（电力系统及其自动化专业论文）多媒体知识管理在水电厂设备维护中的应用.pdf

华中科技大学硕士学位论文 4 ab l u e p r i n to f m u l t i m e d i ak n o w l e d g e m a n a g e m e n ti nh y d r o p o w e rp l a n to p t i m u m m a i n t e n a n c ea n di t si m p l e m e n t a t i o nm e t h o dh a sb e e np o i n to u t t h ed e v e l o p m e n to f t h i s s y s t e m h a sb e e nd e s c r i b e da l s o 5 t h ep r o s p e c to fm u l t i m e d i a k n o w l e d g em a n a g e m e n ti nh y d r o p o w e rp l a n to p t i m u m m a i n t e n a n c ei sd e s c r i b e di nt h ef i n a lo f t h i sp a p e ls o m eu s a b l ea d v i c eh a sb e e ng i v e na l s o k e y w o r d ：e q u i p m e n t m m n t e n a n c e h y d r o p o w e r p l a n t o p t i m u m m a i n t e n a n c e i n f o r m a t i o ns y s t e m k n o w l e d g em a n a g e m e n t m u l t i m e d i a t e c h n o l o g y m u t u a lt h r e ed i m e n s i o n g r a p h n o n l i n e a r k n o w l e d g eo r g a n i z e m u l t i m e d i a k n o w l e d g em a n a g e m e n t l l 】 华中科技大学硕士学位论文 1 绪言 提要：水电厂设备检修体制的不断发展，对水电厂生产信息管理提出了越来越高的要求传统的 信息管理方式已经不能适应最新的水电厂设备检修方式的需要知识管理是以知识的获取和知识 的传播为中。内容的，对企业的知识资源进行有效管理的过程多媒体技术为实现友好人机界 面和信息共享提供了一个有效途径本文主要研究的内容为利用多媒体技术，实现水电厂设备检 修中的知识管理，以适应新的水电厂设备最优检修体制的需要，促进水电生产的整体技术进步 1 1 研究的目的和意义 随着2 1 世纪的到来，知识经济也以矫健的步伐向我们走来。这种基于信息与知 识的经济形态，不仅在发达国家已显示出勃勃生机，而且在发展中国家也开始呈现出 巨大的发展潜力。与传统的消耗大量原材料和能源为特征的工业经济形态相比，新的 知识经济形态则是以高新技术为核心，建立在知识和信息的生产、分配和使用的基础 上。知识经济的崛起，预示着人类迈进了一个新的时代。 2 0 世纪8 0 年代后期，形成了供应链的生产组织模式和管理模式“1 。供应链的组 织和管理模式是指生产、销售、消费的完成，需要经过许多厂家、商家和用户共同完 成原料提供、能源供应、产品设计与生产、商业销售与消费等，形成多环节、多层次 的产、供、需的过程。它曾经显示出的优点是：充分利用各种先进的生产和管理技术， 通过联合和集成，实现互利合作，优势互补，上下连接，环环相扣，有效地降低了生 产与销售成本，发挥竞争的优势。但是，这样的供应链管理模式，只适应于物质经济 时代的管理要求，当人类全面进入知识经济时代的时候，这种建立在物质经济基础上 的管理模式也就必然失去它往日的辉煌。 从2 0 世纪9 0 年代开始，各国生产技术现代化水平有了极大提高，知识在生产和 经济活动中的主导作用f 1 益显现出来，建立在物质经济基础上的生产组织模式必将让 位于知识链生产组织管理模式。早在1 9 9 4 年，著名管理大师彼得德鲁克就指出：在 知识经济条件下，“管理的本质不是技术和程序，管理的本质是使得知识富有成效”。 在知识经济时代，企业的核心能力在于对知识的有效管理。 华中科技大学硕士学位论文 1 绪言 提要：水电厂设备检修体制的不断发展，对水电厂生产信息管理提出了越来越高的要求传统的 信息管理方式已经不能适应最新的水电厂设备检修方式的需要知识管理是以知识的获取和知识 的传播为中。内容的，对企业的知识资源进行有效管理的过程多媒体技术为实现友好人机界 面和信息共享提供了一个有效途径本文主要研究的内容为利用多媒体技术，实现水电厂设备检 修中的知识管理，以适应新的水电厂设备最优检修体制的需要，促进水电生产的整体技术进步 1 1 研究的目的和意义 随着2 1 世纪的到来，知识经济也以矫健的步伐向我们走来。这种基于信息与知 识的经济形态，不仅在发达国家已显示出勃勃生机，而且在发展中国家也开始呈现出 巨大的发展潜力。