设备维护与过程监控的集成信息系统应用技术研究
|
摘要
未来制造业市场的基本特征是不确定性，表现为动态多变和不可预期。国际化或全球化是未来市场的重要特征，面对上述市场特征，制造企业为赢得竞争优势，必须从组织结构到生产方式发生巨大变化，采用先进的制造技术。在这种情况下，敏捷制造(Agile Manufacturing)和分散网络化制造(Distrute Network Manufacturing)等先进制造模式及使能技术得以迅速发展和广泛运用。上述变化引发企业需要建立一种面向制造过程的监控系统，对生产系统和运营的状况等信息流程进行监督和控制，这既是新模式下生产系统的根本需求，也是先进制造信息平台建设的基本要求。
目前的过程监控系统一般是针对设备状态劣化的过程的监控，涉及对制造过程状态的监测尚研究的甚少。本文认为，对过程的监控的基本内涵应当至少包含两个方面内容，一是对以时间为核心的过程性能的监控；二是对过程中各要素(人、信息、工具以及环境等)及其相互关系演化过程的监控。同理，对制造过程的监控也应当包含上述两个层面。一是对生产系统中设备状态的监控，另一方面是对制造过程中的相关流程信息的监控。
本文首先对设备维护理念的发展以及网络化制造模式进行了综述。通过上述的分析，得出了网络化制造模式的兴起，需要网络化的可重构制造系统的支撑，由于网络化可重构制造系统和传统的制造系统的差异对设备维护系统提出了新的需求。
本文应用维护系统与企业集成的二维关系图，阐明了企业集成的发展，需要相应的制造系统的支撑，也需要相应的维护系统的支持，需要上述系统的网络化、智能化和集成化。论文根据维护理念的发展和企业集成的需求，在对目前广泛应用的设备维护系统的缺陷进行深入分析的基础上，提出了一种开放架构的智能化的设备维护系统，实现了设备维护与企业其他系统的信息集成。研究针对组成联盟的不同的生产系统(常规系统和应急系统)的设备维护的需求，提出了不同的解决方案，在此基础上，通过对开放架构的智能化设备维护系统的功能扩展，提出了网络化可
摘要
三.里皿.里.皿州用早皿口口皿巨
重构制造系统的设备维护体系。将设备监控与过程监控功能的集成，实现对制造全
过程的监控，是实施敏捷制造和网络化制造的前提。网络化制造模式特征之一，是
制造活动分散在不同的主体中进行，项目实施过程中的任意一个环节问题，都可能
影响整个网络制造过程的有效运作。因此，必须建立一种面向制造全过程的监控系
统，实现对制造活动中相关状态信息的有效监控，实现对项目运作的有效管理与控
制，保证动态联盟的效益。本文通过探寻设备维护系统与网络化制造体系的集成的
需求，提出了二者的集成体系。在此基础上，首次就网络化制造中的设备维护与过
程监控的集成技术进行了研究，建立了一种设备监控与过程监控的集成信息体系架
构。
针对上述分布式的集成信息系统的结构，本文对其中的数据采集、集中处理和
分发技术进行了重点研究。由于消息机制可以有效地解决分布式系统中的协调问题，
本文引入消息机制，并结合依托项目国家863重大项目《基于制造资源优化配置的
制造过程管理系统》(项目编号2001AA412020)，进行了系统工作流程和软件系统
的设计与开发，初步实现了网络化制造的可视化过程监控，在此基础上，通过软件
开发，实现网络化制造的设备维护与过程监控的信息集成。
随着^sP(A即一ieation serviee provider，Asp)服务模式的不断发展，专门的
服务外包己经逐渐成为一种新的发展趋势，设备维护也将会发展到专业ASP应用服
务模式。本文通过对ASP服务模式的现状、发展趋势及其特点的分析，提出了采用
维护服务数据中心模式，扩展本文提出的网络化可重构制造系统的设备维护体系。
在此基础上，对ASP服务模式下的设备维护服务的基础架构进行了研究，分析了其
基本架构，并建立了ASP服务模式下的设备维护体系架构。
It is an. essential characteristic that the future manufacturing market should be uncertainty, which appears dynamic change and unexpectedness. The internationalization and globalization have become another key characters of the future market. Due to the above changes, the manufacturing enterprises who want to win the dominance of the competition, is forced to make great evolutions both in the organization structure and production mode, as well as adopting the advanced manufacturing technologies. Advanced manufacturing mode such as Agile Manufacturing and Distributed Network Manufacturing has been developed and widely used. Suit to above manufacturing architecture, manufacturing enterprises need to build supervisory and control system for enhancing supervising and controlling to the manufacturing system and business process, which faced to the whole manufacturing process. Therefore, this is the basic need of both Manufacturing System (MS) and the information platform of the advanced manufacturing architecture in manufacturing industry.
