火电厂设备检修标准管理系统的UML建模.doc

火电厂设备检修管理系统UML建模
刘志强 黄树红 高伟
华中科技大学动力系

摘要：状态检修是科学设备检修方式，实行先进检修管理、建立设备检修管理系统是状态检修基本。本文分析了设备检修管理系统功能需求，探讨了对电厂设备检修管理系统采用统一建模语言（Unified Modeling Language）进行可视化建模普通过程和可行性，并以某300MW机组为例阐述设备检修管理系统基本框架和UML建模过程。
核心词：发电设备 状态检修 统一建模语言（UＭＬ） 管理信息系统

1 引言
建国以来，国内长期实行检修体制是以故障检修、防止性筹划检修为主体制。随着社会经济和科技发展，检修体制当前正逐渐向预知性状态检修体制过渡。
以故障检修、防止性筹划检修为主检修体制曾经是适应国内生产力发展水平，它普通涉及大修、小修、临修、定期维护等形式。在电厂设备管理中采用这种检修方式长处在于保持供电基本稳定性，人力、物力、资金安排筹划性，生产指挥者基本上做到心中有数。在这种检修体制下，普通大修间隔2~3年，小修间隔4~8个月，检修项目、工期安排和检修周期均由管理部门依照经验制定。但随着火电设备向高参数、大容量、复杂化发展，其安全经济运营对社会影响也越来越大，维修投入大幅度上升。面对这个状况，现行检修体制日益明显暴露出所存在缺陷，因而对设备实行更先进、更科学管理和检修体制，无论从火电厂自身利益还是从社会规定出发，都是势在必行。
状态检修是在设备状态监测基本上，依照设备状态监测和分析诊断成果安排检修时间和项目检修体制。因此，它是一种适应于市场经济和当代公司制度全新设备维修方略，依照国内国情，状态检修事实上是融故障检修、筹划性检修、状态性检修、积极检修为一体，具备最大可靠性和最低成本消耗混合式优化检修体制。当前，在火电厂履行状态检修所要达到目的是：延长定期检修间隔；减少定期检修时间；提高设备可靠性和可用系数；增长发电量；延长设备寿命；减少运营检修费用；减少资金投入；改进电厂运营性能；提高火电公司经济效益。
状态检修作为一种先进检修体制，是一种涉及到技术、经济、体制等多方面系统工程，涉及到许多管理问题。要实行状态检修，必要使设备检修管理工作原则化，对的完整技术数据和技术管理是状态检修基本。当前在电厂设备检修工作管理中，由于设备繁多和复杂，相相应检修工作票、检修工艺卡管理十分复杂，整个检修工作过程管理也很复杂，大多数电厂都是单凭检修管理人员脑力劳动和手工记录，这已经不能满足状态检修规定。因而，结合全厂设备管理信息化建设，建立状态检修计算机管理信息系统是履行这一体制基本性工程。
本文阐述了检修管理信息系统设计和建模工作，并在系统需求分析和总体设计中采用了可视化建模办法。大型信息管理系统建模是系统成败核心，采用建模语言进行建模有助于系统最后实行。本文采用建模语言是当前国际上流行统一建模语言（UＭＬ）。UML是一种定义良好、易于表达、功能强大且普遍合用建模语言。它溶入了软件工程领域新思想、新办法和新技术。它作用域不但限于支持面向对象分析与设计，还支持从需求分析开始软件开发全过程。