与传统的消耗大量原材料和能源为特征的工业经济形态相比，新的 知识经济形态则是以高新技术为核心，建立在知识和信息的生产、分配和使用的基础 上。知识经济的崛起，预示着人类迈进了一个新的时代。 2 0 世纪8 0 年代后期，形成了供应链的生产组织模式和管理模式“1 。供应链的组 织和管理模式是指生产、销售、消费的完成，需要经过许多厂家、商家和用户共同完 成原料提供、能源供应、产品设计与生产、商业销售与消费等，形成多环节、多层次 的产、供、需的过程。它曾经显示出的优点是：充分利用各种先进的生产和管理技术， 通过联合和集成，实现互利合作，优势互补，上下连接，环环相扣，有效地降低了生 产与销售成本，发挥竞争的优势。但是，这样的供应链管理模式，只适应于物质经济 时代的管理要求，当人类全面进入知识经济时代的时候，这种建立在物质经济基础上 的管理模式也就必然失去它往日的辉煌。 从2 0 世纪9 0 年代开始，各国生产技术现代化水平有了极大提高，知识在生产和 经济活动中的主导作用f 1 益显现出来，建立在物质经济基础上的生产组织模式必将让 位于知识链生产组织管理模式。早在1 9 9 4 年，著名管理大师彼得德鲁克就指出：在 知识经济条件下，“管理的本质不是技术和程序，管理的本质是使得知识富有成效”。 在知识经济时代，企业的核心能力在于对知识的有效管理。 华中科技大学硕士学位论文 水电厂同其它企业一样，每一次生产方式的进步，都是对企业知识利用效率的提 高。水电生产方式的发展历史伴随着企业知识利用率不断提高的历史。现代水电厂的 生产方式已经越来越依赖企业知识的支持。从现代科学技术的发展趋势可以看出，水 电厂知识管理必将会从水电厂生产中的非常重要的组成部分转变为必须的组成部分。 我国水电行业经过几十年的发展，已经逐步从计划经济时代转变为市场经济时 代。厂网分开，竞价上网等一系列市场经济条件下的竞争机制正逐步被引入到水电行 业。我国水电行业正在打破传统的管理体制，向着建立构建电力市场方向发展。3 。因 此，怎样降低运行成本，提高设备利用率，争取最好的企业运营效益，在竞争中取得 主动地位，已经成为各个水电厂在构建电力市场方向发展的一个重要奋斗目标。 设备的检修维护是水电厂生产活动的主要内容。它直接影响到水电厂的生产安 全、设备的可靠性和可用度以及生产成本。因此，水电厂经营环境的变换对水电厂设 备检修工作提出了新的挑战。充分利用信息技术和管理思想的研究成果，提高水电厂 设备检修的效率，取得最好的经济效益，促进水电行业整体素质的提高，就成为新形 势下水电厂设备检修中的一个重要研究课题。 水电厂设备检修工作是一项系统工程。他主要包括：设备状态检测，设备故障分 析，设备寿命估计，设备检修决策制定，设备检修流程控制等几个主要工作内容。水 电厂设备检修的目的是，尽量使设备少出事故，避免事故的发生，提高设备的可靠性 和可用性，从降低设备维修成本入手，降低水电厂的整体运营成本，提高企业的竞争 力，使企业在市场竞争中处于有利地位。此外，电力系统是关乎国民经济命脉的基础 行业，所以，电力系统的安全运行一直以来，都被置于电力运营工作的首要位置。设 各检修是保证电力系统安全运行的重要措施之一。随着国民经济的发展电力系统越来 越庞大，系统亦更加复杂，所以从保证电力系统安全运行的角度出发，必须对电力系 统设备检修体制进行改革。电力系统管理体制的改革和越来越庞大的电力系统的安全 性对水电行业设备检修工作提出了新的挑战，电力设备检修体制改革已经逐步成为水 电行业必须面对的一个问题。 从信息技术的进步和信息管理思想的发展趋势来看，知识管理在水电厂设备检修 中应用已经成为一个必然的发展方向，未来的设备维护管理将是社会信息化、高度信 华中科技大学硕士学位论文 息化管理模式，远程设备诊断信息中，山在其中将发挥主要的作用“，知识管理在水电 厂设备检修工作中所占的比重越来越大。一些电力系统设备故障诊断系统已经把知识 管理模块作为系统的一个重要组成部分。如图i i 所示的一个基于多a g e n t 的变电站 故障诊断的结构框图所示，知识管理a g e n t 是其中的一个重要组成部分“3 。所以，知 识管理在水电厂设备检修中的应用研究，是当前水电厂设备检修研究中的一个有着重 要现实意义的研究课题。 图1 1基于多a g e n t 的变电站故障诊断系统体系结构 由此可见随着水电厂运营环境的变化，竞争机制逐步被引入水电厂经营管理之 中，降低生产成本，提高电厂综合经济效益已经成为水电厂经营管理的核心内容。此 外，国民经济的发展对电力系统的可靠性和可用性提出了更高的要求。因此水电厂设 备检修，作为水电厂生产成本的主要决定因素以及电力系统可靠性和可用性的重要保 证正面临着严峻的挑战。采用新的设备检修体制进行设备检修已经成为水电厂目前急 待解决的问题。然而新的检修体制的顺利实施是建立在对设备检修知识进行有效管理 的基础之上的。知识管理在当前技术条件下的企业管理决策中，发挥着越来越重要的 作用，表明在目前的发展情况下，进行设备检修知识管理的研究是先进的设备检修体 制在水电厂设备检修中顺利实施的一个关键所在，具有重要的理论和现实意义。 1 2 设备检修体制的发展综述 从设备检修发襞的不同历史时期知识所发挥的作用可以清楚地看出，知识管理在 设备检修体制中的重要作用。