基于信息化技術(shù)的設(shè)備維修資源自動(dòng)調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計(jì)

魏浩博

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十八研究所，天津 300074）

設(shè)備故障不僅會(huì)對(duì)企業(yè)生產(chǎn)造成負(fù)面干預(yù)，同時(shí)也會(huì)影響到企業(yè)單位在市場(chǎng)的聲譽(yù)。而建立一個(gè)完善的設(shè)備維修資源調(diào)度系統(tǒng)，可以提高維修信息在技術(shù)人員之間的流通性與共享性[1]。當(dāng)終端設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，技術(shù)維修人員可以直接通過調(diào)度系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的方式，對(duì)故障信息進(jìn)行檢索，通過此種方式便可以實(shí)現(xiàn)在最短時(shí)間內(nèi)的設(shè)備故障的修復(fù)。同時(shí)，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)了大量故障診斷數(shù)據(jù)、設(shè)備故障動(dòng)態(tài)評(píng)估數(shù)據(jù)，通過調(diào)用這些數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)獲取，從而在設(shè)備運(yùn)行出現(xiàn)故障問題前，對(duì)其進(jìn)行養(yǎng)護(hù)與維修處理，避免由于設(shè)備故障影響生產(chǎn)工作的有序進(jìn)行。

1 硬件設(shè)計(jì)

1.1 維修資源交互接口

為了提供系統(tǒng)運(yùn)行一個(gè)安全可靠的環(huán)境，選擇維修資源交互接口作為系統(tǒng)硬件的主要構(gòu)成，此接口的供貨商為AFIEEE電子生產(chǎn)單位，選擇型號(hào)為CY5240-B85 的低耗能PG01 系列接口[2]。接口采用16.0 位PG 平臺(tái)設(shè)計(jì)而成，在系統(tǒng)的CPU 端，接口集成了單片機(jī)芯片，可以為系統(tǒng)運(yùn)行提供數(shù)字化編程技術(shù)、傳輸模擬技術(shù)等，并且接口內(nèi)芯片與多個(gè)功能分區(qū)具有一定連通性，可實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備維修資源的實(shí)時(shí)交互。接口構(gòu)成結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 維修資源交互接口結(jié)構(gòu)

按照上述圖1 中內(nèi)容，設(shè)計(jì)自動(dòng)調(diào)度系統(tǒng)中多個(gè)交互接口的布設(shè)與位置，通過此種方式，對(duì)系統(tǒng)展開設(shè)計(jì)與研究，可以在很大程度上實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)開發(fā)與后期運(yùn)維成本的節(jié)約。并且，在設(shè)計(jì)接口過程中，可將其作為多個(gè)功能模塊的銜接節(jié)點(diǎn)，例如，使用接口連接系統(tǒng)與終端操作平臺(tái)、使用接口連接通信設(shè)備與硬件接口等。但在連接系統(tǒng)硬件與接口的過程中，應(yīng)當(dāng)注意不可對(duì)接口的部署進(jìn)行多次安裝，也不能隨意調(diào)整硬件通信鏈路之間的資源，避免資源信息在交互過程中出現(xiàn)數(shù)據(jù)的錯(cuò)亂。

1.2 A/D 實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換電路

在完成對(duì)系統(tǒng)硬件接口的設(shè)計(jì)后，選擇歐美國(guó)家進(jìn)口的A/D 轉(zhuǎn)換器，作為數(shù)據(jù)傳輸與資源調(diào)度的核心裝置，此設(shè)備由單片12.0 位數(shù)據(jù)構(gòu)成，相比常規(guī)的轉(zhuǎn)換器，此轉(zhuǎn)換器內(nèi)部增設(shè)了雙極電路，可用于對(duì)顯片的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換。在實(shí)際應(yīng)用中，此種設(shè)備具有能耗低、外接元件少、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精度較高等優(yōu)勢(shì)[3]。電路終端通過阻容獲取信息，此時(shí)獲取的信息屬于模擬量，轉(zhuǎn)換器將此時(shí)終端的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)量，進(jìn)行同步信號(hào)傳輸與控制。當(dāng)電路完成對(duì)信息的采樣后，信號(hào)將通過電路傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)終端，此時(shí)終端便可以從單片機(jī)對(duì)資源進(jìn)行對(duì)應(yīng)的讀取或識(shí)別操作。

