设备运行状态监测系统数据采集标准
1　范围
         本标准规定了智能制造领域数字化车间的生产现场设备状态监测的总体要求、数据采集、数据除理、信息输出与显示。
       本标准适用于只能制造领域数字化车间生产过程质量控制中的设备状态监测系统规范性引用文件。
2　规范性引用文件
       下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件, 其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T37393 — 2019 数字化车间 通用技术要求
GB/T 19000-2016/ISO 9000： 2015 《质量管理体系 基础和术语》
GB/T 29590-2013 《企业现场管理准则》
3　术语和定义
GB / T37393 — 2019 及相关引用文件界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1 设备  facility, plant, equipment
设备是固定资产的主要组成部分， 它是工业企业中可供长期使用， 并在使用过程中基本保持原有实物形态的物质资料的总称。
3.2 设备管理  plant  management
设备管理， 是以设备为研究对象， 追求设备效能最大化， 应用一系列理论、 方法， 通过一系列技术、 经济、 组织措施， 对设备的物质运动和价值运动进行全过程管理。 设备管理分为前期管理与运维管理两个阶段。
3.3 数据采集  data acquisition
通过传感器或系统检测与收集反映设备状态信息的过程。
3.4 数据处理  data processing
对采集的电信号或非电信号进行处理, 以便抽取出 反映设备状态特征的过程。
3.5 监控中心 monitoring center
安装在公司中控室，通过传输网络与自动监控设备连接并对其发出查询和控制等指令的数据接收和数据处理系统，包括计算机及计算机软件，本标准简称上位机。
3.6 数据采集装置 Data  acquisition  equipment
采集各种类型监控仪器仪表的数据、完成数据存储及与上位机数据传输通讯功能的单片机、工控机、嵌入式计算机、可编程自动化控制器( Programmable Automation Controller,PAC)或可编程控制器( Programmable Logic Controller,PLC)等。
3.7 采样周期  sampling cycle
相邻两次采样之间的时间间隔称为采样周期。
3.8 报警监测  Alarm monitoring
依据系统设置的条件，监测的点位是否超过设定的阈值。
3.9 阈值 threshold
设备特征值的参考临界值。
4　缩略语
ERP Enterprise Resource Planning 企业资源计划
MES Manufacturing Execution System 制造执行系统
SCADA Supervisory Control And Data Acquisition 数据采集与监视控制
MTBF Mean Time Between Failure 平均故障间隔时间
MTTR Mean Time Between Repairs 平均修复时间
OEE Overall Equipment Effectiveness 设备综合利用率
XML Extensible Markup Language 可扩展标记语言
RFID Radio Frequency Identification 射频识别
 
5　总体要求
5.1　状态监测系统结构
设备状态监测系统结构主要包括状态监测数据采集、状态监测数据处理和信息输出 与显示三部分。设备状态监测系统结构如图 1 所示。

图1 系统架构
状态监测数据采集, 主要由设备及系统、传感器和数据采集器完成。设备及系统主要提供设备或系统的基础、统计、管理等信息; 传感器主要用来采集设备及相关联环境的状态与过程信息, 传感器可为设备内部传感器, 也可为依据用户 需求加装的外部传感器; 数据采集器主要提供生产现场设备过程信息,如条码扫描器、 RFID 数据采集器等。