下面就针对不同历史时期的设备检修体制中知识的作用 进行简要的回颐，以明确知识管理在设备检修中运用的发展情况，为研究新的设备检 修体制下的知识管理打下峰实的基础。 维修观念的演变经过2 个阶段：事后维修故障维修( 1 8 世纪第一次产业革命) 和预 3 华中科技大学硕士学位论文 息化管理模式，远程设备诊断信息中，山在其中将发挥主要的作用“，知识管理在水电 厂设备检修工作中所占的比重越来越大。一些电力系统设备故障诊断系统已经把知识 管理模块作为系统的一个重要组成部分。如图i i 所示的一个基于多a g e n t 的变电站 故障诊断的结构框图所示，知识管理a g e n t 是其中的一个重要组成部分“3 。所以，知 识管理在水电厂设备检修中的应用研究，是当前水电厂设备检修研究中的一个有着重 要现实意义的研究课题。 图1 1基于多a g e n t 的变电站故障诊断系统体系结构 由此可见随着水电厂运营环境的变化，竞争机制逐步被引入水电厂经营管理之 中，降低生产成本，提高电厂综合经济效益已经成为水电厂经营管理的核心内容。此 外，国民经济的发展对电力系统的可靠性和可用性提出了更高的要求。因此水电厂设 备检修，作为水电厂生产成本的主要决定因素以及电力系统可靠性和可用性的重要保 证正面临着严峻的挑战。采用新的设备检修体制进行设备检修已经成为水电厂目前急 待解决的问题。然而新的检修体制的顺利实施是建立在对设备检修知识进行有效管理 的基础之上的。知识管理在当前技术条件下的企业管理决策中，发挥着越来越重要的 作用，表明在目前的发展情况下，进行设备检修知识管理的研究是先进的设备检修体 制在水电厂设备检修中顺利实施的一个关键所在，具有重要的理论和现实意义。 1 2 设备检修体制的发展综述 从设备检修发襞的不同历史时期知识所发挥的作用可以清楚地看出，知识管理在 设备检修体制中的重要作用。下面就针对不同历史时期的设备检修体制中知识的作用 进行简要的回颐，以明确知识管理在设备检修中运用的发展情况，为研究新的设备检 修体制下的知识管理打下峰实的基础。 维修观念的演变经过2 个阶段：事后维修故障维修( 1 8 世纪第一次产业革命) 和预 3 华中科技大学硕士学位论文 防性维修( 1 9 世纪第二次产业革命) 】。 事后检修( b m ，b r e a km a i n t e n a n c e ) ，也称故障检修( c m ，c o i t e c t i v em a i n t e n a l l c e l ， 是最早的检修方式。这种检修方式以设备出现功能性故障为判据，在设备发生故障且 无法继续运转时才进行维修。这种检修体制是受当时技术水平限制，没有足够的技术 支持，提供强大的设备知识支持，而采取的一种不得已的检修体制。显然，这种应急 维修需付出很大的代价和维修费用，不但严重威胁着设备或人身安全，而且维修不足。 到第二次产业革命时期，开始推行预防性检修( p m ，p r e v e n t i o n ，m a i n t e n a n c e ) 。预 防性检修经过多年的发展，根据检修的技术条件、目标的不同而出现以下7 种检修方 式： ( 1 ) 定期检修( t b m ，t i m eb a s e dm a i n t e n a n c e ) ，也称计划检修( s m ，s c h e d u l e m a i n t e n a n c e ) 。这种检修方式以时间为依据，预先设定检修工作内容与周期。定期检 修制度直到二战后，才被各国陆续地从军事工业移植到民用工业。中国电力工业的定 期检修制度是2 0 世纪5 0 年代从苏联引入的。直到8 0 年代，t b m 仍是主流的维修制 度。定期检修在保证重大机械设备正常工作中确实起到了直接防止或延迟故障的作 用，但这种不根据设备的实际状况，单纯按规定的时间间隔对设备进行相当程度解体 的维修方法，不可避免地会产生“过剩维修”，不但造成设备有效利用时间的损失和 人力、物力、财力的浪费，甚至会引发维修故障。据统计，1 9 9 6 年我国的1 0 0 m w 、 1 2 5 m w 、2 0 0 m w 火电机组非计划停运与出力降低的责任原因，分别有3 6 、3 1 和 4 1 是由于这种过剩检修造成的“1 。显然，定期检修中知识的运用还是处于较低的水 平。知识运用水平限制了设备检修水平的进一步提高。 ( 2 ) p a 可靠性为中心的检修( r c m ，r e l i a b i l i t yc e n t e r e d m a i n t e n a n c e ) 。r c m 是一种以 用最低的费用来实现机械设备固有可靠性水平为目标的检修方式。该检修方式能比较 合理地安排大修间隔，有效预防严重故障的发生。r c m 的研究始于2 0 世纪6 0 年代 后期，电力工业则是从1 9 8 3 年开始研究，并于1 9 8 4 年由美国电力研究院( e p p d ) 将其 用于核电厂的检修。到1 9 9 7 年，在美国排名前1 0 0 0 家的大公司中，已有6 8 f l 公司 采用r c m 的检修方法。知识运用己经丌始在设备检修工作中初见倪端。 ( 3 ) 状态检修( c b m ，c o n d i t i o nb a s e dm a i n t e n a n c e ) 或预知性维修( p d m ，p r e d i c t i v e d i a g n o s t i cm a i n l e n a n c e ) 。这种维修方式以机械设备当时的实际工作状况为依据，通过 4 华中科技大学硕士学位论文 高科技状态监测手段，识别故障的早期征兆，对故障部位、故障严重程度及发展趋势 做出判断，从而确定各机件的最佳维修时机。状态检修始于1 9 7 0 年，由美国杜邦公 司i dq u i n n 首先倡议”3 。状态检修是当前耗费最低、技术最先进的维修制度，它为 设备安全、稳定、长周期、全性能、优质运行提供了可靠的技术和管理保障。状态检 修是目前设备检修技术研究的热点之一。状态检修较以往的设备检修方式更加依赖于 设备知识的运用，因此，如何有效的运用设备维修知识管理是实现设备状态检修的关 键技术之一。 此外，还存在以下几种设各检修方式。 ( 4 ) 故障查找f f f ，f a u l tf i n d ) 。这种维修方式主要针对紧急备用设备，在固定的时 间后启动这些设备，发现问题及时解决，以提高备用设备的可用率。 ( 5 1 使用至损坏再修( r t f ，r a n t of a u l t ) 。采用该方式进行修理的设备不控制送修， 通常用于对安全无直接危害的3 类故障：l 偶然故障；2 无规律性故障；3 故障损失小 于维修费用的耗损故障。 ( 6 ) 以寿命评估为基础的检修认为状态检修应根据分析监控诊断资料先估计设备 寿命，再确定检修项目、频度与检修内容。1 。 ( 7 ) 主动维修( p m ，p r o a c t i v e m a i n t e n a n c e ) 。1 。从经济、寿命等多种因素考虑，重点 在机械故障的识别和消除、故障原因的分析，通过延长发电厂机器寿命来获得最大的 效益。 从设备检修方式的发展历史可以清楚的看到，技术的进步使得设备检修越来越依 赖于知识的运用。知识管理逐渐成为现代水电厂设备检修方式实施的一个关键因素。 水电厂设备检修工作走信息化之路是技术发展的必然结果。新的先进的设备检修方式 必将是以知识的更有成效的管理为特点的。所以结合水电厂设备检修体制研究的开 展，进行设备检修知识管理的研究是当前水电厂设备检修工作的一个重要内容。知识 管理的研究对设备检修体制的研究丌发工作的影响意义深远。 华中科技大学硕士学位论文 多交互和重叠的内容，因此，知识获取和知识库维护管理相结合的系统组织方式，可 以加强模块化结构，便于公共模块之间的调用，使总体结构清晰、简练。 企业知识运用：如前所述，知识管理的目的是，就是通过对组织知识资源的开发 和有效利用，以提高组织创新能力，从而提高组织创造价值的能力的管理活动，所以 知识管理的最终目的是知识运用。知识管理的其他环节都是直接或间接为知识运用服 务的。因此，研究知识在企业运作过程中的运用对开发知识管理系统意义重大。 知识运用包括：从编码型知识向意会型知识集成和编码型知识间的集成。编码型 知识间集成的最终要传递给知识的使用者人。因此知识运用的关键问题是：系统 中人机交互问题和知识传播问题。 知识运用中的人机交互问题：人机交互问题是知识运用过程中的一个关键问题。 为了知识管理维护和知识传播的方便，将存在于人的大脑中的意会型知识进行抽象， 形成编码型知识存储在知识库中，而编码型知识是难以被人理解和运用的，所以在知 识运用过程中，从编码型知识向意会型知识集成显得十分重要。从编码型知识向意会 型知识集成就是系统和知识使用着的人机交互问题。人机交互问题有两个途径实现： 机器人性化和人机器化。不言而喻，虽然早期受技术水平限制，人机器化途径在知识 运用中发挥了一定的作用，但人机器化的缺点很多，难以被广大知识使用者接受。所 以机器人性化问题是解决系统人机交互的必然选择。多媒体技术、虚拟现实技术等信 息技术为解决系统入机交互问题提供了技术支持。 知识运用中的知识传播问题：知识管理就是尽最大可能的实现知识共享。知识共 享是提高知识使用效率的关键步骤。传统的管理体制中也十分重视知识的共享，如员 工培训、定期交流学习等。这种知识共享体制因技术含量低，取得的效果并不是十分 理想。因此，在知识管理中如何使用技术、方法和制度手段方便知识共享一直是知识 管理所追求的目标。网络技术的出现为知识共享提供有力支持。 1 4 本文的主要研究内容 本文是在研究分析7 j 吨r - 设备维修理论和最新发展的基础上，分析了水电厂设备 检修知识及其在设备检修中的运用情况，提出了以友好人机交互和知识共享为特点 华中科技大学硕士学位论文 的，水电厂设备检修多媒体知识管理的概念。并分析了当前多媒体技术的发展情况和 多媒体知识管理系统的设计原则，确定了实现多媒体知识管理要采用的合适技术。在 水电厂设备检修知识管理系统分析研究的基础上，结合葛洲坝水力发电厂设备最优检 修信息系统的研究开发工作，设计出一个水电厂设备检修多媒体知识管理信息平台。 此外，因为知识管理和多媒体技术是目前研究的热点问题，不断有新的研究成果出现， 所以本文最后的多媒体知识管理的发展方向，及其对水电厂设备检修工作的影响进行 分析预测。 