（机械电子工程专业论文）设备维修管理与决策支持系统的研究与开发.pdf

南京航空航天大学硕士学位论文 摘要 随着企业设备规模的同益扩大和维修费用的逐年增长，世界各国对设备维修管理 提出了新的要求。研究和开发新的设备维修管理系统，对降低维修成本、提高维修效 益、促进企业的发展、提高企业的适应能力和竞争能力，有着重要的作用。 奉文在简璎闸述了设备维修管 里的研究现状之后，介绍了不同设备管理1 木系的发 胜j j j 也，分析r i 种j _ 小维修，- 弋f l 】选扦问题。构亘韭了豢j 】：客j 5 1 务 王侩结构的 没嵛维修竹川。决饿支持系统的仆系结构。选川层7 欠分析法f 1 ：为维修方式决策的具休解 决力窠。j ：给了j e 数+ 舶述和聪论框架；剐于迥换周期的确定，作者分别给出了两 种更换策略下更换周j 1 的详细算法。最后，丌发了设备维修管理与决策支持系统，应 川1 ：某齿轮牟l _ i 制造仓、i k 的关键设备维修管理决策q ，取得了良好的应用效果。 关键i i f j ： 世符僻耻设箭维修决策支持系统层次分析法 、 筇i 贝 堡鱼丝堡笪型达箜塞堑墨篓塑竺塑皇茎垄 a b s t r a c t n e w r e q u i r e m e n t sh a v eb e e np u tf o r w a r do ne q u i p m e n tm a i n t e n a n c em a n a g e m e n ti n v a r i o u sc o u n t r i e sb e c a u s eo fi n c r e a s i n gc o s tw i t hi n c r e a s i n gs i z eo fe q u i p m e n t nc a n r e d u c et h ec o s to fe q u i p m e n tm a i n t e n a n c e ，e n h a n c et h e e f f i c i e n c y o fm a i n t e n a n c e ， f a c i l i t a t et h e d e v e l o p m e n t o fe n t e r p r i s ea n d i m p r o v e i t s a b i l i t y o fa d a p t a t i o na n d c o m p e t i t i o nb yt h er e s e a r c ha n da p p l i c a t i o no f n e we q u i p m e n tm a i n t e n a n c em a n a g e m e n t s y s t e m s a f t e rg i v i n gab r i e fi n t r o d u c eo nt h es t a t u so fe q u i p m e n tm a i n t e n a n c e ，t i l ea u t h o r i n t r o d u c e st h ed e v e l o p m e n to f e q u i p m e n tm a i n t e n a n c e ，a n a l y s i st h es e l e c t i o no f c o m m o n t h r e em a i n t e n a n c em o d e s s e c o n d l yt h ea u t h o rs e t sf o r t ht h et h r e et i e r sc sa r c h i t e c t u r eo f t h e m a n a g e m e n t a n dd e c i s i o n s u p p o r ts y s t e m o n e q u i p m e n tm a i n t e n a n c e t h i r d l y ， a n a l y t i c a lh i e r a r c h yp r o c e s si ss e l e c t e da st h ea r i t h m e t i co f t h es e l e c t i o no fm a i n t e n a n c e m o d e a n dt h eh a s t ep r i n c i p l eo l i ti se x p o u n d e d a c c o r d i n gt oi h em a k i n go fl h ec y c l eo f r e p l a c e m e n t ，t h ea u l h o rp r e s e n l st h ed e t a i la r i t h m e t i co f t h ec y c l e o f r e p l a c e m e n t u n d e rt w o d i f f e r e n tc o n d i t i o n s 1 a s t l y ，t h em a n a g e m e n ta n dd e