2 设备检修管理系统需求分析
设备检修是设备全过程管理一种重要环节，状态检修作为一种先进检修体制，它内容涉及着诸多管理方面问题。这些问题重要有：数据综合管理、检修风险分析与决策、备品备件管理、详细检修过程实行管理、相应设备管理政策制定、对检修效果评估、专业人员培训以及机构设立等问题。
而其中检修管理是是涉及到上述诸多问题最重要管理工作。检修管理涉及设备缺陷管理；检修工作票、工艺卡管理；检修筹划管理；检修项目管理以及备品备件管理等。它可为整个状态检修过程提供完备技术数据、检修根据和检修过程自动化控制。因而，设备检修管理系统实行对电厂实行状态检修有很重要意义。
针对状态检修规定，设备检修管理系统应通过如下五个子系统来满足其需求。
Ÿ 检修工作票、检修工艺卡管理系统
在系统中对设备检修工作票集中管理，执行工作票办理、签发、接受、允许、变更、延期、终结、验收、竣工解决等任务；对设备检修工艺卡亦进行集中管理，提供录入、删除、查询、编辑等功能。
Ÿ 设备缺陷管理系统
该系统从人为发现缺陷开始，辅助检修部门组织人员进行消缺，同步详细记录消缺整个过程，进行设备缺陷记录，为分析设备运营状况和部门考核提供科学根据，并为后来制定大修筹划和对设备质量进行评估提供参照。
Ÿ 检修筹划管理系统
对设备定期检修筹划进行管理，制定设备定检滚动筹划表。并可依照定检表生成月筹划项目表和检修卡。
Ÿ 检修项目管理系统
通过状态监测和故障诊断分析出诊断成果、设备事故和缺陷，提交设备检修申请。针对所提交申请，生成工程项目，规定该项目应执行工作筹划。工程项目中涉及检修开工解决及竣工解决，检修成果验收、评估，报表生成。其检修作业管理模块对检修作业四个阶段（分析监测、检修建议生成、作业单生成和检修开始、检修完毕）进行管理，同步跟踪检修作业进行状况，如检修建议与否送出、取消、等待批准，等待筹划、等待材料、完毕、完毕封档等。
Ÿ 备品备件管理系统
对电厂设备备品备件进行综合管理，可以随时提供设备备件信息；

上述五个系统之间联系非常紧密，要完毕各自功能都要用到其她系统数据。它们之间有是并行解决，有是顺序解决，并且所涉及到系统顾客种类诸多，权限管理十分复杂，各个顾客之间业务联系错综复杂。各系统下子系统同样也是复杂多变，功能划分不易明确。同步，系统还要兼容电厂已有网络系统和厂级MIS系统。
因而，要可以精确完毕系统需求分析和总体设计，也就是对电厂设备维修管理进行建模，从业务需求到规定，到模型，是一项很重要工程，整个系统成败也就在于建模成功与否。此外，考虑到团队开发以及系统健壮性、伸缩性和良好继承性、可维护性，选取一种在整个系统生命周期中都合用建模工具十分核心。

3 统一建模语言UML和可视化建模
系统建模时，要把顾客业务需求映射到开发小组能理解技术规定，并最后产生代码。将业务需求和技术规定映射为代码，保证代码满足这些规定，并且代码最后可以以便回溯规定。这个过程称之为建模。
面向对象分析与设计(OOA＆D)办法发展在80年代末至90年代中浮现了一种高潮，UML是这个高潮产物。它不但统一了Booch、Rumbaugh和Jacobson表达办法[2，4]，并且对其作了进一步发展，并最后统一为大众所接受原则建模语言。1996年终，UML已稳占面向对象技术市场85％，成为可视化建模语言事实上工业原则。1997年11月17日，OMG采纳UML 1.1作为基于面向对象技术原则建模语言。
原则建模语言UML重要内容可以由下列五类图形(共9种图形)来定义:
·第一类是用例图,从顾客角度描述系统功能,并指出各功能操作者（角色）。
·第二类是静态图(Static diagram),涉及类图、对象图和包图。其中类图描述系
统中类静态构造。不但定义系统中类,表达类之间联系如关联、依赖、聚合等,也涉及类内部构造(类属性和操作)。类图描述是一种静态关系,在系统整个生命周期都是有效。对象图是类图实例,几乎使用与类图完全相似标记。她们不同点在于对象图显示类各种对象实例,而不是实际类。一种对象图是类图一种实例。由于对象存在生命周期,因而对象图只能在系统某一时间段存在。包由包或类构成,表达包与包之间关系。包图用于描述系统分层构造。
·第三类是行为图(Behavior diagram),描述系统动态模型和构成对象间交互
关系。其中状态图描述类对象所有也许状态以及事件发生时状态转移条件。普通,状态图是对类图补充。在实用上并不需要为所有类画状态图,仅为那些有各种状态其行为受外界环境影响并且发生变化类画状态图。而活动图描述满足用例规定所要进行活动以及活动间约束关系,有助于辨认并行活动。
·第四类是交互图(Interactive diagram),描述对象间交互关系。其中顺序图
显示对象之间动态合伙关系,它强调对象之间消息发送顺序,同步显示对象之间交互;合伙图描述对象间协作关系,合伙图跟顺序图相似,显示对象间动态合伙关系。除显示信息互换外,合伙图还显示对象以及它们之间关系。如果强调时间和顺序,则使用顺序图;如果强调上下级关系,则选取合伙图。这两种图合称为交互图。
·第五类是实现图( Implementation diagram )。其中构件图描述代码部件物
理构造及各部件之间依赖关系。一种部件也许是一种资源代码部件、一种二进制部件或一种可执行部件。它包括逻辑类或实现类关于信息。部件图有助于分析和理解部件之间互相影响限度。
UML合用于系统开发过程中从需求规格描述到系统完毕后测试不同阶段。在需求分析阶段，可以用用例来捕获顾客需求。通过用例建模，描述对系统感兴趣外部角色及其对系统（用例）功能规定。分析阶段重要关怀问题域中重要概念（如抽象、类和对象等）和机制，需要辨认这些类以及它们互相间关系，并用UML类图来描述。为实现用例，类之间需要协作，这可以用UML动态模型来描述。在分析阶段，只对问题域对象（现实世界概念）建模，而不考虑定义软件系统中技术细节类（如解决顾客接口、数据库、通讯和并行性等问题类）。这些技术细节将在设计阶段引入，因而设计阶段为构造阶段提供更详细规格阐明。
编程（构造）是一种独立阶段，其任务是用面向对象编程语言将来自设计阶段类转换成实际代码。在用UML建立分析和设计模型时，应尽量避免考虑把模型转换成某种特定编程语言。由于在初期阶段，模型仅仅是理解和分析系统构造工具，过早考虑编码问题十分不利于建立简朴对的模型。
UML模型还可作为测试阶段根据。系统普通需要通过单元测试、集成测试、系统测试和验收测试。不同测试小组使用不同UML图作为测试根据：单元测试使用类图和类规格阐明；集成测试使用部件图和合伙图；系统测试使用用例图来验证系统行为；验收测试由顾客进行，以验证系统测试成果与否满足在分析阶段拟定需求。
可视化建模将模型中信息用原则图形元素直观地显示。当前，支持UML可视化迅速开发应用程序工具诸多，其中Rational公司Rational Rose是其中之一，它支持Use Case框图，Sequence框图等图。通过正向和逆向转出工程代码特性，可支持C++，Java，Visual Basic代码产生和逆向转出工程代码。

