韋燚，吳波

（上海振華重工(集團(tuán))股份有限公司，上海 200125）

0　引言

在碼頭作業(yè)過(guò)程中，除了設(shè)備精確高效地運(yùn)作，對(duì)機(jī)械設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)、設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的分析、操作人員的管理也占據(jù)著十分重要的地位。隨著港口自動(dòng)化程度的不斷提高，智能維保系統(tǒng)的應(yīng)用是自動(dòng)化碼頭發(fā)展的趨勢(shì)，也是自動(dòng)化水平提升的重要標(biāo)志。原有的線下維保管理系統(tǒng)逐漸滿足不了用戶的需求，為了滿足自動(dòng)化碼頭發(fā)展的需求，更好的為客戶提供服務(wù)，迫切需要一種能針對(duì)碼頭設(shè)備的智能維保系統(tǒng)，能夠使整個(gè)碼頭的業(yè)務(wù)流程數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)化、自動(dòng)化。

當(dāng)前大多數(shù)碼頭企業(yè)還在采用計(jì)劃維修保養(yǎng)的方式[1]，定期的對(duì)起重機(jī)設(shè)備及部件進(jìn)行定期的檢查和保養(yǎng)，沒(méi)有考慮到設(shè)備的實(shí)際使用情況及其真實(shí)的健康狀態(tài)，也造成了時(shí)間和人力物力的浪費(fèi)。智能維保系統(tǒng)是針對(duì)岸橋、輪胎吊等港口機(jī)械設(shè)備，科學(xué)地提出設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)計(jì)劃，對(duì)備品備件的品種和數(shù)量做出合理規(guī)劃。這種預(yù)測(cè)性的維修模式，具有減少起重機(jī)的計(jì)劃外停機(jī)次數(shù)和時(shí)間，提高維修效率，人員管理效率，降低維修成本等優(yōu)點(diǎn)[2-4]。

1　系統(tǒng)架構(gòu)

本系統(tǒng)基于振華重工自主研發(fā)的ZPMC WEB SCADA與ZPMC OPC UA軟件研發(fā)而成，提供全方位港口機(jī)械設(shè)備故障報(bào)修、日常維保、關(guān)鍵績(jī)效分析、人員管理等功能，包括緊急維修、維護(hù)保養(yǎng)、備件庫(kù)、基礎(chǔ)信息維護(hù)、關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)、臨時(shí)任務(wù)六大模塊。

1.1　系統(tǒng)邏輯架構(gòu)

相較于C/S（即Client/Server）結(jié)構(gòu)而言，B/S（即Browser/Server）結(jié)構(gòu)提供了一種包含客戶、WEB服務(wù)器以及應(yīng)用服務(wù)器的三層結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，數(shù)據(jù)的傳輸由WEB服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器完成，減少了系統(tǒng)開發(fā)人員該方面的工作量[5]。其次，該系統(tǒng)不需要安裝本地服務(wù)器或者軟件，直接通過(guò)瀏覽器或者APP便可查看碼頭設(shè)備運(yùn)行情況，用戶體驗(yàn)感增強(qiáng)。

智能維保系統(tǒng)整體采用B/S架構(gòu)，用戶可以通過(guò)網(wǎng)頁(yè)和移動(dòng)端登錄系統(tǒng)，不僅有利于用戶使用，也有利于系統(tǒng)的升級(jí)維護(hù)；讓用戶從原有繁重的客戶端系統(tǒng)和復(fù)雜的線下操作方式中解放出來(lái)。系統(tǒng)采用層級(jí)架構(gòu)，各層之間設(shè)計(jì)使用松散耦合，從技術(shù)層面分為六層，如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)邏輯架構(gòu)圖Fig.1 System logical architecture diagram

(1) 數(shù)據(jù)源層

數(shù)據(jù)源層包括起重機(jī)機(jī)構(gòu)傳感器數(shù)據(jù)，起重機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)，設(shè)備數(shù)據(jù)，第三方系統(tǒng)數(shù)據(jù)如維修記錄、TOS數(shù)據(jù)等。

(2) 數(shù)據(jù)采集層

對(duì)應(yīng)不同數(shù)據(jù)源采用不同的通訊協(xié)議或者工具采集。其中振華重工自主研發(fā)的OPC UA支持各類驅(qū)動(dòng)及通訊協(xié)議，負(fù)責(zé)采集底層數(shù)據(jù)；OPC UA支持Kafka將數(shù)據(jù)及文件通過(guò)消息機(jī)制發(fā)送給數(shù)據(jù)服務(wù)器。