c i s i o ns u p p o r ts y s t e mo ne q u i p m e n t m a i n t e n a n c ei s d e v e l o p e da n da p p l i e dt os o m ee n t e r p r i s e sk e ye q u i p m e n tm a i n t e n a n c e m a n a g e m e n ts u c c e s s f u l l y k e y w o r d s ： f , q a i p m e n li n a l l | l g e n l c l l 1 1 q u i p m e n tn l a i n t e n a n c e ；d e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m a u a l y t i e a lll i e r a r c h yp r o c e s s 第n 页 南京航空航天大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 设备在制造业中的核心作用 没稀足生j “工具，是企业和社会生产力的构成要素，也是进行生产活动的物质基 础，它对企业的投入产出具有决定性的作用川。由图l 一1 可以看出：企业投入产出的 中问环节是设备，设备技术水平决定企业的核心竞争力，对于机械制造业，没有好的 设备很难有竞争力。设备的技术水平决定企业的生产率，产品的质量和档次，它对产 品合格率、原材料利用率和能源消耗率，以及停机、停产造成的经济损失直接有关， 因而对产品的成本有决定性影响。 人 财 物 t 【务 同i - if i j i j 造、j 时殳入产川訇 1 2 设备维修管理所面临的挑战 产量 质量 成本 交货期 安全 员工情绪 随着科技的发展，现有工业设备日益精密化、复杂化、高性能化，同时价格也1 7 趋昂贵，企业生产节奏也日渐加快。为了维护设备的性能必须花费大量的人力资源 和维修资源。因此，维修对生产正常进行保障的作用日益增大，人们对维修的认识也 发生了变化。起初认为维修是为了排除设备已经发生的故障和预防未发生的故障，如 今认为维修不仅可以提高设备的完好率和可用率，而且可以延长设备的使用寿命，提 第l 页 堡鱼缕堡塑堡丛箜塞楚墨竺墼堕壅望茎鳖一一 商小“澉：年，l i 约使川成术。维修也是设备j f 常使用的前提和安全的保障，维修工作 的好坏，维修效率的提高对介q k 甚至挞个经济社会起蓿及其重要的作用。 传统的企业设备型号种类较少，技术水平相对较低，所采用的维修管理主要是以 分专业车间独立进行，这在当时是比较行之有效的管理措施，但随着企业生产规模的 扩大和设备型号不断增多、技术日新月异，传统的维修管理模式不能适应现代化设备 维修管理的要求。因此有必要总结传统管理经验、借鉴国内外先进管理模式，建立一 套较规范并行之有效的设备维修管理模式。 随着生产现代化水平的提高，生产设备购置、保养、维修的投入也越来越多。在 生产中所占的比例也越来越大。设备的维修工作不再只是企业生产的辅助环节，已经 成为生产及其管理过程中的重要组成部分。 在市场经济条件下，运用新的设备维修管理体制和新的设备检测、诊断与维修技 术，加强设备维修的科学管列! 口对降低维修成本、提高维修效益、改善设备状况、增 强企业市场竞争力、促进企业稳步发展，都具有非常重点的现实意义i z “j 。 1 3 建立设备维修管理与决策支持系统的必要性 设备在制造业巾起着非常重要的作用。随着生产自动化程度越来越高，人部分的 制造任务直接山设备来完成，只有少部分的工序由手工来完成，企业生产加工在现代 工业r p 离不开设备，某些生产类型的企业对设备有绝对的依赖性，这些企业的产品生 产效率与生产质量大部分都通过使用和控制设备来达到，甚至个别的设备可以说是企 业的生存工具。同时，设备又是企业固定资产的主要组成部分，它占用了大量的企业 资金【钔。因此，正确使用、精心保养、及时检修维护设备，使设备处于良好的技术状 态，才能保证企业进行高质量、低成本的生产，并按计划完成生产任务，从而提高食 q k 的经济效益。利用先进的计钎机技术来管理设蓊，是提高设备管理工作效牢的重要 手段。 伽莉现代人生，n 的发展和利学技术的j ：! | ：步，现代设铒的坌 f i 构越米越复杂，功能越 水越充辨，m 力化程度越来越商。但设嵛的计划、设计、使用、维护、修理等所需的 设备管理体制与技术水平却不适应，依旧停留在传统的维修管理阶段。许多设备制造 他l k 在设备设计阶段较少考虑设备的可靠性与可维修性；大多数设备使用企业在建立 生产f f - _ k 线时，较少考虑设备的维护修理，或由于生产紧张也没有对设备进行充分维 护因而导致设镉状态失修、劣化严重，突发故障频繁，对生产和设备的精度、寿命 等造成严重的影响l5 1 。f b 于许许多多无法避免的因素的影响。有时设备会出现各种故 障，咀致降低城火出为l c 预定的功能，佻至造成灾难性事故，造成了人员伤i l ，产生 了，”t 代的蕾l 会b l i f 4 。 从现代企_ k 管理的角度出发，没有良好的设备维修模式及手段，就不能保证设备 证常运行及发挥良好性能。