煤矿机电设备健康管理系统关键技术的研究

西安科技大学硕士学位论文煤矿机电设备健康管理系统关键技术的研究姓名：万喜临申请学位级别：硕士专业：机械电子工程指导教师：曹现刚2011论文题目：煤矿机电设备健康管理系统关键技术的研究专业：机械电子工程硕士生：万喜临（签名）_____________指导教师：曹现刚（签名）_____________摘要随着工业生产的发展，设备现代化水平的提高，煤矿机电设备在煤矿企业生产中的作用与影响日益扩大。如何管理好这些设备，降低设备维修费用，提高设备的可靠性，延长设备使用寿命是现代化煤矿机电设备管理面临的一项重要研究课题。本文以某矿业有限公司机电设备管理系统为背景，在对其设备管理业务流程进行详细调研的基础上，结合现代设备管理的先进理论，研究了煤矿机电设备健康管理系统的关键技术，设计并实现了煤矿机电设备健康管理系统。首先，本文研究了面向煤矿机电设备健康管理的系统理论。根据设备管理现状和用户需求建立了煤矿机电设备健康管理系统的功能模型，设计了煤矿机电设备健康管理系统的体系框架。其次，从煤矿机电设备维修和健康管理的角度出发，探讨了煤矿机电设备点检管理理论，研究了以点检数据为基础，基于最小二乘支持向量机（LS-SVM）的设备健康趋势预测方法。然后，分析了煤矿机电设备管理现存的问题，并应用BPR流程优化理论对系统主要流程进行了优化。运用jBPM工作流程管理框架定义了煤矿机电设备健康管理的主要流程，实现了基于jPDL的煤矿机电设备健康管理系统流程优化。最后，对系统的数据库进行了设计，包括工作流管理框架运行数据库和系统运行数据库。研究了煤矿机电设备健康管理系统所使用的软件架构技术，详细设计了系统J2EE框架。按照系统层次结构对系统进行分析，编程实现系统的各个功能模块，搭建了系统的运行环境并对系统进行了验证。系统实现了设备的前期管理、设备运行管理、设备维修管理、设备租赁管理和设备后期管理等功能。该系统在矿区局域网内进行了安装和测试，运行稳定正常，切实有效地改变了设备信息孤岛等诸多问题，用户普遍反映良好。关键词：煤矿设备；健康管理；信息系统；趋势预测研究类型：应用研究Subject:TheResearchofCoalMineMechanical&ElectricalEquipmentHealthManagementSystemKeyTechnologySpecialty:MechanicalelectronicengineeringName:WanXilin（Signature）Instructor:CaoXiangang（Signature）ABSTRACTWiththedevelopmentofindustrialproductionandtheraisinglevelofmodernequipment,coalminemechanical&electricalequipmenthaveagrowingroleandinfluenceincoalminingenterprisesproduction.Howtomanagetheseequipment,reducingequipmentmaintenancecost,improvingequipmentreliabilityoftheequipmentandprolongingservicelife,isanimportantresearchsubjectwhichmoderncoalminemechanical&electricalequipmentmanagementfacing.TakingaminingCo.,LTDmechanical&electricalequipmentmanagementsystemforbackground,onthebaseofinvestigatingitsequipmentmanagementbusinessprocess,combiningmodernequipmentmanagementtheory,researchingthekeytechnologyofcoalminemechanical&electricalequipmenthealthmanagementsystem,designedandimplementedcoalminemechanical&electricalequipmenthealthmanagementsystem.First,thispaperstudiedthemechanical&electricalequipmentforcoalminehealthmanagementsystemtheory.Accordingtoequipmentmanagementcurrentsituationandusers’demand,establishedcoalminemechanical&electricalequipmenthealthmanagementsystemfunctionmodel,designedthecoalminemechanical&electricalequipmenthealthmanagementsystemframework.Secondly,fromcoalminemechanical&electricalequipmentmaintenanceandhealthmanagementpointofview,discussedthetheoryofcoalminemechanical&electricalequipmentpointinspection,andresearchedequipmenthealthtrendforecastmethodwhichbasedontheLS-SVManddataofpointinspection.Then,thepaperanalyzedtheexistingproblemsofcoalminemechanical&electricalequipmentmanagement,andoptimizedsystemmainlyprocessbyBPRprocessoptimizationtheory.UsedjBPMworkflowmanagementframework,definedthemaincoalmineequipmenthealthmanagementprocess,andrealizedcoalminemechanical&electricalequipmentmanagementsystemprocessoptimizationbasedonjPDL.Finally,designedthesystem'sdatabase,includingworkflowmanagementframeworkdatabaseandthesystemoperatingdatabase.Studiedcoalminemechanical&electricalequipmentmanagementsystemsoftwarearchitecturetechnologyanddetaileddesignedsystemJ2EEframework.Analiedthesystemaccordingtohierarchicalstructure,programmedeachfunctionmoduleofthesystem,Constructedtheoperationofthesystemenvironment,andthesystemwasverified.Thesystemrealizesearlymanagementofequipment,operationmanagementofequipment,maintenancemanagementofequipment,leaseholdmanagementofequipmentandlatemanagementofequipment.ThesystemwasinstalledandtestedintheLANofminingarea,workingstablelyandnormaly,effectivelychangingtheequipmentinformationsilosandmanyotherissues,theusergenerallywellreceived.Keywords：Coalmineequipment,Healthmanagement,InformationsystemTrendsprognosticationThesis：ApplicationResearch1绪论11绪论1.1选题背景及研究的意义自20世纪70年代中期开始，科技进步促进工业领域以前所未有的速度发展，煤矿从企业小而多逐渐向企业集团化方向发展。既带来高效率、高效益等优势，又使设备的使用、管理、维修出现了一系列的新问题[1]。非计划的停机时间始终影响着设备的生产率和企业的经济效益，很小的故障也极有可能导致整个生产线的瘫痪，因此，煤矿设备的维修和管理越来越重要。机电设备的维修管理是随着生产发展而形成的一门学科，其发展过程大致经历了以下几个阶段，即事后维护、预防性维护、生产维护、改良维护、预测维护、维修预防、状态维护和预测与健康管理[2]。煤矿机电设备管理和维修仍沿用传统的体制和方式，即事后维修和预防性维修。事后维修致使机电设备停机时间增加且无法保证机器的正常和及时使用，直接影响了煤炭生产任务的完成。在预防性维修方式中，固定的检修周期有可能过度检修，也有可能欠检修[3]。因此，对于煤矿机电设备健康的管理越来越受到人们的重视，设备预测与健康管理在设备维护管理方式中的优势更加明显。预测与健康管理（PHM）的定义是预测未来一段时间内系统失效可能性以及采取适当维护措施的能力。系统一般应具备故障检测与隔离、故障诊断、故障预测、健康管理和部件寿命追踪等能力[4]。随着工业生产的发展，设备现代化水平的提高，煤矿机电设备在煤矿企业生产中的作用与影响日益扩大。如何管理好这些设备，降低设备维修费用，提高设备的可靠性，延长设备使用寿命，研究基于先进的设备维护管理理论的数字化、网络化的系统对于煤矿设备的健康管理具有非常重要的意义。1.2本课题研究领域国内外的研究动态及发展趋势随着工业生产的发展，设备现代化水平的提高，设备在现代生产中的作用与影响日益扩大，煤矿企业的设备费用支出占煤矿开采成本的40%以上[5]，如何管理好这些设备，降低设备维修费用，提高设备的可靠性，延长设备使用寿命是现代化煤矿设备管理面临的一项重要的研究课题。煤矿机电设备管理系统的开发对煤矿企业的设备管理来说显得越来越重要。设备管理的发展过程，大致可以分为以下四个阶段[6-7]：（1）事后维修阶段资本主义工业刚开始生产时，由于设备简单，维修便当、耗费的工时少，一般都是在设备使用到出故障时才进行修理，这就是人们熟悉的事后修理制度，这时候的设备操西安科技大学硕士学位论文2作和修理全由操作人员承担。（2）设备预防维修管理阶段1925年前后，美国首先提出预防维修的概念，其基本含义是对影响设备正常运行的故障采取“预防为主”、“防患于未然”的措施，以降低停工损失费用和维修费用。苏联大约在30年代末和40年代初开始推行设备预防维修制度，苏联称其为计划预防维修制度（称为计划预维修）。50年代初期，我国从苏联引进了计划预维修制度，这是我国设备管理制度的第一次飞跃，对于建立我国自己的设备管理体制，促进生产发展起到了积极的作用。（3）设备系统管理阶段在60年代，美国企业界又提出了设备管理“后勤学”的观点。它是从（制造厂为用户）“后勤支援”的要求出发，强调对设备的系统管理，设备在设计阶段就必须考虑其可靠性，维修性及其必要的后勤支援方案。与此同时，日本也首先在汽车工业和家用电器工业提出了可靠性和维修性观点，以及“无维修”和“无故障”设计的要求。至此，设备管理从传统的维修管理转为重视先天设计和制造的系统管理，设备管理进入一