Currently, the research on the monitor and control systems is focused on the equipment conditions degradation, and ignore the monitor of manufacturing process. It's my belief that two aspects of process monitor and control should be concerned at least: one is the control of process performance which is based on time; the other, elements in the process (person, information, technology, environment and so on) and the changes of the relationships. From this point of view, the supervisory and control to the manufacturing process should also involve the two aspects mentioned above. One is to monitor and control the equipments condition in the MS, the other is to supervise and control the process.
According to the progress of Networked manufacturing, a Network-based Reconfigurable Manufacturing system (NRMS) is needed. There are some difference between the NRMS and the traditional MS such as the manufacturing resource ownership and the process distribution which led to the idea evolution of equipment maintenance.
In this paper, we discuss the relationship between maintenance system and enterprise integration, and conclude the following , with the progress of the enterprise integration, a kind of the network-based, more
intelligence integrated system of MS and the maintenance systems would be needed. According to the needs of maintenance exoterica and the enterprise integration, we put forward an intellectual equipment maintenance system (IEMS) framework, through which implement the integration of equipment maintenance system and the other information systems used in manufacturing enterprise. We research on the need of different manufacturing units, normal systems and the emergency systems, then provide some different solutions. As the result, the integration methodology of IEMS is expanded to NRMS Equipment Maintenance System (NREMS).
In a NRMS, all the processes are fulfilled in distributed units, the whole manufacturing system will be break down while malfunctions happen, so it is very important to set up a Manufacturing Process Supervisory and Control System (MPSCS) to control the whole manufacturing process. In this paper, firstly, we discuss needs of the integration of the equipment maintenance system and the network manufacturing system, then analysis the integration of the two systems. Secondly, we research the integration technology and set up an information integration system of equipment maintenance system and MPSCS. Thirdly, we mainly research on the data collection, central manipulate and distribute technologies of the information integration system. It is also our contribution to introduce message mechanism into the system to improve the coordinative performance in distributed systems. Finally, we develop a software to illustrator the visual MPSCS in the network manufacturing architecture, which relied on our supporting project- Manufacturing Resource Optimize Based Manufacturing Process Management System which is sponsored by the national 863 plan,(project No.
目前的过程监控系统一般是针对设备状态劣化的过程的监控，涉及对制造过程状态的监测尚研究的甚少。本文认为，对过程的监控的基本内涵应当至少包含两个方面内容，一是对以时间为核心的过程性能的监控；二是对过程中各要素(人、信息、工具以及环境等)及其相互关系演化过程的监控。同理，对制造过程的监控也应当包含上述两个层面。一是对生产系统中设备状态的监控，另一方面是对制造过程中的相关流程信息的监控。
本文首先对设备维护理念的发展以及网络化制造模式进行了综述。通过上述的分析，得出了网络化制造模式的兴起，需要网络化的可重构制造系统的支撑，由于网络化可重构制造系统和传统的制造系统的差异对设备维护系统提出了新的需求。
本文应用维护系统与企业集成的二维关系图，阐明了企业集成的发展，需要相应的制造系统的支撑，也需要相应的维护系统的支持，需要上述系统的网络化、智能化和集成化。论文根据维护理念的发展和企业集成的需求，在对目前广泛应用的设备维护系统的缺陷进行深入分析的基础上，提出了一种开放架构的智能化的设备维护系统，实现了设备维护与企业其他系统的信息集成。研究针对组成联盟的不同的生产系统(常规系统和应急系统)的设备维护的需求，提出了不同的解决方案，在此基础上，通过对开放架构的智能化设备维护系统的功能扩展，提出了网络化可
摘要
三.里皿.里.皿州用早皿口口皿巨
重构制造系统的设备维护体系。将设备监控与过程监控功能的集成，实现对制造全