另一方而，设备稀件的合理储备又是保证生产、合理使用 鲋2 页 南京航空航天大学硕士学位论文 设衍搜丌展设箭维修的j 离础硐i 恨木条件。设备、维修及备件三者的关系最终都将汇集 在介、i p 的综介成水上。因此俅“e 设符的安全运行，消除事故，降低设稀的运行成本， 足十分迫切的问题。 与国外相比，我国的维修管理现状不尽人意，其中非常重要的一个原因是企业对 设备的维护管理不重视，各种原始记录，如设备的故障史、诊断与维修经验的积累和 理论性的总结工作，大部分储存在部分技术人员和维修工人头脑中，未形成系统的资 料，维修工作的科学性较差。所以在维修管理中必须引入计算机信息管理，将现有的 i i 一1 4 - 诊断维修方面的资料进行整理归纳。 随着信息化管用啪发展制造、i k 积羰了火量 t ；：i i i t l 数据，越来越多的企业希望能从 这业历史数捌巾挖掘“宝减”，也就足将操作型数据转变为决策型数据，为决策提供 依据。例如，随着我国制造业的发展，许多企业已经采用信息化技术对数据进行管理， 但一般来说，对数据的还停霄f 在同常的事务管理方面。企业的设备台帐资料，备件消 耗资料以及设箭故障资料基术| 二还停留在日常处理阶段，这已经远远不能满足信息化 的需要，在这种情况下，对这些资料运用数据库技术进行收集、加工、整理、分析、 统计、分析，这刁i 但可以极火的捉商镗理效率，而且可以从这些数据中发现规律，掌 握没衍的敞障规律，备件的消耗规律，从而指导维修工作的进行和控制备件的库存， 提高企业的市场竞争力。如果能够成功地建设企业自己的维修管理与决策支持系统， 提高企业的维修决策质量和效率，就能在竞争把握主动，争得先机。 1 4 设备维修管理与决策支持系统的研究现状 在现代化大型制造企业里，生产设备繁多，设备管理工作越来越占据重要的地位。 为了促进企业的管理工作，人们对设备管理工作做了大量的研究，利用计算机设计出 了多种企业设备管理信息系统【6 1 ，这些设备管理系统实现了企业设备管理的科学 化、规范化、系统化，很大程度上促进了企业的设备管理工作，并带来了巨大的经济 效益。 当前，西方等先进工业化国家的企业已经普遍采用计算机辅助设备管理，建立了 众多的设备管理信息系统。我国也陆续开始使用，并在不断完善、更新和发展，f _ | 现 了高效率、多功能、高级化的设备管理信息系统。已具有设备固定资产管理系统，修 理和维修费用管理系统，人员管理系统，设备投资规划管理系统等i 1 4 1 。 设备维修管理是保证企业经营成功的一个重要因素。杜邦公司宣称，工厂最大的 单个可控制的费用是维修管理。索尔福德大学的一个维修研究小组的调查研究表明， 通过提高设备的维修管理，英国的制造企业可以节省8 一3 0 的运营费用。可见加强 设备维修管理可以有效降低维修费用，使企业获取更高利润【”1 。 由于维修管理的重要性，许多学者建立了众多的维修模型。在实践中应用这些模 型作出维修决策时，往往需要对模型进行参数估计、修正和验证，这一工作对维修工 第3 页 程师而言，显然太难。为了便于管理者借助模型作出维修决策，提高他们对于维修问 题的i 响应速度和维修决策的水平，维修决策支持系统应运而生i l “1 。 在众多丌发的系统中比较有代表性的有陋2 0 】：j e n k i n s i l 6 l 开发了设备维修和更新的 决策支持系统。该系统共有四个模块：一个收集日常维修信息的数据采集模块，三个 维修模型模块( 更新模块、预防维修模块和检查模块) 。吴洪波【1 7 l 开发的系统也类似， 所不同的是他的决策模型体系为设备更新决策模型和设备最佳库存模型。w w a n g i i 训 开发的系统是一个关于时间延迟建模的软件原型，该系统主要是利用时间延迟概念和 时阳j 延迟模型，确定出装罐生产设备的最佳预防维修间隔期。陶基斌i l 圳开发的系统能 够楸抓设锯的行状态因素，判断设备虑属维修等级，制定相应维修策略。范世东f 2 0 1 丌 发的j 占1 ：w e b 的设备维修方，决策系统实现了w e b 环境下的维修方式决策。 。卜述的决： | j ：支持系统( 及软1 i | i ：包) 都行一个数据分析模块以及一些基本的优化模 型。它们的共同不足之处都在于维修模型过少；另外，这些系统运行时所需的数据不 是来自数据库，与维修的m i s 也毫无联系。它们的另一个显著特点就是系统是专用 的，只能应用于一些特殊情况i ”j 。 纵观日前有关维修决策支持系统研究，主要存在以下这四个方面的问题： ( 1 ) 实用维修模型太少，需要不断地扩充； ( 2 ) 系统运行时所需的数据不足来闩数据库，与维修管理信息系统也毫无联系： ( 3 ) 对一个企业的设备采用单一的一种维修方式是不合理的，应根据实际情 况，选择不同的维修方式； ( 4 ) 维修数折：中有一些足不可靠的，或者是不完整的，有时甚至是相互矛盾的。 小文就是”埘一| 二述四个方的n j j 题瓞丌了研究，巾心思想就是把运筹学和设街维 修管理工作有机结合起来，建琦：适用的维修管理决策支持系统，本文主要从以下两个 方f l 川究： ( 1 ) 传统的维修计划和维修管理方法都是凭技术人员和管理人员的经验来定， 由于人员变动，资料不全，导致维修随机性很大，不是维修过剩就是维修不足，因此， 应根据设备的型号、性能、使用条件等特点，有针对性地采用不同的维修方式，即状 态维修、定期维修和事后维修等方式，以实现设备寿命周期费用最经济、利用率最高 的目的。