状态监测数据处理包含数据预处理、阈值/聚合判别与决策支持。 数据预处理是对数据采集获得的信息进行预处理、特征分析, 从而获得表征设备状态特征的数据。 阈值/聚合判别与决策支持是对设备状态表征数据进行处理, 从而获得设备状态判别结果的方法。
信息输出与显示, 是将设备状态判别结果, 输出至设备显示模块或相关管理系统, 主要为MES与ERP系统。 其中MES或ERP系统中与设备状态监测相关的模块主要是制造数据管理、质量管理、设备管理、工具工装管理、成本管理、生产过程控制等。
5.2　状态监测基本要求
状态监测应满足下列要求:
——在线监测: 在被测设备处于运行或待机状态条件下, 对设备状况进行自 动监测, 对无条件或不宜在线监测的设备状态数据对此不作要求;
———数字化: 设备状态监测信息应能够转成数字信息;
———数据一致性: 设备状态监测系统由 若干设备状态监测单元组成, 其数据相互传输与格式均应遵循相同通信协议与规约;
———可靠性: 设备状态监测系统应具备在规定的条件下和规定的时间 内 完成规定功能的能力。 常用可靠度、 MTBF 、 MTTR 、可用度、有效寿命等指标衡量。
6　状态监测采集
6.1　数据选择的原则
生产质量控制相关的设备状态是依据若干反映设备状态特征的数据进行预测与判断, 设备状态监
测数据的选择原则为:
———关联性: 其能全面表征监测设备的能力;
———灵敏性: 监测参数随着设备状态的变化应比其他参数的变化更明显;
———稳定性: 在相同测试条件下, 所测得的监测参数值具有良好的重复性;
———可解释性: 监测参数具备一定物理意义, 能用数字表示, 可以量化。
6.2　数据分类
按设备数据采集来源分类, 需要对以下数据进行采集:
———来源于设备或系统的数据: 包含设备基本数据和经系统计算获取的统计数据及管理数据。设备基本数据包含设备名称、型号、规格、生产厂家、 资产编号、 采购及入库时间、运行程序等; 统计数据包含开机率、主轴运转率、主轴负载率、设备运行率、故障率、 OEE 、 设备生产率等; 管理数据包含设备开关机、故障报警记录等。
———来源于传感器的数据: 按形式可分为模拟量、数字量; 按性质可分为静态量、 动态量; 按被测物理量可分为电压、电流、位置(行程)、温度、压力、液位、振动等。
———来源于数据采集器的数据: 包含人员 、物料、设备、工装等的编码、位置、状态信息等。
6.3　数据采集的方法
数据的采集方法有人工输入、自动输入两种。 人工输入采集数据量有限、速度慢,可对采集数据进行人工筛选与处理;自动输入采集数据量大、速度高,可连续甚至实时监测,按指定方法自动筛选与处理。为提高设备状态监测系统在线检测水平,对设备状态数据应尽可能采取自动输入方式, 对于无连续监测要求或自动采集困难的设备状态数据采取人工输入。 按数据采集来源,设备状态数据采集方法具体如下:
———来源于设备或系统的数据: 设备基本数据可采用通过手动输入, 或扫描设备条码等方法进行采集, 或系统自 动读取输入设备状态监测系统(如果设备支持); 系统统计及管理数据可自 动读取输入设备状态监测系统。
———来源于传感器的数据: 自 动输入至设备状态监测系统。
———来源于数据采集器的数据: 可通过计算机终端、条码扫描仪、 移动手持终端等方式人工或自 动输入设备状态监测系统。
7　系统设计
7.1　概述
通过设备运行状态监测系统来保证设备的正常运行，提高设备的利用率，减少设备资源的浪费，实现设备管理的信息化、科学化和制度化，从而提高生产效率和经济效益。实现生产过程数据与管理执行系统的互联互通，提高企业生产车间数字化水平，提高生产效率，降低次品率，提升生产管理水平。
（1）基于工业以太网和异构系统数据集成技术，构建符合OPC等主流通讯协议标准的底层设备运行状态监测采集网络，打通数字化车间从设备层到执行层的数据集成和信息共享通道，为实现设备互联互通奠定基础。