过程的监控，是实施敏捷制造和网络化制造的前提。网络化制造模式特征之一，是
制造活动分散在不同的主体中进行，项目实施过程中的任意一个环节问题，都可能
影响整个网络制造过程的有效运作。因此，必须建立一种面向制造全过程的监控系
统，实现对制造活动中相关状态信息的有效监控，实现对项目运作的有效管理与控
制，保证动态联盟的效益。本文通过探寻设备维护系统与网络化制造体系的集成的
需求，提出了二者的集成体系。在此基础上，首次就网络化制造中的设备维护与过
程监控的集成技术进行了研究，建立了一种设备监控与过程监控的集成信息体系架
构。
针对上述分布式的集成信息系统的结构，本文对其中的数据采集、集中处理和
分发技术进行了重点研究。由于消息机制可以有效地解决分布式系统中的协调问题，
本文引入消息机制，并结合依托项目国家863重大项目《基于制造资源优化配置的
制造过程管理系统》(项目编号2001AA412020)，进行了系统工作流程和软件系统
的设计与开发，初步实现了网络化制造的可视化过程监控，在此基础上，通过软件
开发，实现网络化制造的设备维护与过程监控的信息集成。
随着^sP(A即一ieation serviee provider，Asp)服务模式的不断发展，专门的
服务外包己经逐渐成为一种新的发展趋势，设备维护也将会发展到专业ASP应用服
务模式。本文通过对ASP服务模式的现状、发展趋势及其特点的分析，提出了采用
维护服务数据中心模式，扩展本文提出的网络化可重构制造系统的设备维护体系。
在此基础上，对ASP服务模式下的设备维护服务的基础架构进行了研究，分析了其
基本架构，并建立了ASP服务模式下的设备维护体系架构。
It is an. essential characteristic that the future manufacturing market should be uncertainty, which appears dynamic change and unexpectedness. The internationalization and globalization have become another key characters of the future market. Due to the above changes, the manufacturing enterprises who want to win the dominance of the competition, is forced to make great evolutions both in the organization structure and production mode, as well as adopting the advanced manufacturing technologies. Advanced manufacturing mode such as Agile Manufacturing and Distributed Network Manufacturing has been developed and widely used. Suit to above manufacturing architecture, manufacturing enterprises need to build supervisory and control system for enhancing supervising and controlling to the manufacturing system and business process, which faced to the whole manufacturing process. Therefore, this is the basic need of both Manufacturing System (MS) and the information platform of the advanced manufacturing architecture in manufacturing industry.
Currently, the research on the monitor and control systems is focused on the equipment conditions degradation, and ignore the monitor of manufacturing process. It's my belief that two aspects of process monitor and control should be concerned at least: one is the control of process performance which is based on time; the other, elements in the process (person, information, technology, environment and so on) and the changes of the relationships. From this point of view, the supervisory and control to the manufacturing process should also involve the two aspects mentioned above. One is to monitor and control the equipments condition in the MS, the other is to supervise and control the process.
According to the progress of Networked manufacturing, a Network-based Reconfigurable Manufacturing system (NRMS) is needed. There are some difference between the NRMS and the traditional MS such as the manufacturing resource ownership and the process distribution which led to the idea evolution of equipment maintenance.
In this paper, we discuss the relationship between maintenance system and enterprise integration, and conclude the following , with the progress of the enterprise integration, a kind of the network-based, more
intelligence integrated system of MS and the maintenance systems would be needed. According to the needs of maintenance exoterica and the enterprise integration, we put forward an intellectual equipment maintenance system (IEMS) framework, through which implement the integration of equipment maintenance system and the other information systems used in manufacturing enterprise. We research on the need of different manufacturing units, normal systems and the emergency systems, then provide some different solutions. As the result, the integration methodology of IEMS is expanded to NRMS Equipment Maintenance System (NREMS).