本文以企业的利用率最高为原则，对整个维修管理对象按设备予以分类，采 用层次分析法，根据设备的维修性、可靠性、经济性等影响因素，依据不同的维修方 式，即事后维修、定期维修和状态维修，构造梯阶层次结构模型。依据专家的判断， 根掘层次分析法模型确定设备的维修方式。 ( 2 ) 定期维修，即每隔一定时间就进行一次维修，因而维修周期就成为一个重 要指标。若周期过短，不仅增加了维修时间及维修费用，也影响了设备的固有可靠性 和利用率。若周期过长，会因系统不应有的故障而造成不应有的损失。因此，对不同 设备确定出各自合理的维修周期无疑是非常必要的，这也是对设备进行科学维修管理 的必然要求。周期的确定有多种方式，本文中将根据最大可用度和最小维修费用与维 第4 页 堂窒堕窒堕蒌盔堂堡主鲎笪笙苎 修周期的关系确定最佳维修周期。 1 5 本文主要研究内容与安排 本文在深入把握决策支持系统和维修理论的基础上，着重研究了设备维修管理中 的维修方式的选择问题，并在维修方式选择的基础上，进一步确定设备的维修周期。 本文的主要研究内容如下： 笫一章简要削述了设备= i l i i l j q 造_ 川t 的核心作用，我国制造业设备维修管理现状， 并说叨了设箭绯维修决策支持系统建立的必要性，介绍了国内外设备维修管理与决策 支持系统的研究现状。 第二章介绍了各种不同的设备维修管理体制发展历史。介绍三种基本的维修方 式，通过对三种维修方式的通j n 性分析，确定了本文研究的重点。 第三章是关于系统的总体设计，首先介绍了基于三层体系结构的决策支持系统 的体系结构，以及使用三层结构的优点。接着介绍了整个系统的功能结构。最后介绍 了设裕维修管理与决策支持系统的数据库设计。 第四章介绍了设备维修决策的有关算法，首先介绍了维修方式的决策算法 层次分析法的基本原理，决策过程，并给出了一个应用实例。最后给出按最大可用度 和最小维修费用确定更换周期的算法模型。 第五章详细介绍了江齿公司设备维修管理与决策支持系统的系统需求与目标， 系统的运行环境和以及系统的实现与相关说明。 第六章总结了全文的研究工作，展望了今后需要进一步完善和深化的工作。 第5 页 设备维修管理决策支持系统的研究与开发 2 i 引言 第二章设备维修管理研究 设备是企_ k 进行生产的主要物质技术基础，企业的生产率、产品质量、生产成本 都与设备的技术水平直接相关。随着科学技术的发展，现代化的设备更复杂，具有更 强的系统特性因此要求更九_ i l ! 的设备维修管理。近年来的发展表明，随着设备的技 术进步，企业的设备操作人员不断减少1 2 1 。 设备管理作为企业管理的主要组成部分，对企业的其他管理系统起着促进、保障 和制约的作用，它直接影响企业的生产与经营活动。 企业设备管理具有信息源多、类型广、处理复杂和统计量大的优点，随着生产方 式的变更，原有的传统的管理模式由于处理速度慢，处理方式陈旧，其准确性、可靠 性及经济性都大受影响，因而难以适应现代管理的需要。建立企业设备管理系统，采 用计算机技术，运用现代管理的原理与方法，保证企业设备经常处于良好的技术状态， 发挥现有设稀淋能，提高设备维修效率与经济性，满足企业产品与工业革新要求，以 提高设备管理水平m 1 。 2 2 不同设嵛管理体系的发展 综合阳内外的设符维修发肥的历史，可以将设嵛维修管理分为以下不同的四个发 展阶段2 1 1 3 1 1 23 1 。 筇代：j l c 后维修阶段( b m ：b r e a k d o w nm a i n t e n a n c e ) ( 1 9 5 0 年前) 就是在设备发生故障之后才进行检查，这种制度仅适于造价较低、事故停机造成 的直接损失不大的机器设备，这一时代经历了兼修时代( 操作工又是维修工) 和专修时 代( 有专业维修工) 。在这一时期，设备管理最显著的特点即是坏了再修、不坏不修， 以事后修理模式为主。 第二代：定期维修阶段p m ( p r e v e n t i v em a i n t e n a n c e ) ( 1 9 5 0 1 9 6 0 ) 随着设备的同益复杂，修理所占用的时间已成为影响生产的一个重要因素。二十 世纪5 0 年代，为了尽量减少设备修理对生产的影响，美国和前苏联等国提出了定期 维修的概念，开始由事后维修向定期维修转变，强调采用适当的方法和组织措施，尽 可能早地发现设备的隐患，预防和修理相结合，保证设备的正常运行。其修理间隔的 确定主要根据经验和统计资料，以保证机群的完好率处于一定水平，但是它很难预防 由于随机因素引起的偶然( 发) 事故，同时也会废弃许多尚可使用的备件，而且增加了 不必要的拆装次数，造成浪费。定期维修制又派生为两大体系。 笫6 页 南京航空航天大学硕士学位论文 一个是以前苏联为首的计划预修体制，它是以摩擦学与摩擦理论为基础。特点是 通过计划对设备进行周期性的维修，它的优点是可以减少非计划( 故障) 停机，将潜 在故障消灭在萌芽状态。但是，由于计划固定，较少考虑设备的实际使用、负荷情况， 容易产i ：维修过剩或维修不足。我国的维修制度就是由前苏联引进的计划预修制。 另一个是以美国为首的定期维修体制，它是以摩擦学、诊断理论为依据。