全文共分六章： 第一章：综述主要阐述了水电厂设备最优维护中进行多媒体知识管理的目的和意 义，同时对设备维修方式的发展过程进行了回顾，分析了当前设备维修方式的发展趋 势，从设备维修方式发展的角度说明了知识管理在当前研究的设备检修方式中所发挥 的作用。同时还对知识及知识管理理论进行了分析评述 第二章：水电厂设备最优检修中的知识管理分析研究在对知识管理基本理论进行 综合分析评述的基础上，结合水电厂的设备检修工作，分析了水电厂设备检修工作中 的设备知识及其管理，提出了水电厂设备知识管理的内容、目的和要实现的目标。 第三章：水电厂设备最优检修中的知识管理多媒体实现，首先阐述了多媒体技术 的发展状况。根据水电厂多媒体知识管理的特点，提出了多媒体技术是实现设备检修 知识管理的一个合适手段，最后阐述了设备检修知识管理的多媒体具体实现。 第四章：设备最优检修多媒体知识管理信息平台开发从硬件设计、多媒体知识库 开发和平台软件开发等三个方面介绍了水电厂最优检修多媒体知识管理的信息平台 的设计和开发，并给出了相应的程序及实现效果。 第五章：多媒体知识管理的发展展望结合当前技术的发展，分析了这些新技术将 会给设备检修知识管理带来的影响，并根据这些影响预测了设备检修多媒体知识管理 的发展方向，总结了今后设备知识管理研究中应注意的问题。 第六章：全文总结对全文进行了总结。 1 5 华中科技大学硕士学位论文 2 水电厂设备最优检修中的知识管理分析研究 提要：本章在对知识管理理论进行研究分析的基础上，结合水电厂设备最优维护系统实际，分析 了水电厂设备检修中的知识和知识管理，对课题研究的对象：水电厂设备最优检修申的知识管理 进行了分析阐述，明确了研究对象和研究要达到的目标最后，在此基础上提出了水电厂设备最 优检修知识管理的框架结构 2 1 水电厂设备最优检修信息系统 水电厂设备最优检修就是通过对运行设备( 如水轮发电机组及其辅助设备) 的状 态监测与诊断分析，充分掌握设备的健康状况，在保证可靠性的前提下，确定设备的 检修方案和检修时间区间，在此基础上综合考虑水情( 水位水量) 、机情( 设备情况) 、 电情( 电力市场) ，做出最优的检修决策，用最低的检修成本使设备的可靠性最高、 可利用率最高、从而实现水电企业经济效益最大的目标。 水电厂最优检修信息系统包括五个层次：状态检测单元、设备状态检测与诊断分 析、机组状态检测与诊断分析、电厂检修局域网、电厂检修管理。 状态检测单元：通过在线或离线的方法对设备状态信息进行采集，并进行简单的 预处理，方便以后进行状态信息管理和使用。设备状态信息获取的途径主要四种：( 1 ) 通过专门的传感器将设备状态信号转换为可测量的电信号，用计算机进行实时在线采 集，如机组的震动摆度测量；( 2 ) 通过通讯接口直接将计算机监控系统、自动控制设备 ( 如调速、励磁等) 已有设备或系统中的状态亮读取到状态检修系统中来。( 3 ) 通过人 工定期或不定期的对一些状态进行离线检测，然后手工录入状态检修系统。( 4 ) 通过离 线的或实时在线的测试获取状态信息。状态检测进行的信息预处理包括3 部分主要内 容：( 1 ) 对运行设备状态进行现地检测、诊断、分析，对设备日常维护和处理提出建设 性的意见。f 2 ) 向运行、检修、管理人员提供日常设备状态报告，接受各层次人员在授 权范围内的查询。( 3 ) 自动或应查询地向诊断分析提供设备状态信息和初步诊断分析 结果。 设备状态检测与诊断分析：设备状态检测与诊断分析对检测到的设备状态信息以 及预处理的结果进行综合分折，并将分析结果用于设备检修决策和检修知指导。机组 华中科技大学硕士学位论文 2 水电厂设备最优检修中的知识管理分析研究 提要：本章在对知识管理理论进行研究分析的基础上，结合水电厂设备最优维护系统实际，分析 了水电厂设备检修中的知识和知识管理，对课题研究的对象：水电厂设备最优检修申的知识管理 进行了分析阐述，明确了研究对象和研究要达到的目标最后，在此基础上提出了水电厂设备最 优检修知识管理的框架结构 2 1 水电厂设备最优检修信息系统 水电厂设备最优检修就是通过对运行设备( 如水轮发电机组及其辅助设备) 的状 态监测与诊断分析，充分掌握设备的健康状况，在保证可靠性的前提下，确定设备的 检修方案和检修时间区间，在此基础上综合考虑水情( 水位水量) 、机情( 设备情况) 、 电情( 电力市场) ，做出最优的检修决策，用最低的检修成本使设备的可靠性最高、 可利用率最高、从而实现水电企业经济效益最大的目标。 水电厂最优检修信息系统包括五个层次：状态检测单元、设备状态检测与诊断分 析、机组状态检测与诊断分析、电厂检修局域网、电厂检修管理。 状态检测单元：通过在线或离线的方法对设备状态信息进行采集，并进行简单的 预处理，方便以后进行状态信息管理和使用。设备状态信息获取的途径主要四种：( 1 ) 通过专门的传感器将设备状态信号转换为可测量的电信号，用计算机进行实时在线采 集，如机组的震动摆度测量；( 2 ) 通过通讯接口直接将计算机监控系统、自动控制设备 ( 如调速、励磁等) 已有设备或系统中的状态亮读取到状态检修系统中来。( 3 ) 通过人 工定期或不定期的对一些状态进行离线检测，然后手工录入状态检修系统。( 4 ) 通过离 线的或实时在线的测试获取状态信息。状态检测进行的信息预处理包括3 部分主要内 容：( 1 ) 对运行设备状态进行现地检测、诊断、分析，对设备日常维护和处理提出建设 性的意见。