(3) 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

對(duì)系統(tǒng)涉及的機(jī)械設(shè)備信息、備件品信息、人員信息、維護(hù)保養(yǎng)信息采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行樹形結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)，和上次數(shù)據(jù)分析層對(duì)接，提供高性能的數(shù)據(jù)存取服務(wù)。

(4) 數(shù)據(jù)分析

對(duì)于維護(hù)保養(yǎng)模塊，采用自動(dòng)排程算法，科學(xué)排程，減少人工排程工作量及錯(cuò)誤排程。對(duì)于人員排班，采用科學(xué)排班算法，及時(shí)反饋人員狀態(tài)，請(qǐng)假或者在崗。對(duì)于Alarm故障點(diǎn)，采用科學(xué)關(guān)聯(lián)，自動(dòng)關(guān)聯(lián)生成維修工單。

(5) 業(yè)務(wù)層

提供包含緊急維修、維護(hù)保養(yǎng)、備件庫(kù)、關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)、基礎(chǔ)信息、臨時(shí)任務(wù)在內(nèi)的六大業(yè)務(wù)。

(6) 展示層

最終用戶通過(guò)瀏覽器或移動(dòng)端訪問(wèn)智能維保系統(tǒng)，在線填報(bào)、查看維修維保進(jìn)度，并將各類數(shù)據(jù)分析結(jié)果以圖表、報(bào)表等形式呈現(xiàn)。

1.2　系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

智能維保系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)包括了數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，WEB服務(wù)器，管理員工作站，智能維保平臺(tái)（PC移動(dòng)客戶端）。

圖2　系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖Fig.2 System network architecture diagram

(1) 數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器

負(fù)責(zé)各種數(shù)據(jù)的存貯，數(shù)據(jù)包括關(guān)系型數(shù)據(jù)以及非關(guān)系型數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)內(nèi)容包括采集的傳感器物理信號(hào)，故障數(shù)據(jù)，設(shè)備參數(shù)，維修數(shù)據(jù)等，是整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心。

(2) WEB服務(wù)器

負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的分析處理及可視化業(yè)務(wù)。實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備智能維保、維保人員自動(dòng)排班、關(guān)鍵績(jī)效分析等。

(3) 智能維保平臺(tái)

支持在線報(bào)修，維護(hù)保養(yǎng)進(jìn)度跟蹤，備件品領(lǐng)取，臨時(shí)任務(wù)報(bào)修及進(jìn)度跟蹤，機(jī)械設(shè)備績(jī)效分析等。提供專家?guī)煲约芭c電氣信息、健康診斷系統(tǒng)的接口。對(duì)用戶提供PC端瀏覽器訪問(wèn)及移動(dòng)端APP訪問(wèn)。

2　智能維保系統(tǒng)

2.1　模塊設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)碼頭對(duì)機(jī)械設(shè)備的維保大多采用計(jì)劃式線下維保方式，針對(duì)日常維保任務(wù)，維保主管將每次所需保養(yǎng)的設(shè)備信息及維保內(nèi)容打印成冊(cè)，維保人員領(lǐng)取后對(duì)應(yīng)紙上計(jì)劃內(nèi)容一一作業(yè)。針對(duì)緊急維修任務(wù)，采用口頭傳達(dá)方式，維修人員根據(jù)自身經(jīng)驗(yàn)完成任務(wù)并填寫工單，主管再對(duì)照驗(yàn)收。針對(duì)備件領(lǐng)取，由于現(xiàn)場(chǎng)急需及領(lǐng)料手續(xù)繁瑣，不得不先領(lǐng)取備件急用，過(guò)后再補(bǔ)領(lǐng)料手續(xù)等等。這些不僅影響機(jī)器的作業(yè)效率，降低維保的可靠性，也不可避免地重復(fù)做計(jì)劃排程工作，降低效率。智能維保系統(tǒng)通過(guò)WEB瀏覽器及手機(jī)APP部署，使操作員及主管可以隨時(shí)隨地分派和獲取任務(wù)，提高維?？煽啃约皩?shí)時(shí)性。同時(shí)，本系統(tǒng)對(duì)岸橋、輪胎吊等港口機(jī)械設(shè)備，在維修保養(yǎng)、備件存取、人員績(jī)效、權(quán)限管理、臨時(shí)任務(wù)等流程設(shè)計(jì)包括緊急維修、維護(hù)保養(yǎng)、備件庫(kù)、關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)（KPI）、基礎(chǔ)信息維護(hù)和臨時(shí)任務(wù)在內(nèi)的六大模塊：