是一种 通过周期性的检查、分析来制定维修计划的管理方法，它的优点是减少故障停机，检 查后的计划可以减少维修的盲目性。但由于受检查手段和入经验的制约，仍可能使计 划不准确，造成维修过剩或不足。 第三代：生产维修阶段p m ( p r o d u c t i v e m a i n t e n a n c e ) ( 1 9 6 0 1 9 7 0 ) 以美国为代表的西方国家多采用此维修管理体制，生产由四部分组成：事后维修 ( b r e a k d o w nm a i n t e n a n c e ，简称b m ) ；定期维修( p r e v e n t i v em a i n t e n a n c e ，简称p m ) ； 改善维修( c o r r e c t i v em a i n t e n a n c e ，简称c m ) ；维修预防( m a i n t e n a n c e p r e v e n t i v e ，简 称m p ) 。 这一体制突出了维修策略的灵活性，吸收了后勤工程学的内容，提出了维修预防、 提高设备可靠性设计水平及无维修设计的思想。 第四代：状态维修阶段( o nc o n d i t i o nm a i n t e n a n c e ) ( t 9 7 0 年至今) 状态维修，亦称为状态检修。这种体制着眼于每台设备的具体技术状况，一反定 期维修的思想而采取定期检测，对设备异常运转情况的发展密切追踪监测，仅在必要 时才进行修理。状态维修起始于2 0 世纪7 0 年代初期。在连续生产过程的企业取得了 显著效果，提高了设备利用率以及生产效率。在以状态维修为主要特征的第四阶段， 还村i 继f 现了“后勤学”、“漩衍综合工程学”、“全员生产维修( t o t a lp r o d u c t i o n m a i n t e n a n c e ，简称t p m ) ”、“以可靠性为中心的维修( r e l i a b i l i t yc e n t e r e dm a i n t e n a n c e 简称r c m ) ”、“以利用率为f f l 心的维修( a v a i l a b i l i t yc e n t e r e dm a i n t e n a n c e 简称 a c m ) ”、设备综合等现代设备管理理论。 ( 1 ) 后勤学把设备的整个寿命周期作为研究与管理的内容，认为设备周期费 用不应把购置费用与维修费用截然分开。 ( 2 )设备综合工程学。7 0 年代由英国丹尼斯巴克首先提出。其定义为：“为 了使资产寿命周期费用最经济，把相关工程技术、管理、财务及业务加以综 仑的了：科。”设稀综介t 祝学足以硐定资产：即设铬为对象，对设箭的寿命周期 进行j l f f 餐，以求达到更髓的可川状态，并使设备维修费用和维修造成的时州 损失得到优化。英国政府以政府行为积极支持丹尼斯的理论，综合工程学这 一思想对其他国家也有影响。 ( 3 )全员生产维修( t o t a lp r o d u c t i o n m a i n t e n a n c e ) 。全员生产维修制度是同本 在吸收欧美最新研究成果的基础上，结合自己的管理经验创造的，富有特色 的设嵛管理制度。它是设备综合工程学的发展，它旨在通过改善人和设备的 素质来改善企业素质，从而最大限度地提高设备的综合效率，实现企业的最 第7 页 壁鱼丝堡篁堡达篁塞鲎壅堕塑堡塑量茎垄 一 佳经济效益 ( 4 )以可靠性为中心的维修是指通过优化设备的使用、维修、改进、更新等 环节，以最低的费用实现设备的期望值。其维修策略是建立在故障模式、故 障影l 蚋和故障后果上，是- - s o l q # 预防维修、预知维修和主动维修等结合起来 的总体维修模式。 ( 5 )设备综合管理。中国在8 0 年代，在前苏联的计划预修体制基础上，吸收 生产绯修、综合工程学、后勤工程和日本全员生产维修的能容，提出的对设 备进行综合管理的思想，这一体系尚无完整的模式，随企业不同各有特点。 2 3 三种基本维修方式 设备的维修方式是指对设备维修时机的选择，也就是通过采用不同的维修方式来 实现对维修的控制，也就是对维修时间的掌握是通过采用不同的维修方式实现的。目 前公认的基本维修方式有三利，：事后维修、定期维修、和状态维修1 2 j 。 1 事后维修方式 事后维修也称故障维修，其特点是除了日常的润滑、清理、紧固外，不考虑预防 措施，只是等设备出了故障时再修理，在修理期间，设备不能使用。事后维修的优点 是能充分利用零件寿命。其缺点是： ( 1 ) 因故障发生时问足随机的，无法有计划地安排修理时间，会打扰生产作 业计划，使生产秩序陷于被动； ( 2 )为了生产的需要，经常需要抢修，容易造成修理质量不高； ( 3 )人力、备件和工具上必须有一定的保障： ( 4 )设备故障率较高，容易发生事故； ( 5 ) 修理准备时问紧，工作仓促，修理时间长。 根据事后维修的特点，它适合在下列情况： ( 1 ) 故障是突发的，无法预测，而且故障的后果不影响安全性； ( 2 ) 故障是渐进的，但故障后果不涉及运行安全，所造成的损失小于定期维修 故障的费用。 2 定期维修方式 定期维修通常也称计划维修，是按照一定周期进行维修的传统体制。