f 2 ) 向运行、检修、管理人员提供日常设备状态报告，接受各层次人员在授 权范围内的查询。( 3 ) 自动或应查询地向诊断分析提供设备状态信息和初步诊断分析 结果。 设备状态检测与诊断分析：设备状态检测与诊断分析对检测到的设备状态信息以 及预处理的结果进行综合分折，并将分析结果用于设备检修决策和检修知指导。机组 华中科技大学硕士学位论文 设备状态监测与诊断分析分为：发电机、水轮机、轴系、励磁系统、调速系统、变压 器与开关、辅助设备7 个部分。 机组状态检测与诊断分析：在各个设备检测诊断单元的基础上进行综合分析，对 水轮发电机组的整体状态进行评估。机组状态检测与诊断分析由：( 1 ) 机组状态监测与 诊断分析服务器；( 2 ) 机组诊断分析专家系统；( 3 ) 机组状态检测与诊断分析专家工作 站：3 部分组成。 电厂检修局域网：设备最优检修系统中有大量的信息数据流动，快捷方便的信息 通路使实现最优检修的一个重要基础条件。电厂检修局域网就是这样一个基础设施。 电厂检修局域网主要有以下5 部分组成：( 1 ) 电厂检修服务器：( 2 ) 超媒体专家工作 站；( 3 ) w e b 服务器；( 4 ) 局域网防火墙；( 5 ) m i s 网络接口。 电厂检修管理：是最优检修信息系统的最高层，担负着为检修信息查询、检修管 理、和检修决策提供技术支持的任务。电厂检修管理主要提供以下四个方面的服务。 ( 1 ) 检修查询：在当前信息时代，充分利用管理信息系统中的计算机网络资源，让电 厂领导和有关技术人员随时随地都能查询到设备状态信息和检修信息对设备检修管 理意义重大；( 2 ) 电厂检修管理：电厂检修管理由电厂资产技术管理、检修投资管理、 检修资源管理、检修物资管理、日常状态监测、检修进程管理6 部分组成。( 3 ) 检修决 策：检修决策主要有计划检修决策、预知检修决策、状态检修决策、最优检修决策4 部分组成( 4 ) 检修会商：设备检修会商包括检修技术会诊、检修管理会商两大部分组 成。 由上述分析可见知识在最优设备检修中扮演者重要的角色。在设备最优检修工作 中存在着大量的知识传递和转换，知识流将设备检修工作的各个部分紧密的结合起 来。所以对设备检修知识进行有效管理是最优检修各部分顺利工作的前提保障。 2 2 设备最优检修知识管理需求分析 2 21 知识管理在水电厂设备最优检修中的作用 设备最优检修系统指出知识在设备最优检修中发挥着重要的作用。设备最优检修 华中科技大学硕士学位论文 = = = = = = = ；= = = = = = = = ；= = = = = = = = = = = = = = ；= 一 ( 1 ) 为检修自动化系统进行设备状态监测和故障诊断以及设备检修决策提供设备 检修知识支持。 ( 2 ) 为人工设备诊断分析提供依据和线索，并辅助制定设备检修处理方案。 ( 3 ) 构筑系统知识库，对设备检修知识进行存储和维护管理。并提供有效的机制 在横向和纵向两个方面进行设备检修知识的积累工作。 ( 4 ) 运用先进的信息处理技术，提供形象直观，可理解性和可阅读性强，操作方 便的知识查询接口。 ( 5 ) 提供远程知识查询功能，为设备故障的远程诊断奠定基础。 ( 6 ) 对现场设备的运行状态参数进行采集、处理和存储管理。 ( 7 ) 把设备检修知识同可视化仿真等先进的信息处理技术结合起来，提供设备检 修培训功能。 ( 8 ) 提供知识参考，指导设备检修过程的具体实施。 ( 9 ) 制定一些规章制度，建立有效的知识获取和传播途径，保证知识被正确合理 的使用。 2 3 设备最优检修的知识分析及其组织管理 2 3 1 设备最优检修中的知识分析 知识管理在水电厂设备最优检修中发挥着重要作用。为了对设备检修知识进行有 效管理，服务设备最优检修，有必要根据设备最优检修知识管理的目标对设备检修知 识进行分析归纳总结出其特点并提出合适的组织管理方法。 水电厂设备检修中的知识主要是指对设备检修和检修决策制定以及检修工作管 理有指导、帮助意义的各类现场知识。这些知识包括：具有普适性的专业领域的专业 知识、适合于特定电厂的检修维护各项工作的现场专家经验和特定设备的技术及运行 状态特征。 根据知识管理的概念，知识可以分为意会型知识和编码型知识。在水电厂设备检 修中意会型知识主要是指存在于现场专家的头脑中的现场检修经验，包括：设备故障 华中科技大学硕士学位论文 判断经验f 如根据机组的声音震动等判断机组的运转情况) 、设备故障处理经验、设 备检修决策经验、设备检修处理经验和设备检修管理经验等，此外，还有领域内的专 家的专业知识等。这些知识大多处于无序状态，其使用、管理很大程度上依靠个人。 因此对于意会型知识必须进行转化形成编码型知识来进行组织管理。 设备最优检修中的编码型知识主要有量化的设备的技术特性表征、设备运行状态 参数、日常巡检记录、设备运行条件( 如安全措施、水头、电网需求等) 、设备安装 或检修技术文档( 如检修或安装记录等) 。设备检修编码型知识以图纸、文档、表格 等形式存放。有着一套现行的管理办法进行管理、但是由于技术的原因存在管理不便、 查阅效率低、使用效率不高等缺点，不能满足水电厂设备检修对知识支持要准确、全 面、及时、方便的需要。