（2）通过与生产线、检测和物流配送等系统的集成，采集产线设备的开机、运行及故障状态等信息，分析设备故障率、负载情况及平均无故障时间等运行情况，为设备的保养、维护和维修提供参考和真实依据，提升设备管理水平，减少设备意外停机，提高设备综合利用率和劳动生产效率
（3）建立与生产设备相关的制造过程统一数据标准，规范数据格式并在数据存储和访问过程中进行数据解析和转换。保证数据的一致性和可理解性，夯实绿色制造系统集成和制造过程数据共享的基础。
（4）通过与工厂虚拟仿真软件的集成以及组态软件等多种方式，清晰、直观地展示车间设备和生产线的关键运行情况，提升现场管理的可视化程度和精益管理水平。
7.2　系统设计框架
设备在线监控、故障诊断与预警系统可以实时的监视生产状态，测量和跟踪生产设备的工作情况，对设备和生产情况进行统计分析。当生产设备出现问题时，设备集中控制系统将向车间人员报警。该系统还将监视生产节拍时间、设备停机时间以及生数控机床监控与数据采集备集中控制系统通过TCP/IP和OPC协议与现场设备PLC（Programmable Logic Controller，简称“PLC”）、工业机器人、PC（Personal computer，简称“PC”）和其它控制系统等进行通讯，并将采集的生产信息、设备状态信息和报警信息记录并与上层MES系统进行集成，以此来满足对整个车间生产信息的监控。
（1）设备信息数据采集
实时数据采集负责采集生产现场中的各种必要的数据信息。该功能根据设备是否具有对外通讯的开放接口而定，针对具备通用开放接口设备，可以采用OPC协议采集所需要的数据，包括生产线设备的生产和报警信息，包括采样信息、设备工作状态信息、设备类型信息、时间信息、设备位置状况等信息。
（2）设备故障诊断
设备诊断是保障设备安全稳定运行的基本措施之一，它能对设备故障的发展作出早期预报，对出现故障原因作出判断，提出建议，避免或减少事故的发生，改变设备维修体制。
（3）设备故障预警
建立故障等级及预警等级划分和故障等级预警模式，对同一种设备故障按照故障部件和影响程度对故障进行分级管理，建立相同设备不同故障等级下的应急处置机制，并按照不同故障等级启动相应等级的应急处置预案,避免了不论什么故障都采取千篇一律的应急处置预案而造成的被动工作局面。为维修提供准确、丰富的故障信息。

图2 系统设计框架
（4）设备故障统计分析
将原始记录中所记载的故障，按装备故障类型、周期、停运时间、排除故障耗用工时和费用等进行分类、统计，然后进行故障分析。分析时应注意多次重复发生的故障，引起重点装备长时间停车的故障，维修耗用工时多、费用大的故障。
（5）车间可视化
车间的可视化使管理人员不必进入车间就能了解车间的实时信息，包括设备、人员和车间物料或零部件，使管理人员能根据实时信息进行科学的调度和决策，设备运行状态监测系统架构如图1所示。
（6）异常报警
通过关键装置装备集成，实施获取制造装备、环保设施、安全设施的状态与环境状态，对设备与环境异常进行报警，保障生产的顺利与安全。
7.3　关键模块及应用设计
设备运行状态监测系统利用先进的管理技术、信息技术、自动化技术，提高企业生产制造过程的数字化管理。它包括生产过程的自动化、信息采集技术的应用、工艺、资源的协调、生产现场的管理与生产控制。目的是尽量提高生产制造所涉及的业务过程数字化，通过各种信息系统网络加工生成新的信息资源，为科学决策提供依据。实现资源合理配置，求得最大的经济效益。系统具有用户管理、设备通讯、程序数据库管理、工艺信息管理、车间作业管理、设备信息管理、集成与扩展等， 在企业的车间生产管理中起到一个底层管理平台的作用。

图3 系统功能模块
①用户管理
用户权限包括信息管理员、 工艺人员、 现场工艺人员 3 级权限。
信息管理员：数据管理员具有 DNC 中心服务器管理权限；
工艺人员：负责将编制完成并由技术主管审批后的数控程序传输到 DNC 中心服务器。 经过授权，工艺部门具有 DNC 中心服务器存储数控程序的查询权限；
现场工艺人员：现场工艺人员负责根据生产作业安排从DNC中心服务器下载数控程序分发到各机台设备。经过授权，现场工艺人员具有监控中心服务器存储数控程序的查询权限。
②设备通讯