它具有对设 备进行周期性修理的特点，根据设备的磨损规律，事前确定修理类别，修理问隔期及 修n i - 作匿，所需的备件，材料可预计。定期维修是一种以时间为基准的维修方式， 只要设备使用剑预先规定的时n d ，不管其技术状态如何，都要进行规定内容的维修工 作。根据设锯的磨损规律，设备性能的变化，预测故障发生的日期，并提前安排修理。 这种维修方式的优点是维修生产可以有准备、有计划地进行，便于组织安排，可以利 第8 页 用生产空隙离线操作，人力、备件均有充分的准备；另外维修工作一般可在其对生产 影响最小时进行，所花费时间可能比事后维修短，维修质量高，同时有较好地预防故 障的作用。这种维修方式比较适合于故障特征随时间变化的设备；但对于复杂的成套 设备、故障无时间规律的设备，这种维修方式就不适合。 3 状态维修方式 状态维修( c o n d i t i o nb a s e dm a i n t e n a n c e ) ，亦称状态检修。是相对事后维修和以时 间为基础的定期维修而提出的。状态检修以设备当前的实际工作状况为依据，它通过 先进的状态监测和诊断手段、可靠性评价手段以及寿命预测手段。判断设备的状态， 识别敞障的早期征兆，对故障部位其及严重程度、故障发展趋势做出判断，并根据分 析诊断结果，n 设备性能下降硎一定程度或故障将要发生之前主动实施维修。 状态检修魁一种基于设备状态的检修方式，它是基于一个这样的事实，即大量的 故障发生都有一个发展过程，即大部分故障在它们快要发生时都有一些预告信号，这 些预告信号称为潜在故障。如果采用新技术来检测这些信号( 潜在故障) ，就可以发 现故障过程f 在继续的迹象，便可以采取措施预防故障的发生或避免故障后果。 这种体制着眼于每台设备的具体技术状况，一反定期维修的思想而采取定期检 测，根据设备的日常点检，定期检查，状态监测和诊断提供的信息，经过统计分析， 处理，来判断设备的劣化程度，并在故障发生前有计划地进行适当的维修。基于状态 监测的状态维修起始于2 0 世纪7 0 年代初期，在连续生产过程的企业取得了显著效果， 提高了设备利j 口率以及生产效率。 状态维修以数据为依据作出检修决策，是一种不同于传统的以周期( 时间) 为依 据的检修方式。由于采用了大量的信息和数据，用于分析和形成检修决策，所以数据 管理就成了状态检修的重要基础工作。它是一种建立在计算机技术、检测技术、诊断 技术等多学科培础上的检修模式。 它为致符安全、稳定、长周期、全t t 能、优质运行提供了可靠的技术和管理保障。 作到状态检修的关键是对设备状态的判断，不仅要识别已经发生的故障，而且预测未 来可能发生的故障。解决这些问题，一些常规的计算程序和分析程序无能为力或不够 有效。因为在这些问题中，人类专家的经验起着主导作用。 由于这种维修方式对设备适时地，有针对性地进行维修，不但能保证设备经常处 于完好状态，而且能利用零件的寿命，因此比定期维修更加合理，但由于进行状态监 测往往需要停机和使用价格昂贵的监测仪器，主要适用于速度运转的设备利用率高的 重点设备。 2 4 维修方式的选择 j 上述可以看出，三种维修方式各有其特点，定期维修和状态检修都是预防性的。 定期维修是传统的故障预防技术，状态检修是新型的故障预防技术。事后维修是非预 第9 页 设备维修管理决策支持系统的研究与开发 防性的。定期维修是以设备的使用时间为标准报修：而状态检修是根据设备的实际状 态决定是否修理；事后维修则不可控制维修的时间。它们各有优缺点，因此，一个企 业设备的维修方式不应只有一种，也不应固定不变，而应针对不同设备、不同的故障 模式、企业条件、生产的需要等从设备的维修性、可靠性、经济性等方面综合考虑， 来决定设备的维修方式。 既然维修采用多种方式，就必然引起应用中怎样选择的问题。而影响设备维修方 式决策的因素又很多，因此，要综合多种要素，依据一定的目标，进行逻辑的判断， 根据判断结果确定维修方式。本文综合考虑多方面的利弊，根据制造业生产的实际情 况，设备特点。从设备的经济性、维修性和可靠性方面综合考虑，选择了设备的专用 程度、故障后的代用程度、在生产中的重要程度、对交货期的影响程度、对安全质量 的影响程度、对环境的影响程度、维修简易程度、备件供应情况、设备原值、停机损 失费、维修费用等几个因素。 由以上这些影响因素可以看出，设备维修方式决策属于一个典型的定量分析与定 性分析相结合的问题，怎样在分析和处理问题时，识别出有显著影响的定量和定性之 间的相互关系，以便掌握本质的规律，就成为解决问题的关键。 在系统工程的各种方法中，能够应用自如的解决各种问题的方法并不多，许多问 题还没有找到适当的解决方法，特别是用于解决定量与定性相结合的方法就更少。而 层次分析法这是一种定性与定量分析相结合的用于解决多目标决策分析方法，它适用 于结构较复杂，决策准则较多且不易量化的决策问题，它是一种可对人的主观判断作 定量描述的方法，尤其适用于多目标为主的决策。本章将在第四章详细介绍层次分析 法的艰本原理、决策过程，爿：给 | 5 一个应用层次分析法进行维修方式决策的例子。 预防维修【f 1 一般普遍采用的形式足定期维修，即每隔一定时间就进行一次维修。 因而维修周期就成为一个重要指标。若周期过短，不仅增加了维修时间及维修费用， 也影响了设备的固有可靠性。