In a NRMS, all the processes are fulfilled in distributed units, the whole manufacturing system will be break down while malfunctions happen, so it is very important to set up a Manufacturing Process Supervisory and Control System (MPSCS) to control the whole manufacturing process. In this paper, firstly, we discuss needs of the integration of the equipment maintenance system and the network manufacturing system, then analysis the integration of the two systems. Secondly, we research the integration technology and set up an information integration system of equipment maintenance system and MPSCS. Thirdly, we mainly research on the data collection, central manipulate and distribute technologies of the information integration system. It is also our contribution to introduce message mechanism into the system to improve the coordinative performance in distributed systems. Finally, we develop a software to illustrator the visual MPSCS in the network manufacturing architecture, which relied on our supporting project- Manufacturing Resource Optimize Based Manufacturing Process Management System which is sponsored by the national 863 plan,(project No.
引文
[1]. K Hitomi. Mfg. Systems Engineering [M]. London: Tolyor and Framcis Ltd, 1996.
[2]．罗振璧，朱耀祥，盛伯浩，等．制造战略，系统和管理的发展[R]．北京：中国机械工程学会快速反应制造技术讲座论文，1998．7．
[3]．蒋任重．快速重组制造系统的研究[D]．北京：清华大学，1998．7．
[4]．洪锡军 远程故障诊断和纱线质量在线检测关键技术研究[博士学位论文]上海交通大学 2001
[5]．黄磊．基于Internet的远程机械故障诊断技术研究[J]．计算机自动测量与控制，2000，8(4)；P13-15
[6]. 状态维修技术http://www.gdsdxy.edu.cn/html/dl/tec/dlkj/dlkj3.htm
[7]. CIMdata Inc., CIMdata PositionPaper#20001:cPDm the key to harnessing innovation e-business world http://www.cimdata.com/positionpaperl.pdf.2000
[8]. Bloch, H.P.,and Geitner, F.K. Machinery Failure Analysis and trouble-shooting, Gulf Publishing Co.1983
[9]．李亚平 韩新民 信息化带动工业化，提升我国工程机械行业竞争力 第一届工程机械发展高层论坛论文集工程机械杂志社
[10]．范玉顺主编 工作流管理 北京 清华大学出版社 2002年
[11]．孙大涌 屈贤明等主编 先进制造技术 北京 机械工业出版社 2000年
[12]. Jay Lee et, al. Computer-Aided Maintenance Methodologies and practices Kluwer Academic Publishers 1999
[13]. Bloch, H.P. et, al. Machinery Failure Analysis And Troubleshooting. Gulf Publishing Co. 1983
[14]．杨叔子 吴波 胡春华等 网络化制造与企业集成[J]中国机械工程 第11卷第12期2000年2月
[15]．周华 杨建军 邓家盖 基于全能体的MES构建[J]制造业自动化第23卷第2期2001年2月
[16]．饶运清MES——面向制造车间的实时信息系统[J]信息技术2002年第2期
[17]．于海斌，朱云龙 可集成的制造执行系统[J] 计算机集成制造系统CIMS 第6卷第6期2000年12月
[18]．孙宇、陈杰、蒋晓春等 略论制造执行系统研究[J]高技术通讯 1999年10月
[19]．虞和济等．基于神经网络的智能诊断 北京 冶金工业出版社 2000年p3
[20]．陈杰，张功毅．基于Internet的企业远程监控系统[J]，上海师范大学学报(自然版)，1999，28(3)
[21]．王昕 熊光愣 等 并行工程过程管理和应用
[22]. McKenzie, Frederic D et, al. Integrated model-based approach for real-time online diagnosis of complex system [J]. Engineering Application of Artificial Intelligence, 1998, (2):P279-291
[23]. Deb, S; Ghoshal, s., et. al. Tele-diagnosis: Remote monitoring of large-scale systems[J]. IEEE Aerospace Conference Proceedings. 2000, (6)P18-25
[24]．蒋东翔，宋真君等．电站热力系统远程在线检测与诊断网络系统[J]．清华大学学报，2000，40(2)：P77—80
[25]. Jiang, Dongxiang et. al. Network system of remote on-line monitoring and diagnosis for thermal system in power plant[J]. Journal of Tsinghua University, 2000, (40):P7-8
[26]．何岭松，王俊峰，杨叔子．基于因特网的设备故障远程写作诊断技术[J]．中国机械工程，1999，vol10(3)：P336-338
[27]. Sang H. San, Kwei-Joy Lin et, al.《Real-Time Database Systems: Issues and Applications》chapter 1 Kluwer Academic Publishers 1997
[28]. IBM. Using innovation as your key to competitiveness. http://houns54.clearlake, ibm.com/solutions/industrial/indpub.nsf/Files/PDMII/$File/PDMII.pdf.2001
[29]. CIMdata Inc., what is cPDm?, http://www.cimdata.com/index.htm.2001
[30]．宋大虎 网络辅助设计的零件图库应用技术研究[硕士学位论文]机械科学研究院2002
[31]．张曙 分散网络化制造 北京：机械工业出版社 1999
[32]．杨海峰 面向INTERNET的滑动轴承磨损智能虚拟维护系统开发与验证[博士学位论文]机械科学研究院2 002
[33]. Jay Lee, Intelligent maintenance system, paper of University of Wisconsin-Milwaukee, 1999.