4 电厂设备检修管理系统建模
本系统采用UML语言进行建模。第一步工作是系统需求分析，而需求分析必要以针对该系统调研为基本。在调研过程中，可针对现行系统和信息需求进行分析，并得出系统功能需求分析。用例模型用于需求分析阶段，它建立是系统开发者和顾客重复讨论成果，表白了开发者和顾客对需求规格达到共识。清晰表达系统用例图往往不是一次就能做好，必要在对系统所涉及业务充分理解下，才干不断完善，它反映了系统与外界交互作用。
以某300MW火电机组为例，依照需求分析，建立起一种初步框架。系统按上述五个子系统进行功能划分。系统涉及业务和各种人员类型诸多，若是将其用一种用例图表达是不也许，因而，相应五个子系统将用例提成了五个包，每个包中若涉及业务和系统人员仍比较复杂话，还可以在此包基本上再分若干包，包中包括了用例图。而包图将类似项目组合在一起，显示包与包之间依赖、继承关系。
用例图中角色（Actor）对形成用例图是非常有用，获取一种用例，一方面就要找到与之关联角色。面对一种大系统，要列出用例清单经常是十分困难。这时可先列出角色清单，再对每个角色列出它用例，问题就会变得容易诸多。在本系统开发中，通过顾客对某些问题回答来辨认角色。如：系统中工作票及工艺卡由谁制定，由谁填写，由谁来执行等问题。
此外，弄清晰本系统需要和哪些系统进行交互是很重要，如与设备台帐管理系统、物资管理系统交互关系等。一旦弄清晰了系统中重要角色，就可以对每个角色提出与之有关问题，例如：针对汽机检修人员需要系统为之提供什么功能，如查询设备检修工艺卡，生成设备检修报告等。她们对系统做哪些操作，特别是必要提示系统角色系统事件有哪些，如何把这些事件表达到用例中功能？如系统发出缺陷告知事件，该事件应告知检修部门。值得注意是一种用例必要至少和一种角色关联。
通过提炼和归纳，可以得到系统所有用例图。图1是本系统设备定检制度制定用例图。该用例图基本反映了电厂设备定检筹划编制过程。在本图中所涉及到部门人员有检修部，检修班组，它们在图中反映为角色。这些角色启动了与系统通信，它们所完毕功能或与系统交互在图中就反映为用例。角色与用例之间通信称之为通信关系（communication relationship），它们用箭头表达。Use Case框图一大优势在于通信。客户可以从该图中获得大量信息，通过查阅用例与角色，可以懂得电厂设备定检筹划编制基本过程，有助于寻找缺少功能。