若周期过长，会因设备不应有的故障而造成不应有的损 失。因此，对不同设备确定出各自合理的维修周期无疑是非常必要的，这也是对设备 进行科学管理的必然要求。 预防维修周期的确定，虽然可以仅仅依据某一因素来确定1 2 5 2 ，但作者认为这样 做带有片面性，况且，不同因素具有不同的目标函数，确定出的结果往往也不相同， 有时，甚至相差很大。在实际工作中，除非特殊情况，一般来说，不可能只单一地考 虑一种因素，而忽略别的因素。 为确定最佳维修周期，要建立几个模型来求解，但不论哪种模型，其最佳维修周 期通常山以下因素之一确定：一是系统的有效度达到最大值；二是花的总费用( 包括 预防绯修、事后维修及故障所造成的损失费等) 最小。本章将在第四章对这些问题进 行详细分析。 设备维修方式内判断完成，也就完成了按维修方式对设备的分类，这种设备分类 是有意义的。一方面，它可以指导备件工作，明确备件工作的重点和主攻方向。定期 第1 0 页 南京航空航天大学硕士学位论文 维修足属于维修时间可控的计划维修，理论上讲备件按计划供应，无需储备。对于设 备维修方式的确定，可以督促维修工作的规范进行，便于计划管理和解决问题的针对 性、有利于维修费用的节省。 第1 1 页 设备维修管理决策支持系统的研究与开发 第三章设备维修管理与决策支持系统总体设计 3 1 设备维修管理与决策支持系统的体系结构 设备维修管理与决策支持系统管理系统是一种基于复杂网络环境的数据库应用 系统，无论其管理流程涉及范围的广泛、基本数据表现形式的多样，还是操作人员权 限控制的复杂，都使得普通的系统结构难以适应。因此，为满足在灵活性和扩展性方 面的需求，设备维修管理与决策支持系统的体系结构应该基于三层客户服务器处理 结构，而非传统的两层结构。 三层结构不是简单地将设备维修管理与决策支持系统处理划分为客户端和一些 数据库服务器，而是在客户端和数据库之间增加了应用服务器。该应用服务器管理与 数据库的交互，执行必要的计算，并将结果发送给客户端。客户端负责管理用户交互 和报告结果数据，但只需要很少的计算能力，因为计算和与数据库服务器的交互都减 少了。同在两层体系结构中一样，应用服务器可能直接连往数据库或具备星型模式的 数据集市 3 0 - 3 3 】。 三层结构能最大限度地提高灵活性和可扩展能力，原因有四方面。 首先，由于设备维修管理与决策支持系统查询访问非常大量的数据，此时的目标 是尽量减少通信线路上的数据传递。三层结构通过将大量的数据处理移到数据库服务 器和应用服务器而实现这一目标。尽管可能存在着与应用服务器的多个连接，但应用 服务器与数据库服务器之间的连接却只有少数几个。所以，由于对高速连接的需求较 少，因此并不很昂贵。 其次，设锦维修管理与决策支持系统应用中的计算、操作和数据过滤通常很复杂。 它们最好在专门的应用服务器上执行，而不是在桌面系统或数据库服务器上完成。若 客户机执行此类处理，相应的工作负载将要求所有用户都配备强大的客户机。尽管硬 件价格在不断下降，但这仍然是个问题，除非该企业正在购买所有新的客户机。另外， 网络负载仍然会形成瓶颈。相反在数据库服务器上执行这类处理也少有成效。每个客 户的处理负载不断增长，限制了系统能够支持的用户数目。在应用服务器和数据库服 务器之间保持处理分割的平衡十分重要。通过三层结构，可尽量减少服务器的负载， 达到更好的扩展性能。 第三，系统应用提供多个实例，用户可以用来在任何时候访问不同的数据库尤其 是当其需求发生变化或建立了新的数据库时仍能如此。若应用的所有数据访问代码都 在客户机上，则每个客户机程序在每次增加新的数据源时都需要更新。更常见的是， 对应用代码的修改需要更新客户端，使客户机上客户应用和计算逻辑的维护出现极大 第1 2 页 塑窒堕窒堕鲞奎兰堡主兰垡监壅 的问趣。 第四，客户不会忍受服务器太长的响应时间，而地域上分散的企业级信息系统可 能会激化这一问题。三层结构自己提供客户端和服务器之间的异步通信，这可以通过 消息队列功能米实现。 采用三层结构包括数据库服务器、中间层服务器、客户端三个层次。利用l l s ( i m e m e ti n f o r m a t i o ns e r v e r ) 网络服务器实现浏览器的信息查询与检索。以 a s p ( a c t i v es e r v e rp a g e s ) 技术实现i e 客户端的功能，利用c o m 为信息查询与检索的 中间件为用户服务层提供服务，并利用m t s ( m i c r o s o f t t r a n s a c t i o ns e r v e 0 服务器来管 理这些c o m 中间件。利用d c o m 和c o m 组件技术为系统提供客户端、中间层和数 据服务层的服务。其体系结构如图3 1 所示。 lw i n d o w s 朋户w i n d o w s 用户l e 朋户1 e 用户 a c t i v e x 控件、c o m f 。 