(1) 緊急維修模塊

該模塊提供用戶針對(duì)港口設(shè)備故障進(jìn)行在線報(bào)修、派工、完工驗(yàn)收整套流程。實(shí)時(shí)監(jiān)控采集的故障信息自動(dòng)關(guān)聯(lián)形成待派工工單，派工人員可按需分派工單。維修完工填寫的人工耗時(shí)、能源損耗將作為港口人員與設(shè)備績(jī)效考量的重要指標(biāo)。通過(guò)與WEB SCADA對(duì)接，故障信息可自動(dòng)管理至維修工單，進(jìn)入維修流程。

(2) 維護(hù)保養(yǎng)模塊

該模塊針對(duì)設(shè)備日常保養(yǎng)自動(dòng)生成保養(yǎng)工單，以及一套完成的派工、保養(yǎng)、驗(yàn)收流程。自動(dòng)排程算法根據(jù)碼頭用戶規(guī)則產(chǎn)生日計(jì)劃、周計(jì)劃、月計(jì)劃等。同樣，維保產(chǎn)生的能耗、人工耗時(shí)也作為績(jī)效考量的重要指標(biāo)。

(3) 備件庫(kù)模塊

該模塊提供備件入庫(kù)、領(lǐng)料申請(qǐng)及審批流程，記錄備件品的庫(kù)存信息以及入庫(kù)、出庫(kù)記錄，及時(shí)提醒采購(gòu)部對(duì)短缺備件品進(jìn)行采購(gòu)。

(4) 臨時(shí)任務(wù)模塊

該模塊提供非緊急維修、日常維護(hù)的臨時(shí)任務(wù)流程，記錄突發(fā)任務(wù)或企業(yè)額外服務(wù)等。

(5) 關(guān)鍵績(jī)效模塊

該模塊根據(jù)上述采集數(shù)據(jù)，形成機(jī)械設(shè)備效率、能耗分析，港口人員績(jī)效分析，采用直觀的折線圖、餅圖、柱狀圖等展示港口維保過(guò)程的績(jī)效信息。

(6) 基礎(chǔ)信息模塊

該模塊用于管理用戶基礎(chǔ)信息，權(quán)限信息，能源信息，機(jī)器信息。

2.2　核心算法

該系統(tǒng)的核心算法優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)于自動(dòng)排程算法，高效智能地對(duì)維保周期不同在不同時(shí)刻生成不同維保工單，大大減少了計(jì)劃式排班的工作量，減少任務(wù)遺漏，準(zhǔn)時(shí)準(zhǔn)確地派發(fā)維保任務(wù)。排程內(nèi)容包括：維保設(shè)備名稱、標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)、周期、維保項(xiàng)目、派工人員、上次任務(wù)完成日期、最新排程日期。業(yè)務(wù)邏輯上，自動(dòng)排程計(jì)劃分為日計(jì)劃、周計(jì)劃、月計(jì)劃、季度計(jì)劃、半年計(jì)劃、年計(jì)劃，程序上分為日計(jì)劃、周計(jì)劃、月計(jì)劃，1季度=3個(gè)月，半年=6個(gè)月，1年=12個(gè)月，以此類推。自動(dòng)排程算法考慮智能維保系統(tǒng)首次啟動(dòng)時(shí)，正常運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)更新時(shí)三種情況：

(1) 智能維保系統(tǒng)首次啟動(dòng)

從啟動(dòng)日期計(jì)算，自動(dòng)排程算法默認(rèn)給出所有下一周期計(jì)劃。

(2) 系統(tǒng)正常運(yùn)行

系統(tǒng)按照計(jì)劃默認(rèn)生成維保工單，日計(jì)劃于每天晚上12點(diǎn)生成第二天工單，周計(jì)劃于每周二晚12點(diǎn)生成下周工單，月計(jì)劃于每月15號(hào)晚12點(diǎn)生成下月工單，季度計(jì)劃于3月1日、6月1日、9月1日、12月1日晚12點(diǎn)生成下個(gè)季度工單，半年計(jì)劃于5月15號(hào)、11月15號(hào)晚12點(diǎn)生成下半年工單，年計(jì)劃于11月1日晚12點(diǎn)生成次年工單。