[34]. Stan Schneider "Making Ethernet Work in Real Time" Sensors-November 2000-Making Ethernet Work in Real Time. http://www.sensorsmag.com/articles/1100/22/main.shtml
[35]．孔凡让 等．设备监测数据的可视化．第一届国际机械工程学术会议ICME2000论文集．机械工业出版社．P335
[36]．高金源 等 计算机控制系统——理论、设计与实现 北京 北京航空航天大学出版社 2001年2月第一版 p300-333
[37]．曹江辉 王宁生 制造系统现状与发展趋势http://www.e-works.net.cn/ewkArticles/Category82/article8873.htm
[38]．九五国家科技攻关项目《工业智能工程发展研究》研究分报告机械科学研究院2001年 chap16 p3-4
[39]．宋海生 王家海等 网络联盟企业中基于Web的制造执行系统[J]制造业自动化 2001 20(2)
[40]．程祷 胡春华 吴波等 分布式网络化制造系统构想[J]中国机械工程第10卷第11期1999年11月
[41]．施晓军 电子商务集成模式http//:www.ccidnet.com/tech/app/2001/06/04/58＿2280.html
[42]．李红和 邵佩英 郑海 ASP基础架构的设计与实现[J]计算机工程2002年28卷10期：
[43]．谢庆生 我国制造业ASP发展的模式与策略中国制造业信息化[J]2003年32卷1期
[2]．罗振璧，朱耀祥，盛伯浩，等．制造战略，系统和管理的发展[R]．北京：中国机械工程学会快速反应制造技术讲座论文，1998．7．
[3]．蒋任重．快速重组制造系统的研究[D]．北京：清华大学，1998．7．
[4]．洪锡军 远程故障诊断和纱线质量在线检测关键技术研究[博士学位论文]上海交通大学 2001
[5]．黄磊．基于Internet的远程机械故障诊断技术研究[J]．计算机自动测量与控制，2000，8(4)；P13-15
[6]. 状态维修技术http://www.gdsdxy.edu.cn/html/dl/tec/dlkj/dlkj3.htm
[7]. CIMdata Inc., CIMdata PositionPaper#20001:cPDm the key to harnessing innovation e-business world http://www.cimdata.com/positionpaperl.pdf.2000
[8]. Bloch, H.P.,and Geitner, F.K. Machinery Failure Analysis and trouble-shooting, Gulf Publishing Co.1983
[9]．李亚平 韩新民 信息化带动工业化，提升我国工程机械行业竞争力 第一届工程机械发展高层论坛论文集工程机械杂志社
[10]．范玉顺主编 工作流管理 北京 清华大学出版社 2002年
[11]．孙大涌 屈贤明等主编 先进制造技术 北京 机械工业出版社 2000年
[12]. Jay Lee et, al. Computer-Aided Maintenance Methodologies and practices Kluwer Academic Publishers 1999
[13]. Bloch, H.P. et, al. Machinery Failure Analysis And Troubleshooting. Gulf Publishing Co. 1983
[14]．杨叔子 吴波 胡春华等 网络化制造与企业集成[J]中国机械工程 第11卷第12期2000年2月
[15]．周华 杨建军 邓家盖 基于全能体的MES构建[J]制造业自动化第23卷第2期2001年2月
[16]．饶运清MES——面向制造车间的实时信息系统[J]信息技术2002年第2期
[17]．于海斌，朱云龙 可集成的制造执行系统[J] 计算机集成制造系统CIMS 第6卷第6期2000年12月
[18]．孙宇、陈杰、蒋晓春等 略论制造执行系统研究[J]高技术通讯 1999年10月
[19]．虞和济等．基于神经网络的智能诊断 北京 冶金工业出版社 2000年p3
[20]．陈杰，张功毅．基于Internet的企业远程监控系统[J]，上海师范大学学报(自然版)，1999，28(3)
[21]．王昕 熊光愣 等 并行工程过程管理和应用