图1 设备定检制度制定用例图

从物理构造上，电厂检修管理系统应采用三层分布式体系构造，整个系统功能分布于多台PC服务器之上，这些服务器功能大体分为两类：一类是设备检修应用服务器，尚有一类是数据库服务器。设备检修应用服务器则提供设备管理、检修策划等项功能，而完毕上述功能所需要数据由数据库服务器进行存储、检索。设备检修应用服务器是中间层，属于应用服务器。三层分布式体系构造在可视化UML建模逻辑视图中就表达为顾客服务包，应用服务包和数据服务包。本系统应用服务包包括各种应用业务规则，例如工作票业务流程、检修申请过程等。要将这些业务弄清晰并为后来做详细设计和编码需要，就必要将应用服务包中类划分清晰。类反映了系统行为，对系统分析十分重要。因而，本文可视化建模重点工作也是弄清应用服务包中类及其互有关系。在UML中重要有三种类形式：
1） 边界类
它位于系统与外界交界处，涉及所有界面窗体、报表等。
2） 实体类
它保存要放进持续存储体信息，通过该类可以设计数据库。
3） 控制类
它负责协调其她类工作，每个用例图普通均有一种控制类，控制用例图中事件顺序。由于本系统特点是时序性较强，如工作票流程，检修申请流程控制等，因而控制类在本系统中是非常重要。

本系统重要涉及到实体类有：工作票信息；工艺卡信息；设备定检滚动筹划表；月筹划项目表；大、小修筹划表；检修设备登记表；验收报告等。这些实体类与界面类连接就是通过控制类来完毕。控制类重要有：运营控制类，它相称于电厂运营部门操作；工作票控制类，系统不同顾客可以通过它完毕各种操作；检修控制类，通过它完毕检修过程中不同操作；工艺卡编制、查询等控制类。
类与类之间继承、关联、依赖等关系也必要在建模时列出，通过类和类之间关系反映出本系统基本框架。在这些关系中，有一对多关系，也有多对多关系。系统中关于业务方面类和类之间关系可在UML中用类图表达出来。对于某些业务功能时序性较强类，流程可用顺序图和合伙图表达。
本系统一种类图如图2所示。
图2 设备检修工艺卡管理类图

该类图显示了检修工艺卡管理静态行为。在类图中还可显示各个类行为和属性。图中箭头表达类之间关系，它表达为一种类可以向另一种类发送消息。通过该类图可以完整看到工艺卡管理系统各个对象之间关系，有助于开发人员在编码之前显示和筹划系统构造，保证系统一开始就设计合理。
5 结语
本文描述设备检修管理系统前期开发工作已初步完毕。由于采用了UML建模办法，在需求分析阶段和顾客之间沟通变很以便。采用直观图形表达，系统模型层次分明，对重要信息一目了然，顾客可以通过模型直观看到顾客与系统间交互关系，分析人员可以看到系统对象间交互关系，项目管理人员可以看到整个系统及各某些交互关系。可视化建模办法，使系统分析人员很以便进行业务规则修改和设计，大大减轻了工作量，提高开发效率，特别有助于团队开发发行系统。

参照文献：
1. 华中理工大学能源科学与工程学院，火电厂状态检修概论，1997年11月
2. 电子工业出版社，UML with Rational Rose从入门到精通，邱仲潘 等译
3. 张启刚，电力设备管理与维修决策支持系统研究与开发 华中理工大学研究生学位论文，.5
4. 北京航空航天大学软件工程研究所，原则建模语言UML及其支持环境，1998年

Modeling equipment maintenance management system of power station with UML

Liu ZhiQiqng Huang ShuHong Gao Wei
Department of Power Engineering
Huazhong University of Science and Technology

Abstract：Condition maintenance is scientific mode of equipment maintenance. It is the base of condition maintenance that carring out advanced maintenance management and establishing equipment maintenance management system. In this paper，the cause of carring out the power equipment maintenance management system and the function demand of it are introduced. Meanwhile，the cause and feasibility of visual modeling the equipment maintenance management system of power station are discussed deeply. Furthermore，the basal frame of the equipment maintenance management system and the process of UML modeling are also discussed as 300MW unit of some power station an example.
Keywords：power equipment，condition maintenance，Unified Modeling Language，Management Information System