对设备检修现有的编码型知识的管理体制有必要采用先进的 技术，重新设计管理系统，提高管理效率，以满足设备晟优检修的需要。 如知识管理所述，设备检修知识中人的因素占有很大比重。意会型知识的获取和 所有知识的使用都离不开人的参与，因此在进行知识管理系统设计时应充分考虑设备 检修工作人员的参与因素。 2 3 2 设备最优检修知识的分类组织 对知识进行合理的组织分类是进行知识管理的前提条件。知识分类组按其标准不 同可以有不同的方式。为了分析方便我们将知识分成意会型知识和编码型知识；为了 知识的存储设计我们将知识按其表述形式分为：三维图形表述的知识、图文表述的知 识、文本表述的知识、视频表述的知识、动画仿真表述的知识、格式化数据表述的知 识以及多种形式共同表述的组合表述知识。同一类型的知识有着相同的存储格式，在 系统知识库设计时根据知识的这种分类将知识库设计成几个子库组成的形式，各个子 库通过索引关系进行集中统一管理。具体设计情况在知识库设计中详细论述。 同时水电厂设备系统庞大、结构复杂。对其设备知识进行整理时，若没有相应的 系统的方法作为整理过程的线索，其整理效率将会很低，同时质量也不能保证。在设 备检修知识处理过程中，根据水电厂设备检修知识的特点，借鉴其它相似系统的成功 管理方法，在设备技术资料多媒体管理中采用树形分级结构对设备技术资料进行分类 华中科技大学硕士学位论文 处理，解决了设备技术资料分散编辑处理和集中管理查询之间的矛盾：先根据此结构 对设备技术资料进行分类处理，然后再通过这个结构将其组织起来，进行集中查询管 理。这种分类组织方法从电厂设备实际出发，具有物理意义清晰、符合电厂工作人员 思维习惯、操作方便等优点。 采用树形分级结构对设备技术资料进行分类处理的具体方法为：将整个电厂的设 备技术资料分为电厂一机组一系统子系统一设备一单元一模块一元件共8 个层次。 设备层次结构为树状结构如图2 1 所示。图2 - i 中结点下方的圆点表示该结点的子树 未展开，右边圆点表示兄弟结点未列出。 身翟沁掣： 磐簸t = 哪靛謦? 等蜒尹 ”“ 油 ：t ：、 檀# 屉 ：浍毒=捆位倌埤于元作屡 图2 1 设备层级树形结构图 2 4 设备最优检修知识管理系统设计 本章前面部分对设备检修知识管理在水电厂设备检修中的作用进行研究分析，指 出了水电厂设备检修知识管理要实现的具体目标。本节在上面分析的基础上对设备检 修知识管理系统进行总体设计研究，提出设备最优检修知识管理系统框架结构及各主 要部分的设计。 241 水电厂设备最优检修知识管理整体结构设计 水电厂设备检修知识管理整体结构框架如图2 - 2 所示： 采用结构化设计( s d ) 的系统设计方法，以知识流为纽带进行设备检修知识管理 华中科技大学硕士学位论文 处理，解决了设备技术资料分散编辑处理和集中管理查询之间的矛盾：先根据此结构 对设备技术资料进行分类处理，然后再通过这个结构将其组织起来，进行集中查询管 理。这种分类组织方法从电厂设备实际出发，具有物理意义清晰、符合电厂工作人员 思维习惯、操作方便等优点。 采用树形分级结构对设备技术资料进行分类处理的具体方法为：将整个电厂的设 备技术资料分为电厂一机组一系统子系统一设备一单元一模块一元件共8 个层次。 设备层次结构为树状结构如图2 1 所示。图2 - i 中结点下方的圆点表示该结点的子树 未展开，右边圆点表示兄弟结点未列出。 身翟沁掣： 磐簸t = 哪靛謦? 等蜒尹 ”“ 油 ：t ：、 檀# 屉 ：浍毒=捆位倌埤于元作屡 图2 1 设备层级树形结构图 2 4 设备最优检修知识管理系统设计 本章前面部分对设备检修知识管理在水电厂设备检修中的作用进行研究分析，指 出了水电厂设备检修知识管理要实现的具体目标。本节在上面分析的基础上对设备检 修知识管理系统进行总体设计研究，提出设备最优检修知识管理系统框架结构及各主 要部分的设计。 241 水电厂设备最优检修知识管理整体结构设计 水电厂设备检修知识管理整体结构框架如图2 - 2 所示： 采用结构化设计( s d ) 的系统设计方法，以知识流为纽带进行设备检修知识管理 华中科技大学硕士学位论文 = = = ；= = = = = = = = = = = = ；= = ；= = = = = ；= = = 2 = = = = = 一一 系统的设计。设备检修知识管理系统以系统知识库为核心，分成知识库维护模块、专 家诊断知识交互模块、设备状态监测系统接口模块、设备故障诊断及检修决策接口模 块、设备知识查询模块、设备知识远程查询模块、设备维修仿真培训模块等七个功能 模块。各个功能模块相互协作共同完成知识管理的知识获取、知识库维护管理和知识 查询使用三大任务。 图2 - 2 设备检修知识管理整体结构框架 结构化系统设计方法，将复杂的系统分解成比较简单的、相对容易实现的模块， 降低了系统的开发难度，提高了系统的稳定性和健壮性。同时结构化设计( s d ) 系统 方法以系统知识库作为系统知识流传递的中心，以知识流为纽带进行各个功能模块的 集成，符合系统的实际情况，使系统的逻辑结构合理符合人们的思维习惯，便于系统 进行分工协作开发。 此外，设备检修知识管理系统还有一系列的规章制度作为辅助管理手段，进行设 备检修知识的管理。这是因为在知识管理三大功能( 知识获取、知识存储管理、知识 使用) 中人工参与是不可避免的。