基本通讯：支持在机床侧上传和下载NC程序、 NC参数和刀具参数，能够最大同时实现 256台数控设备的联机同时传输。
在线加工： 支持基于目录列表方式下的程序下载功能，操作者使用远程调用方式可以直接在机床控制面板上得到获悉该设备加工零件的程序清单， 并经授权后从生产车间设备运行状态监测系统客户端服务器上调用加工程序；具有绝对坐标和增量坐标下的程序再开（即断点续传）功能，能正确调用中断点所使用刀具、长度补偿以及半径补偿，并根据需要自动进行回退点位置的选择。
③程序数据库管理
程序查询：能够对产品在车间控制程序的各种信息，如程序号、图号、零件号、设备、用户信息等进行管理，并可自定义关键字段进行组合查找，支持通配符，很方便地找到想要的程序。能够以程序作为主线，把与程序相关的程序备注、刀具清单、模型文件、工艺卡片、毛坯图、工序图、装夹图片等信息进行关联管理，所有信息都在数据库的同一个界面内，一目了然。
产品目录管理：程序存取路径管理，可以按需要多台设备共享一个目录，也可以单机独占。
文件比较： 比较选定的两个程序。
④工艺信息管理
程序流程管理： 程序分为编辑、调试、定型三个状态。严格按照编制、审核、现场验证、批准这一系列流程操作，保证程序的准确性。
简单的数控程序由设备操作员编制，然后直接进行调试加工。首件合格后经检查员确认，机床操作员将此程序发送至服务器的数据库内，技术主管在客户机上对此程序进行批准， 批准的程序属性变成只读，完成了归档管理，没有更改手续此程序不能被修改。机床操作员正式加工此零件时，通过授权，利用远程调用功能直接在机床控制面板上从生产车间设备状态监测系统客户端内下载。
较复杂的程序由工艺员编写，工艺员编制完成数据程序后，在客户机上将程序加载到系统的数控程序数据库，编程组长首先对程序进行校对，由工艺员直接将此程序发送至设备，然后工艺员到车间现场与操作员一起对此程序进行调试，首件合格后经检查员确认，机台操作员将此程序发送至服务器的数据库内，技术主管对此程序进行批准， 程序属性变成只读， 进行归档管理。机台操作员正式加工此零件时，通过授权，利用远程调用功能直接在机台控制面板上从生产车间客户端内下载。
程序文档编辑和仿真：程序编辑时能够对用户大部分设备控制系统的程序文件进行二维刀具轨迹模拟仿真和三维实体的动态模拟仿真和校验功能。
⑤车间作业管理
车间现场工艺人员能够以人工分配(默认模式)和自动分配两种模式进行任务的分配。
⑥设备信息管理
按车间、设备类型、生产厂家、数控系统类型对现场设备进行分类管理。
按车间、设备类型、生产厂家、数控系统类型、产品进行分类查询。包括设备的开、关机时间，使用率；产品加工时间、程序意外中断时间；系统程序的注释字符等。
在设备组内增加添加/删除设备，设置联网机床的通讯参数：波特率、数据位、停止位、 校验位等。
⑦设备状态监控
实时采集和监控网内所有机床设备的使用信息：设备的开、关机时间，机床负荷率，程序传输时间，在线加工时间，意外中断时间等。
在线实时统计：统计当前数据和历史数据，生成分析报告，如已生产零件数量，加工时间，机床运行、停工、维修等事件的统计，平均负荷率，开关机时间，程序传输时间，在线加工时间，意外中断时间等信息。
显示错误信息：传输命令格式错误，程序对比错误，超容量程序，无程序等，并能自动生成历史记录文件。
数据查询：能查询该程序对应的程序名称、程序长度、编写日期、程序中的注释内容、 主轴转速、进给速度、刀号；查询当日信息传输履历（按时间依次显示上传/下传文件的名称、长度、时间）等。
⑧集成与扩展
（1）系统集成
A.和生产线控制系统的集成
为新建生产线配备了独立的生产线控制系统，设备运行状态监测可以直接与该系统进行集成，实现生产线所有设备的状态监控，并下发控制指令。
生产线控制系统主要包括现场上位计算机、条码扫描器或RFID读写设备、现场通讯总线、工业以太网、管理软件系统等。通过工业通信网络，实时采集制造信息、质检数据、设备状态等现场信息。每条生产线装配的产品不尽相同，因此每条装配生产线均需生产线管理系统与之配合。生产线配置条码扫描器或RFID读写设备，在需要保存产品装配、质检数据的工位，在检测前读取产品编号等信息，并将产品信息与检测结果通过工业网络集中保存到后台服务器的相应数据库中。