2 軟件設(shè)計(jì)

2.1 基于信息化技術(shù)設(shè)計(jì)設(shè)備維修資源傳輸路徑

構(gòu)建信息化傳輸模型的方式，使所有與設(shè)備維修相關(guān)的資源均勻分布在終端數(shù)據(jù)庫內(nèi)[4]。此時(shí)，可將資源分布通過一個(gè)具有連通性的堆棧數(shù)組表示：G=（E，V），其中G 表示為堆棧數(shù)組；E 表示為資源分布；V 表示為傳輸節(jié)點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，使用v0表示調(diào)度資源在系統(tǒng)內(nèi)的傳輸路徑，假定終端資源數(shù)據(jù)庫的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為三層架構(gòu)模式，對(duì)應(yīng)的三層分別表示為A、B、V，則三者的關(guān)系可以表示為如下公式：

公式中：Sj表示為在資源調(diào)度集合中的第j 種資源；Sink 表示為數(shù)據(jù)庫調(diào)度資源節(jié)點(diǎn)k，其中k 的取值范圍在[1，L]范圍內(nèi)；L 表示為數(shù)據(jù)庫調(diào)度資源的邊界條件。在完成對(duì)維修資源的相關(guān)描述后，可定義傳輸節(jié)點(diǎn)V 為一個(gè)數(shù)組集合，針對(duì)其中任意一個(gè)數(shù)據(jù)，均可以通過空間調(diào)用的方式進(jìn)行信息化計(jì)算，因此也可以認(rèn)為每一個(gè)調(diào)度的資源，均有一條指定的傳輸信道。為了確保資源傳輸過程的穩(wěn)定性與安全性，需要在每個(gè)傳輸信道中進(jìn)行調(diào)度集合路徑波特率的設(shè)定，只有信道傳輸滿足條件，才能進(jìn)行資源的傳輸。信道傳輸條件的表達(dá)式如下。

公式（4）中：q 表示為資源的信息化傳輸量；c 表示為傳輸信道波特率；d 表示為單條傳輸信道的資源分布量；i'表示為非密電腦中的空間傳輸信道。當(dāng)傳輸路徑滿足此種條件時(shí)，應(yīng)當(dāng)同步對(duì)傳輸路徑的畸變幅度進(jìn)行調(diào)整，只有多個(gè)條件均可滿足電腦前端傳輸需求時(shí)，才能在系統(tǒng)中開放此條路徑，用于傳輸設(shè)備維修資源。

2.2 設(shè)備維修資源干擾信號(hào)傳輸處理

綜合上述設(shè)計(jì)成果，對(duì)傳輸過程中的異常信號(hào)進(jìn)行抑制處理，致力于通過此種方式，保障信息化環(huán)境下資源調(diào)度的安全性。在此過程中，需要給定一個(gè)多源異構(gòu)資源的調(diào)度集合，以上述集合G 為例，按照線性均衡控制的方式，進(jìn)行信息傳輸?shù)囊?guī)劃。基于信息化環(huán)境下，調(diào)度指令的傳輸應(yīng)當(dāng)按照網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分布進(jìn)行發(fā)送，根據(jù)節(jié)點(diǎn)的分布，可以得到一個(gè)輸出信號(hào)源的集合。對(duì)集合的描述可通過如下計(jì)算公式實(shí)現(xiàn)。

公式（5）中：sm（t）表示為設(shè)備維修資源m，在t 周期內(nèi)，傳輸信號(hào)源的集合；f0表示為信息化環(huán)境下的干擾源；τm表示為資源m 的調(diào)度量；θ 表示為干擾信號(hào)對(duì)調(diào)度資源傳輸路徑的偏移影響。在完成上述相關(guān)工作后，將調(diào)度資源進(jìn)行集成處理，集成后輸出調(diào)度行為在實(shí)施過程的交叉區(qū)域，以此作為設(shè)備維修資源傳輸中的干擾信號(hào)。因此，要對(duì)干擾信號(hào)抑制，可以此為依據(jù)執(zhí)行控制工作。