客户端 ttl lli 、 ，中间居 业务服务组 ，| ：网络服务器 ( d c o m c o m ) a s p 页面 i 系统设备 利用保养备件维修 维修 管理 管理管理管理 管理 决策 管理 m t s ( c o m ) 组件 组件 组件组件 组件 组件 组件 查询、检索组建 t ii 数据服务层 存储过程、视图、触发器、表 i e d s s 南南囱 图3 1 设街维修管理与决策支持系统体系结构 第1 3 页 设备维修管理决策支持系统的研究与开发 ( 1 ) 数据库服务器：采用市场流行的大型关系数据库管理系统，实现海量存储， 支持多种类型的数据库，如：s q l s e r v e r 、o r a c l e 等，并且支持同时使用异种 数据源。为整个企业信息系统的集成提供了强有力的支持。数据库服务器端主要负责 数据的存储、检索，并为数据提供完整性、安全性控制，为企业数据提供有力的安全 保障。 在进行客户、服务器的功能分配设计时，对一些较复杂的商务规则，写成存储过 程，将其作为一个对象提交到服务器上。由于存储过程调用一次后，其编译后的代码 放在关系数据库的s g a ( 共享全局区用于客户端进程之间及与后台进程之间进行通信) 中。因此以后执行此存储过程速度将很快，并且各个客户端可共享此存储过程。这样 做大大提高了整个系统的性能。 ( 2 ) 中问层服务器：包含了封装了业务逻辑的组件，设备维修管理与决策支持 系统的大部分的计算工作在此完成。首先，中问层同数据库打交道，维护同数据库的 连接，采用“数据缓冲”和“代理连接”，保证只有较少数量的用户数据连接，接着、 将数据按照一定的规则打包成业务对象数据，最后将其传向客户端。中间层拥有自己 的内存和c p u ，并且可根据不同应用需要进行分布式计算。所以能够提供较高性能 的数据库应用。 ( 3 ) 客户端：在三层结构中的客户端只是用户的界面外壳，不具有任何的复杂 计算，它需要做的工作就是将中间层传入的业务对象数据放置在界面和控制用户的键 盘鼠标操作。因此它可以有多种形式，如图形窗体、浏览器等。在这里我们可以看到 网络服务器作为数据库应用客户端的一部分。网络服务器和浏览器的组合作为客户 端。因此，设备维修管理与决策支持系统具有两种不同的用户交互界面，g u i ( g o o d u s e ri n t e r f a c e ) 和w e b b r o w s e r 。用户可以根据自己的喜好和工作性质来选用不 同的客户端。例如：需要大量录入数据的人员( 数据采集人员) 可选用键盘、鼠标控 制灵活的g u i 客户端，操作方便：数据分析人员需要做的只是用鼠标点击，会喜欢 b r o w s e r 客户端；g u i 适合局域网用户使用，如果是远程用户则可以通过 b r o w s e r 客户端访问财务数据。 3 2 设备维修管理与决策支持系统的功能设计 依据企业设备管理总体需求，设备维修管理与决策支持系统需要完成对企业的设 备、备件、保养、维修等的管理，其总体功能结构如图3 2 所示。 第1 4 页 南京航空航天大学硕士学位论文 设藉维修管理与决策支持系统 系 统 管 理 3 2 1 系统管理 基 础 数 据 管 理 设 备 利 用 管 理 设 备 保 养 管 理 设 备 备 件 管 理 维 修 决 策 设 备 维 修 管 理 图3 2 设备维修管理与决策支持系统功能结构图 系 统 帮 助 系统管理模块保障系统的安全性、数掘的一致性，它由权限控制、系统设置、数 据管理三部分组成。 ( 1 ) 权限控制 权限控制部分用于对操作人员的权限进行控制，由于设备维修管理与决策支持系 统可能有多种不同角色的人员进行登陆与操作，需要对不同的人员赋予不同的权限， 以保证系统的安全性和数据的一致性：由系统管理员决定操作人员的名单和权限，操 作人员通过修改密码来实现安全机制，系统禁止没有权限的用户登陆，并对操作人员 的登陆情况进行详细的记录。 ( 2 ) 系统设置 系统设罱部分用于让操作人员对设备维修管理与决策支持系统的操作环境设置、 打印设置等功能。 ( 3 ) 数据管理 数据管理管理部分用与对数据库进行维护、备份、恢复等操作。 3 2 2 设备基础数据管理 设备基础数据管理模块完成设备基础数据管理，它由设备基本信息、设备购置管 理、设备调动管理三个个部分组成。 ( 1 ) 设备基本信息 设备基础数据部分记录了设备资产信息，设备技术资料，设备管理的规章制度等。 ( 2 ) 设备购置管理 第1 5 页 墼鱼丝堡笪堡达箜塞鲎墨竺塑婴窒量茎垄 一一 设备购置管理主要指管理与设备采购相关的过程，包括年新增设备购置计划、设 备丌箱验收、设备安装调试、设备及其付款资金计划和固定资产交接等一系列管理过 程。 ( 3 ) 设备调动管理 设备调动管理主要对设备报废和设备封存进行管理，包括固定资产报废、鉴定报 废设备、处理设备调动、通知设备封存( 启用) 、申请办理固定资产手续等管理过程。 3 2 3 设备利用管理 设备利用管理部分可以查询设备概况，了解设备的各种信息，统计设备使用台时， 计算设备的利用率，分析设备的使用潜能等。 ( 1 ) 设备利用查询 设备利用管理部分用于管理人员查询设备利用情况、设备维修情况、设备累计开 机时间、设备累计运行时间、设备累计故障机时、设备累计停用台时。 ( 2 ) 月设备利用统计 月设备利用统计用于对车间每个月的设备利用、保养、维修状况进行统计。 ( 3 ) 设备能力分析 设备能力分析部分用于管理人员对设备生产能力进行分析。 3 2 4 设备保养管理 二级保养是以维修工人为主，操作工人参加，对设备进行内部清