(3) 系統(tǒng)更新

系統(tǒng)更新導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫(kù)更新時(shí)，默認(rèn)生成下個(gè)周期所有計(jì)劃工單。也可根據(jù)實(shí)際情況忽略某個(gè)工單的某個(gè)任務(wù)，系統(tǒng)會(huì)在下次生成任務(wù)中恢復(fù)并提醒。

2.3　系統(tǒng)效益

(1) 經(jīng)濟(jì)層面

對(duì)系統(tǒng)提供者來(lái)說(shuō)，通過(guò)智能維保平臺(tái)達(dá)到對(duì)現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械設(shè)備的維護(hù)管理，可以減少系統(tǒng)維護(hù)工程師到現(xiàn)場(chǎng)的費(fèi)用和時(shí)間，大大節(jié)省了人力物力成本，也能快速提供系統(tǒng)更新維護(hù)服務(wù)。對(duì)碼頭客戶來(lái)說(shuō)，通過(guò)瀏覽器或手機(jī)APP智能維保平臺(tái)，準(zhǔn)確有效的分派、完成、驗(yàn)收維修維保任務(wù)，加快設(shè)備維修維保流程，減少設(shè)備故障帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失。通過(guò)智能維保平臺(tái)提供的知識(shí)庫(kù)，有助于設(shè)備維修維保的高效復(fù)用等，實(shí)現(xiàn)為碼頭客戶及系統(tǒng)開發(fā)維護(hù)者提供雙贏服務(wù)[6-8]。

(2) 管理層面

通過(guò)對(duì)已有的OPC數(shù)據(jù)的以及WEB SCADA技術(shù)二次開發(fā)利用，基于智能維保系統(tǒng)的模塊設(shè)計(jì)及算法設(shè)計(jì)，為碼頭用戶提供人員、能耗、設(shè)備、備件管理，并通過(guò)豐富的圖表了解碼頭的生產(chǎn)效率，能耗占比以及人員績(jī)效等信息，拓展了機(jī)械設(shè)備維保的應(yīng)用，填補(bǔ)了碼頭該領(lǐng)域的市場(chǎng)空白，進(jìn)一步提高了碼頭業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)輕量化的管理水平[9-11]。

2.4　系統(tǒng)效果

該系統(tǒng)已交于上海振華重工國(guó)際集團(tuán)試運(yùn)行，系統(tǒng)根據(jù)碼頭設(shè)備維保類型（STSRTGAGV）、故障類型（機(jī)械、電氣、其他）進(jìn)行人員權(quán)限分配，各角色根據(jù)具體職能分配不同權(quán)限，使整個(gè)維保信息流可以在不同角色中高效流通，提高維保的效率。圖3為智能維保主界面，操作人員可以監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，瀏覽故障信息。圖4是故障報(bào)修界面，操作人員可以通過(guò)此界面實(shí)時(shí)報(bào)修設(shè)備故障，提交派工主管。圖5是日常保養(yǎng)派工列表界面，派工人員將任務(wù)分派至相應(yīng)維保人員，開始維保。圖6是機(jī)器效率界面，用戶可根據(jù)此界面了解一段時(shí)間內(nèi)設(shè)備的作業(yè)效率等。

圖3　智能維保主界面Fig.3 Intelligent maintenance main interface

圖4　故障報(bào)修界面Fig.4 Fault repair interface

圖5　維護(hù)保養(yǎng)派工列表界面Fig.5 Maintenance dispatch list interface

圖6　機(jī)器效率界面Fig.6 Machine efficiency interface

3　結(jié)語(yǔ)

碼頭業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)輕量化是傳統(tǒng)碼頭向自動(dòng)化碼頭發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)，智能維保系統(tǒng)能夠減少集裝箱岸橋的計(jì)劃外停機(jī)次數(shù)和時(shí)間，降低設(shè)備維修難度，降低維修成本，提高人員、資源管理效率。傳統(tǒng)的計(jì)劃式維保模式對(duì)發(fā)展迅速的碼頭機(jī)械設(shè)備，合作化的碼頭管理模式越來(lái)越不適應(yīng)。本文提出的基于B/S結(jié)構(gòu)的智能維保系統(tǒng)可以很好的解決這些問(wèn)題。我們將專家知識(shí)庫(kù)、碼頭監(jiān)控診斷信息、自動(dòng)排程算法等科學(xué)方法融合與WEB技術(shù)中[12-13]，給碼頭機(jī)械設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)、日常管理提供了一個(gè)很好的技術(shù)方案。

[1] 封偉. 淺談龍門式起重機(jī)的應(yīng)用和維修[J]. 中國(guó)高新技術(shù)企業(yè),2014(21):250-251.