同时知识管理规章制度的建立可以创造一个有利于 提高检修工作人员的积极性，激发员工的创新意识，更大深度的挖掘系统知识丰富系 统知识库，增加系统解决问题的能力。规章制度还起到规范工作人员行为，保证其工 华中科技大学硕士学位论文 = = ；= ；# = ；= = = = = = = = 2 = = = = = = ；= = = = = = ；一： 作的严谨性和科学性。设备检修知识管理规章制度对系统的使用进行了规定，从制度 上保证了系统的安全。 2 4 2 各个功能模块的设计 系统知识库设计：系统知识库是系统的核心，它以一定的格式对系统知识进行存 储，便于知识的管理和检索查阅。知识库不同于数据库，知识库包含数据库，数据库 是知识库的一种特例。知识比数据的结构更加复杂，所以知识库是包括数据库在内的 多种知识存储方式的结合。 根据设备检修知识的表现形式进行分类，设备检修知识可以分为：格式化数据( 如 机组技术参数、状态信息值、设备知识检索信息等) 、三维图形( 设备三维模型) 、图 文知识( 功能描述说明，设备运行检修规程等) 、仿真动画( 设备动作原理、故障指 示等图形表示) 、多种表现形式的结合( 如三维仿真动画形式表现的设备拆装流程等) 。 所以系统知识库设计根据知识的表形式分成格式化数据存储模块、三维图形存储模 块、文本知识存储模块、图文信息存储模块、仿真动画存储模块。各个模块通过设备 知识检索信息结合起来，成为一个有机的统一整体。系统知识库结构图2 3 所示。该 知识库结构通过设备检索信息将各部分有机结合起来，各个基本子库相互独立，组合 知识库将几个基本知识子库结合起来后，和基本知识子库一样在设备知识检索信息的 控制下共同组成一个有机的知识库整体。该知识库组织结构明显有结构灵活便于扩展 的特点。特别适用于内容不断更新的知识管理系统的需要。 格式化知识及设备知识 检索信息 三繁知ip 库lp ? 识引k 喾 组合知识知 识库l 组合知识知 识库n l 一i 一j 一一l 一l 一一j 图2 - 3 系统知识库结构图 华中科技大学硕士学位论文 知识库维护模块：根据前面分析的结果设备检修知识管理中的知识是动态的。随 着应用环境的变化设备知识是处在不断的变化之中的。随着发电系统的技术更新，新 的知识不断出现。现场专家的经验知识也在不断的发展积累过程中。已有的知识也可 能随着应用环境的不同而发生改变，甚至原先正确的知识便的不正确了。因此为了保 证知识库的正确性和完整性，知识维护功能模块是必不可少的。 根据上面分析，知识库维护功能模块完成的功能有知识添加、知识更新、知识删 除3 个功能。所以知识维护模块有知识定位模块，知识更新模块、知识添加模块和知 识删除模块3 个部分共同完成。其中知识定位模块可以和查询模块公用以提高模块的 共享性，简化系统。知识更新模块、知识添加模块和知识删除模块3 个模块通过知识 定位模块和系统知识库连接，对系统知识库进行操作。 专家诊断知识交互模块：在设备最优系统设备故障中，专家的参与是必不可少的 组成部分。现场专家需要利用系统知识库中已有的专家知识进行设备故障的诊断，同 时在进行设备故障诊断的过程中会出现新的有用的专家知识，这些新的专家知识需要 被系统保存，并入系统知识库，为以后的设备故障诊断服务。所以知识管理系统的专 家交互功能模块，主要完成系统和现场专家之间的知识交流。 所以系统专家知识交互模块主要有故障诊断知识查询和专家知识录入两个模块 组成。故障诊断知识查询模块以设备故障为线索进行设备知识查询。故障查询模块根 据专家输入，输出相应的设备基本知识，故障特征，故障处理等信息为设备故障诊断 提供知识支持。专家知识模块将在诊断过程中产生的新的设备知识录入系统，经过确 认程序后并入系统知识库。 设备状态监测系统接口模块：设备实时状态信息是设备知识的一个重要组成部 分，对设备状态分析，制定设备检修决策有重要的意义。知识库中设备实时状态信息 包括原始设备状态信息和设备预处理后的中间结果，其大部分为格式化数据存储管理 相对简单。所以设备状态监测系统接口模块完成设备状态检测系统和知识管理系统之 间的知识交流。 设备状态监测系统接口模块从功能上可以定义为设备状态监测和系统知识库之 间的通讯联接。由于设备状态信息以格式化数据的形式表现出来的，所以可以用数据 华中科技大学硕士学位论文 = = 2 = = = = = 。= = 2 = = 口= = = = 。! = = 1 2 = = = = = 一! = 库系统实现这部分知识的存储管理。所以设备状态监测系统接口模块可以用设备状态 监测系统与知识管理系统知识库的连接实现。 设备故障诊断及检修决策接口模块：设备故障诊断和设备检修自动决策是设备检 修自动化的主要内容。它是用自动化系统代替现场专家完成设备检修决策工作。因此， 该系统和设备知识管理系统的交互过程和专家与系统的交互过程相似。但是检修自动 化系统是数- 7 - 系, 统，所以两者的交互过程存在着一定的差异。检修自动化系统要求的 知识为格式化数据知识，而专家交互则是形象直观的文字、图形知识。在交互过程中 对知识传递的时序要求较高，而专家交互则不存在该问题。交互过程中检修自动化系 统不会产生新的知识，只是将一些中间结果存入知识唪中，而专家交互则会存在这种 情况。 设备故障诊断及检修决