B.和智能物流设备的集成
车间智能物流设备包括AGV、立体仓库等，这类设备都配置有控制调度系统，和生产线控制系统类似，设备运行状态监测可以直接与这些软件系统进行集成，实现数据采集和控制指令下达。
C.和条码/RFID设施的集成
通过这些设施提供的读写中间件，可以触发读写操作，实现数据获取或写入。
D.和其他独立设备的集成
对于数字化检测设备或者其他的独立设备，设备运行状态监测与之集成的方式包括：
 通过这些设备提供的专用集成程序；
 通过协议和数据转换中间件。
（2）扩展集成接口
A.OPC采集/控制：当采集对象为PLC时，使用OPC方式，支持触发采集和控制，使用自控厂商的OPC Server程序，把PLC中的变量映射成OPC Server中的Item。当PLC中的变量变化时，OPC Server中的Item也会跟着变化，反之亦然。因此对PLC的采集和控制，就变成了对OPC Server的采集和控制。通过对OPC Server的采集，可以实时监测和采集设备的状态和故障等信息。
B.工控及其它系统接口处理：当采集对象为工控机或其它系统时，若设备层提供接口手段（有的也会支持OPC采集/控制），优先采用其建议的接口手段；若设备层没有数据库，使用多文档界面（Multiple Document Interface，简称“MDI”）方式，通过调用接口函数把数据传递到设备运行状态监测中；若有数据库，可考虑从其数据库读取。
9数据管理
（1）数据标准化及转换
异构设备的数据采集是设备运行状态监测建设的难点。，一方面，设备运行状态监测需要构建与上层MES等应用软件系统和底层智能设备的集成接口，实现设备状态信息的上传和控制指令的下达；另一方面，设备运行状态监测必须通过构建集中统一的数据中心，实现对各类实时信息进行规范化处理/转换、传输、分析和存储，避免上层应用软件系统直接与各个底层智能设备交互时，需要分别与其差异化接口构建错综复杂的物联网。
通过设备运行状态监测的数据集成接口，能获得如下数据：
信息类别 内容
生产监视类 工位信息、设备运行状态、呼叫、生产过程数据、调用程序，工装信息
工位报警类 工位总报警和详细报警信息
生产控制类 订单、生产序列、工艺参数要求、班次信息、时间同步，程序、辅料，装配清单
计数信息类 工位合格、不合格产品计数信息，工件循环时间
质量数据类 质量合格信号、质量项数据、质量标准
追踪类 主工件识别码、安装物料条码信息，辅料条码信息
人员类 操作员信息
维修维护类 维修信息
 
这些数据来自不同的系统或设备，它们的数据格式各异，为了简化上层MES系统和底层设备之间的集成，在设备运行状态监测系统中必须对这些数据进行标准化处理，系统采集到设备状态或故障信息后，将数据转换成统一编码，然后提交至企业服务总线（Ent绿色供应链系统rise Service Bus，简称“ESB”），这样可以快速传递统一的设备状态和故障给上层系统。当需要给设备下发控制指令时，数据转换模块自动把该参数转换成设备可识别的信息，控制操作不需要区分所有设备的参数含义，保证设备控制更加快速有效。具体实现途径如下：
数据标准制定：按照设备类别和采集数据的类别，统一数据格式，建立标准数据模型，定义不同字段和具体设备数据的映射关系，通过XML进行形式化描述，示例图如图4所示。

图4  数据标准化转换示意图
数据处理：包括标准化数据生成与数据解析两个操作，前者将设备数据按照数据标准进行处理，生成标准化数据，后者对MES下达的标准化控制指令进行解析操作，生成符合特定设备的控制指令。
（2）设备数据分析与显示
设备利用率计算
实时准确的统计数据有利于管理人员分析了解各台设备的准确运行情况，以便进行管理、 调度、调整，使得生产计划能正确准时的执行， 并有效地提高数控机台的管理水平和生产率。设备利用率相关定义如下：
设备负荷率： 机台开机时间/工作时间,反映出设备的忙闲情况及设备利用率。
设备有效负荷率： 机台程序运行时间/工作时间,反映设备的有效运行时间比率情况。
设备有功(加工)负荷率： 机台切削时间/工作时间,表现出机台用于实际切削加工的时间情况,该数据直接表现了数控机台的生产效率。