[22]. McKenzie, Frederic D et, al. Integrated model-based approach for real-time online diagnosis of complex system [J]. Engineering Application of Artificial Intelligence, 1998, (2):P279-291
[23]. Deb, S; Ghoshal, s., et. al. Tele-diagnosis: Remote monitoring of large-scale systems[J]. IEEE Aerospace Conference Proceedings. 2000, (6)P18-25
[24]．蒋东翔，宋真君等．电站热力系统远程在线检测与诊断网络系统[J]．清华大学学报，2000，40(2)：P77—80
[25]. Jiang, Dongxiang et. al. Network system of remote on-line monitoring and diagnosis for thermal system in power plant[J]. Journal of Tsinghua University, 2000, (40):P7-8
[26]．何岭松，王俊峰，杨叔子．基于因特网的设备故障远程写作诊断技术[J]．中国机械工程，1999，vol10(3)：P336-338
[27]. Sang H. San, Kwei-Joy Lin et, al.《Real-Time Database Systems: Issues and Applications》chapter 1 Kluwer Academic Publishers 1997
[28]. IBM. Using innovation as your key to competitiveness. http://houns54.clearlake, ibm.com/solutions/industrial/indpub.nsf/Files/PDMII/$File/PDMII.pdf.2001
[29]. CIMdata Inc., what is cPDm?, http://www.cimdata.com/index.htm.2001
[30]．宋大虎 网络辅助设计的零件图库应用技术研究[硕士学位论文]机械科学研究院2002
[31]．张曙 分散网络化制造 北京：机械工业出版社 1999
[32]．杨海峰 面向INTERNET的滑动轴承磨损智能虚拟维护系统开发与验证[博士学位论文]机械科学研究院2 002
[33]. Jay Lee, Intelligent maintenance system, paper of University of Wisconsin-Milwaukee, 1999.
[34]. Stan Schneider "Making Ethernet Work in Real Time" Sensors-November 2000-Making Ethernet Work in Real Time. http://www.sensorsmag.com/articles/1100/22/main.shtml
[35]．孔凡让 等．设备监测数据的可视化．第一届国际机械工程学术会议ICME2000论文集．机械工业出版社．P335
[36]．高金源 等 计算机控制系统——理论、设计与实现 北京 北京航空航天大学出版社 2001年2月第一版 p300-333
[37]．曹江辉 王宁生 制造系统现状与发展趋势http://www.e-works.net.cn/ewkArticles/Category82/article8873.htm
[38]．九五国家科技攻关项目《工业智能工程发展研究》研究分报告机械科学研究院2001年 chap16 p3-4
[39]．宋海生 王家海等 网络联盟企业中基于Web的制造执行系统[J]制造业自动化 2001 20(2)
[40]．程祷 胡春华 吴波等 分布式网络化制造系统构想[J]中国机械工程第10卷第11期1999年11月
[41]．施晓军 电子商务集成模式http//:www.ccidnet.com/tech/app/2001/06/04/58＿2280.html
[42]．李红和 邵佩英 郑海 ASP基础架构的设计与实现[J]计算机工程2002年28卷10期：
[43]．谢庆生 我国制造业ASP发展的模式与策略中国制造业信息化[J]2003年32卷1期