴于歷史的維修數(shù)據(jù)，而這些模型的數(shù)據(jù)是從數(shù)據(jù)庫中得來的．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上，由設備使用企業(yè)來完備維修系統(tǒng)的“知識”庫，建立完備的數(shù)據(jù)庫是維修管理重要的基礎工作。維修管理的下一步發(fā)展應是利用網(wǎng)絡技術，爭取企業(yè)的廣泛參與，建立完善的智能化維修管理平臺并與企業(yè)ERP、PDM等其它管理系統(tǒng)進行有機集成。