FENG Wei. Discussion on the application and maintenance of gantry crane[J]. China high-tech enterprise,2014(21):250-251.

[2] 袁立祥, 李杰, 欒良龍, 等.馬來(lái)西亞SCS動(dòng)車組維保模式及平臺(tái)建設(shè)探索與研究[J].電力機(jī)車與城軌車輛,2013,36(4):74-77.YUAN Li-xiang, LI Jie, LUAN Liang-long, et al. Exploration and research on maintenance mode and platform construction of Malaysian SCS EMU[J]. Electric locomotive and mass transition,2013,36(4):74-77.

[3] 吳曉勇.橋式起重機(jī)故障分析與監(jiān)控系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)[D]. 武漢: 武漢輕工大學(xué), 2014.

WU Xiao-yong. Design of fault analysis and monitoring system for bridge crane[D].Wuhan:Wuhan Polytechnic University,2014.[4] 卓宏明.基于模糊Petri網(wǎng)的門式起重機(jī)故障診斷專家系統(tǒng)研究[J].機(jī)械管理開發(fā),2015(3):7-10.

ZHUO Hong-ming. Research on fault diagnosis expert system of gantry crane based on fuzzy Petri net[J]. Mechanical Management Development,2015(3):7-10.

[5] 鄭成增, 陳志鋒, 王延珍. WEB數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)分析研究[J]. 計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用,2000(8):106-108.ZHENG Cheng-zeng,CHEN Zhi-feng,WANG Yan-zhen. Analysis and research of web database technology[J]. Computer Engineering and Applications,2000(8):106-108.

[6] 王志棟, 胡鋼.船舶智能管理平臺(tái)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].新型工業(yè)化,2017,7(11):57-62.

WANG Zhi-dong, HU Gang. Design of Hardware System for Ship Intelligent Management Platform[J]. The Journal of New Industrializati on,2017,7(11):57-62.

[7] 樓應(yīng)候, 蔣亞南. 機(jī)械設(shè)備故障診斷與監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)[J]. 機(jī)床與液壓,2002(4):8-10.LOU Ying-hou, JIANG Ya-nan. Development trend of fault diagnosis and monitoring technology for mechanical equipment[J]. Machine Tool& Hydraulics,2002(4):8-10.

[8] 馬費(fèi)成, 靖繼鵬. 信息經(jīng)濟(jì)分析[M].北京:科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社,2005: 56-57.MA Fei-cheng, JING Ji-peng. Information Economy Analysis[M]. Beijing:Science and Technology Literature,2005:56-57.

[9] 趙曉楊. 管理信息系統(tǒng)建設(shè)中系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的特性與實(shí)踐[J].計(jì)算機(jī)輔助工程,2002, 11(3):73-78.ZHAO Xiao-yang. Characteristics and practice of system architecture in management information system construction[J].Computer Aided Engineering,2002, 11(3):73-78.

[10] 劉希宋,王輝坡. 現(xiàn)代設(shè)備管理的新趨勢(shì)[J].設(shè)備管理與維修,2005(1):8-9.LIU Xi-song,WANG Hui-po. New trends in modern equipment management[J]. Equipment Management and Maintenance,2005(1):8-9.

[11] 郭燕,周廷美. 港口機(jī)械設(shè)備管理現(xiàn)代化研究[J].交通企業(yè)管理,1996(12):21-22.GUO Yan, ZHOU Ting-mei. Research on modernization of port machinery and equipment management[J].Traffic Management, 1996 (12):21-22.

[12] 劉曉光, 陳偉彬, 吳勤勤. WEB SERVICE技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化中的應(yīng)用[J]. 電氣時(shí)代,2013(7):34-36.LIU Xiao-guang, CHEN Wei-bin, WU Qin-qin. Application of WEB Service technology in industrial automation [J]. Electrical Age,2013(7):34-36.

[13] 周珺. 科技信息化與企業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展[J]. 新型工業(yè)化,2016,6(12):77-80.ZHOU Jun.The Importance of Science & Technology Informatization in the Innovation and Development[J].The Journal of New Industrialization,2016,6(12):77-80.