2.3 查找并下發(fā)資源自動(dòng)調(diào)度指令

利用本文系統(tǒng)查找并下發(fā)資源自動(dòng)調(diào)度指令。將上述設(shè)計(jì)的設(shè)備維修資源傳輸路徑結(jié)構(gòu)作為基礎(chǔ)，所有的調(diào)度分析均應(yīng)在此基礎(chǔ)上完成，因此在本文調(diào)度系統(tǒng)當(dāng)中，采用自動(dòng)控制方法，按照下述步驟實(shí)現(xiàn)對(duì)其資源自動(dòng)調(diào)度指令的查找與下發(fā)。

首先，將利用自動(dòng)控制技術(shù)對(duì)本文調(diào)度系統(tǒng)最終輸出的調(diào)整參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)控制，將存在故障問題的設(shè)備開關(guān)、電源等結(jié)構(gòu)設(shè)置為W，連接開關(guān)、電源等結(jié)構(gòu)的線路設(shè)置為C，將其看作節(jié)點(diǎn)之間的相互連接關(guān)系，以此根據(jù)上述定義得出調(diào)度網(wǎng)結(jié)構(gòu)的表達(dá)式為：

公式（6）中：l 表示為設(shè)備維修資源自動(dòng)調(diào)度網(wǎng)；E 表示為與設(shè)備連接的電源，WE 表示為兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間或根節(jié)點(diǎn)之間存在線路連接。

其次，在本文系統(tǒng)對(duì)設(shè)備需要進(jìn)行維修的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行搜索時(shí)，構(gòu)建一個(gè)搜索點(diǎn)數(shù)組，利用自動(dòng)控制技術(shù)對(duì)需要進(jìn)行調(diào)度的任務(wù)進(jìn)行自動(dòng)搜索。針對(duì)設(shè)備維修資源的實(shí)際情況進(jìn)行分區(qū)處理，并且保證在每一個(gè)區(qū)域范圍內(nèi)均存在均衡的維修資源。

最后，根據(jù)不同調(diào)度值，對(duì)設(shè)備維修資源區(qū)域進(jìn)行劃分，并利用自動(dòng)控制技術(shù)對(duì)分區(qū)進(jìn)行適時(shí)調(diào)整，對(duì)完成解碼后的某一任務(wù)當(dāng)中的所有子任務(wù)時(shí)間進(jìn)行設(shè)置，根據(jù)時(shí)間分配結(jié)果實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備維修資源的自動(dòng)調(diào)度。

3 實(shí)驗(yàn)論證分析

在完成對(duì)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)與軟件功能設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，提出了如下所示的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，為了確保設(shè)計(jì)的系統(tǒng)具有一個(gè)相對(duì)適宜的操作環(huán)境，需要在實(shí)驗(yàn)前，對(duì)系統(tǒng)操作的前端與后端環(huán)境進(jìn)行布設(shè)。

為了確保此次實(shí)驗(yàn)的對(duì)比結(jié)果數(shù)據(jù)具有一定真實(shí)性，選擇非密電腦作為系統(tǒng)的終端操作環(huán)境。在此基礎(chǔ)上，使用本文系統(tǒng)與基于云計(jì)算的調(diào)度系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)庫資源進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)度，記錄在調(diào)度不同任務(wù)時(shí)的傳輸耗時(shí)。計(jì)算結(jié)果如表1 所示。

表1 對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果

綜合上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，本文系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)僅在調(diào)度小型任務(wù)量的任務(wù)時(shí)，響應(yīng)耗時(shí)相同，隨著任務(wù)量的提升，傳統(tǒng)系統(tǒng)在運(yùn)行中存在調(diào)度時(shí)延高的問題越來越顯著。

4 結(jié)論

綜上所述，本文以非密電腦運(yùn)行環(huán)境作為系統(tǒng)的支撐環(huán)境，基于信息化技術(shù)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，從硬件與軟件兩個(gè)方面，對(duì)資源自動(dòng)調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)，以此為生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行故障的維修與養(yǎng)護(hù)提供充足的資源支撐。