2021-4-10 | 机电工程论文
一、系统需求分析
高速公路机电工程主要包括以下主要系统:监控系统、通信系统、收费系统、通风系统、照明系统、供配电系统及消防系统。各个系统所包括的设备种类繁多，以高速公路机电工程最典型的三大系统(监控、收费、通信)为例，基本的子系统就包括:信息采集、信息传输、信息发布、信息存储与统计分析等发，基本设备分布在监控、收费、通信等管理中心及公路沿线的外场，一个工程少则几十种设备，多则上百种设备，设备的数量随着公路的里程和公路的等级增加或减少而相应变化。在高速公路机电工程的后期维护过程中，需要对所有设备的运行状况及故障出现的情况、处理方法等，按照ISO9000质量体系的要求，将所有的情况记录在日常维护日志及故障处理表等文件中，并根据出现故障设备的数量及种类，进行故障数据的统计分析和计算，定期做出工程项目的阶段故障分析报告，为以后的工程施工过程中的质量控及设备采购、订货提供可靠的科学依据。在相当长的时间内，高速公路机电工程维护中的故障处理表记录的大量故障数据，完全是人工填写后输入计算机，再按照一定的规则进行数据处理和计算分析后，形成阶段故障分析报告。由此可知，高速公路机电设备的后期维护是一个需要大量人力和物力的工作。因此，要做到工程维护管理工作的高效和数据的准确，需要我们设计一个高效、科学的工程维护管理系统，及时分析设备的故障原因及故障率，根据设备的故障率，在工程的设备采购阶段，尽可能的使用性价比高、质量优良、可靠性高的产品，确保高速公路机电系统的正常运转，保证高速公路的安全畅通，同时也能尽量降低企业的工程成本。根据ISO9000管理体系的要求和实际工程建设的施工过程，我们建立了如下ISO9000质量管理体系的维护工程工作流程。根据如图1所示的维护工程工作基本流程，利用先进的计算机技术、网络技术及可靠性分析与设计方法，设计的工程维护管理系统将解决如下问题:
(1)能够完成现阶段工程维护工作中需要人工完成的数据管理工作。
(2)能够使高速公路机电工程维护管理工作标准化和自动化。
(3)提高维护人员的工作效率和减轻工作强度，同时，也为工程项目的质量管理及过程控制，提供更加科学和准确的依据。
1、基本需求分析
由工程维护工作流程，本系统需要完成以下几个主要方面的功能:
(1)维护保养/例行检查记录表(维护日志):日常巡查设备的养护日志。(2)故障处理记录表:巡查中出现的设备故障、故障处理方式、用户意见等信息，详细地记录在表格中。
(3)阶段故障分析报告:根据阶段出现的故障设备的类型及数量，进行分析计算，给出本工程项目的设备故障率。
(4)日常维护月报:按月形成当月本工程项目的日常维护情况汇总。
2、基本用户分析
本系统是按照质量管理体系的程序要求，为工程维护管理工作而设计的，在工程项目的责任期，用于施工企业工程项目的日常维护管理工作;在责任期后，也可以根据需要用于高速公路运营方的设备日常维护工作。
二、系统基本组成及功能
本系统根据需求，设计为以下几个模块:
1、工程项目基本数据库
(1)高速公路机电工程中的常用系统及设备的标准化名称库。
(2)设备安装位置信息库:包含本工程项目中的设备或系统在项目中室内、外场的位置(桩号或安装位置)等。
(3)工程项目设备数据库:包含本工程项目的设备数量、设备商信息、设备的分类等。
(4)机电工程常用设备或系统的故障信息库。
2、工程项目维护记录表格库
按照ISO9000质量管理体系要求的文件格式，根据基本数据库及每日的维护工作的具体情况，输入基本数据，生成以下维护记录表格。
(5)维护保养/例行检查记录表(维护日志)。
(6)故障处理记录表。
(7)阶段故障分析报告。
(8)工程维护月报表。
3、故障数据处理分析模块
本模块的设计是建立在可靠性设计的基本概念上，相关的可靠性设计的基本定义简述如下:可靠性的基本定义:产品在规定的时间内完成规定功能的能力(简称3要素:规定条件、规定时间、规定功能)。故障率的定义:指工作到某一时刻尚未发生故障的产品，在该时刻后单位时间内发生故障的概率，称之为产品的故障率。用数学公式表示为:λ(t)=dr(t)/Ns(t)dt式中:λ(t)为故障率;dr(t)为t时刻后，dt时间内故障产品数;Ns(t)为剩余的产品数，即t时刻后尚未故障的产品数。可按下式进行工程计算:λ(t)=Δr(t)/Ns(t)Δt式中:Δr(t)为t时刻后，Δt时间内故障产品数;Δt为所取得时间间隔;Ns(t)为剩余的产品数，即t时刻后尚未故障的产品数。任何一个工程项目，都是由许多子系统组成，而子系统则是由许多的产品设备组成，对于一个机电系统集成企业来说，其系统的可靠性是保证工程质量优良很重要的一个环节。但是，产品的性能优良、功能齐全，不是用户考虑的惟一要求，产品的可靠性，易维修，使用维护保养费用的多少，产品寿命的长短等因素，都是用户关注的。良好的工程质量，不仅能够给机电系统集成企业提高竞争优势，而良好的产品质量，则能够减少工程维护成本，使企业能够从中获得更大的经济效益。故障数据处理分析模块的基本功能是根据可靠性设计的基本定义和计算公式，在一定的时间周期内，对工程维护过程中所记录的故障处理表的数据进行统计分析，计算出产品设备的阶段故障率，为最终形成的故障阶段分析报告提供科学、准确的数据。
三、系统的设计与实现
本软件的设计与实现是根据系统的需求分析，确定了软件系统的基本构成，根据维护工程工作的流程，设计了软件系统的基本流程。软件系统的开发基于MicrosoftSQLSever和VC++，运行平台为WindowsXP及以上操作系统，可视化的操作界面，使工程的维护管理工作实现自动化，系统可以实时查询各个项目的现场设备的故障状态记录及处理情况，设备的阶段故障率可根据需要随时提取计算结果。
四、结语
本系统是基于ISO9000质量体系管理的质量过程控制节点，对高速公路机电工程施工企业后期工程维护管理工作而设计的，其中的故障数据处理分析模块，基于可靠性分析与设计的基本概念，对高速公路工程维护工作中出现的产品故障数据进行统计、分析，计算出设备的阶段故障率，使得工程项目的质量控制更具有科学性及可操作性，为企业提高工程的质量、企业的竞争力和经济效益提供一个有效的手段。本系统也可根据需要扩展到高速公路的运营维护工作中，为高速公路的工程施工单位及高速公路的运营单位的日常设备维护管理提供一个科学和高效实用的方法，同时，为施工单位工程质量控制提供一个有效的环节。
作者：郭云 魏秋霜 常森 俞惠菊 刘丽 单位：北京交通运输部公路科学研究院