制造车间设备故障报警系统研究

1 引言

　　设备是企业直接的生产资料，对其故障的诊断方法很多，如基于COM组件的通用故障诊断专家系统开发[1]，基于知识的故障诊断方法的发展现状与展望 [2]，并且为了提高对设备故障响应的及时性，许多企业开发了车间设备故障语音系统，有些甚至开发组态软件实现设备过程监控、参数显示和故障报警功能。当设备发生故障时，故障报警系统喇叭鸣音报告设备发生故障，同时将故障部位信息显示在上位机上。虽然现有的故障报警系统一定程度上为设备维修人员提供了便利，但是仍然存在一些不足之处，如（1）现有报警系统的喇叭鸣音，只能告知设备发生了故障，却不能明确告知故障信息，如不及时处理，将成为“噪音”污染; （2）故障信息只存放于上位机上，没有进一步做数据分析和挖掘，缺乏为后续维修管理工作提供信息的能力。因此本文针对现有故障语音报警系统的不足，研究开发一套改进的设备故障报警系统。

2 业务流程

　　系统业务流程见图1，主要分为三大部分，包括设备端、上位机端和服务器端。设备端是故障信息源，每台设备对应一台上位机，上位机硬件设备包括声卡、网卡以及触摸屏。上位机既要在屏幕上显示故障信息，又要驱动音响设备向设备管理人员报警准确的故障信息，而不是仅仅停留在鸣笛的阶段。服务器端实现设备的故障管理功能，通过数据的整理、统计和分析，为设备的管理起到决策支持作用。

图1：系统业务流程

3 逻辑处理

　　系统逻辑处理过程为：当设备在运行过程中出现故障，立即采集故障信息，一方面在上位机端显示设备故障参数信息;另一方面根据故障代码查询数据库语音文件，匹配后驱动语音文件实现故障语音报警功能，准确报警设备出现了什么故障。并将故障信息上传到服务器，进入设备故障后继管理功能，制订维修计划，如维修人员计划、维修工具计划和备件计划等。

　　3.1故障信息采集

　　系统的数据输入端，完成过程监控，实时采集设备故障信息。

　　3.2 语音报警模块

　　根据实时采集的设备故障代码，在音频库查询对应故障音频文件，匹配后驱动相应音响设备，输出故障音频文件，准确地提示设备发生了什么故障。这样设备管理员即使不在上位机旁边也能准确的知道设备出现了什么问题。

　　3.3 故障管理模块

　　当设备发生故障后，自动将设备编号以及故障代码信息写入故障预处理，实现设备故障管理、历史故障查询、统计报表等功能。及时提供设备维修资源信息，如维修工具、维修人员状况和维修备件库存等，合理制订维修计划，保证维修计划的可执行性，尽快排除故障，恢复生产。

4 故障维修实施

　　设备维修是设备维护和修理的简称，指为保持和恢复设备完成规定功能的能力而采取的技术活动[3]。当前大多数企业的设备管理与维修资源管理彼此独立，易存在设备管理与维修资源管理脱节现象，使得在制订维修计划时，没有实际维修资源数据做参考，而实际上这些信息是维修计划制订的基础依据，致使维修计划制订后由于维修资源短缺而导致维修计划无法执行;另一方面当前的设备故障的随机性特点，也要求设备维修必须要有绝对的维修资源作保障，这些内外在因素要求设备底层管理必须与企业资源管理必须有效联系起来。根据故障维修方案，结合生产作业计划，对设备维修能力进行平衡，制订维修计划。由维修计划产生维修资源需求计划，包括备件需求、人力需求和工具需求等，故障维修实施流程见图2。为解决维修方案的决策支持问题，系统采用基于事例（Case Base Reasoning）的维修方案推理机制。基于事例的推理是近年来人工智能领域新兴起的一种推理方法。它通过修改相似问题的成功结果来求解新问题[4]，它无须显式应用领域知识模型，通过将获取新知识作为案例来进行学习，通过学习功能使得案例库越来越丰富，推理效果也越来越好。

图2 故障维修实施流程

5 系统设计实现

　　5.1 系统集成

　　随着信息时代的到来，网络的形式很多，网络的通信协议也很多，但是在工业控制领域比较成功的是基于TCP/IP协议的以太网，其典型特征表现为（1）开放性、能够组成企业级的管理和底层控制一体化;（2）结构简单、运行成本低;（3）运行可靠等优点。本文采用在以太网通讯的基础上, 实现高效通讯的企业信息网络，见图3。

图3：系统集成方案

　　5.2 软件实现

　　5.2.1数据库建立

　　系统的数据库设计内容主要包括维修方案库和基础数据库。

　　（1） 维修方案库 维修方案库就是维修知识库，主要包括各类故障维修的典型案例。

　　（2） 基础数据库 车间的制造资源非常多，本文内容主要是建立所有设备及其对应使用的备件库、维修人员库及工具库等;制作所有故障对应的音频文件库;建立设备故障库等。本文建立设备故障表结构时，将音频文件路径作为一个字段属性，举例如下：

　　create table EquipFaults

　　（

　　vcFaultsNo varchar2（3） not null, ——故障编码

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

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

　　……

　　vcFaultsPath varchar2（50） not null,——故障音频文件路径

　　constraint pk_ EquipFaults primary key （vcFaultsNo）

　　）

　　5.2.2故障语音匹配

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

6 结论

　　为提高生产车间的制造执行能力，其中一个重要的因素就是保证生产的连续性，必须具备快速响应随机故障的应变能力，有效提高设备管理的时效性和衔接性。本文实现了故障信息的准确报警，解决故障报警信息不明确的现状，并根据维修资源的现状快速制订维修方案和策略，保证了维修计划的可执行性。通过以太网实现了底层控制和上层管理的无缝信息集成，实现了企业级的设备故障管理信息化。

　　本文作者创新点:首先针对现有设备故障报警系统仅仅喇叭鸣音，甚至成为“噪音”污染的现状，利用数据库技术，实现设备故障的准确语音报警，明确告知什么设备发生故障以及故障的类型;其次，利用数据库技术、计算机技术及网络技术，实现了设备控制底层和上层企业设备管理的信息无缝连接，实现了企业管控一体化;第三，将设备管理与企业资源管理集成，保证维修计划的可执行性。

参考文献

　　[1]桑庆兵,杨兴,史慧.基于COM组件的通用故障诊断专家系统开发.微计算机信息,2006年第2-1期, P190-192.

　　[2]王荣杰,胡清.基于知识的故障诊断方法的发展现状与展望.微计算机信息,2006年第3-1期, P218-220.

　　[3]设备管理工程,巫世晶.北京:中国电力出版社,2005.

　　[4]杨军,冯振声,黄考利等.装备智能故障诊断技术.北京:国防工业出版社，2004.8.