设备运转负荷率： 机台运动时间/工作时间,反映了机台各轴运动时间情况,通过与设备有效负荷率的比较(即机台运动时间/机台程序运行时间),能够间接反映出机台辅助性运动的比率。
设备运行有效负荷率： 机台程序运行时间/开机时间,真实反映出设备的使用情况,通过该统计量可以间接反映出操作工人的实际工作情况。
设备运行有功(加工)负荷率： 机台切削时间/开机时间,真实反映设备有效使用期间直接用于产生经济效益的时间比率。
程序加工效率： 机台切削时间/机台程序运行时间,可反映出加工程序中真实用于切削加工的运动在整个程序中所占比率,也体现了加工程序的工艺水平和有效加工效率。
数据显示
设备状态监控系统实时采集的数据经过相应分类处理和统计分析，以图表方式显示供各级管理人员查询。
运行结果：可查询所有机台、每组机台或每台机台的自动操作时间、设定时间、报警时间、无功时间，结果以圆饼图显示。
运行状态：可查询所有机台、每组机台或每台机台在选定时间范围内的自动操作时间、 进给抑制时间、设定时间、报警时间、无功时间，结果以水平棒状图显示。
主轴载荷和转速：可查询每台机台任意时间段（月、周、天、小时）的主轴载荷和转速， 结果以线性图显示。
趋势：可查询每台机台任意时间段（月 、周、天、小时）的运行状态， 结果以棒状图显示。
报警信息：可查询每台机台的报警历史信息（报警号、报警信息、报警产生的时间、 报警源）。
（3）设备数据存储与可视化
实时数据存储：设备运行状态监测系统本身也提供数据存储功能，它将所有设备的实时状态信息经过数据标准化处理之后，存入数据库，这些数据可以用于设备可视化监控、设备健康状态分析、生产绩效分析等用途。通过数据采集监控软件，定时将运行数据存储到数据库中，实现自动记录。此外，设备的操作记录如操作时间、操作内容和故障记录如故障发生时间、故障内容、排除故障时间等，也能自动记录存档。其数据记录间隔可以自行设置, 数据至少可保存两年以上。具有高度的通用性、实时性、可靠性、开放性、可扩充性和安全性。
可视化监控：系统监控界面实现分级监控：车间-生产线¬-设备等3个级别显示。各级界面显示对应的监控信息，提供给用户更为直观的显示方式。
设备状态显示：用户能通过上位机上图形界面，查看当前设备的所有停机时间、设备当前的报警信息等。系统还能以折线图方式显示节拍时间、停机时间。对于重要的设备状态可以实现语音报警。
系统安全监控：提供系统自身的监控诊断界面，便于维护人员实时了解系统运行的状态，包括：利用人机接口（Human Machine Interface，简称“HMI”）系统功能对应用系统主要进程进行监控；对重要下载参数如下载到PLC的作息时间、生产日期、当前工作状态等进行监控；对车间需要采集的PLC设备进行监控，如设备状态、工作标志位、网络状态、设备中接口的默认参数配置是否正确等；对各采集服务器HMI工程中脚本的当前运行状态、运行时间等进行监控，该界面还应提供对脚本启动和停止功能，便于发现问题后恢复和处理。
7.4　系统平台建设
1.系统运行环境
软件平台的选择决定了系统运行的稳定性和可靠性。 建立 设备运行状态监测系统首先考虑的应该是网络操作系统、WEB服务器和后台数据库。
① 网络操作系统的选择
作为一个系统软件,操作系统管理并控制着计算机的软硬件资源,包括处理器管理、存储管理、用户管理、文件管理、作业管理,在用户与计算机之间担任着重要的桥梁作用。还要考虑网络安全性、可靠性、稳定性、兼容性以及价格等因素。由于本系统是基于Java语言开发的，具有跨平台性、可移植性，不依赖于具体的操作系统平台，所以决定选用具有良好的图形用户界面的Windows 2003 Server 作为系统运行的操作系统。
②web 服务器的选择
Web服务器比较有名的有Apache，Microsoft的 IIS, Netscape的Enterprise Server
等等。微软的IIS不支持JSP，Netscape的Enterprise Server 己日渐势微，Apache是目前 Internet 上应用最为广泛的一种 Web 应用服务， 它以强大的功能、较高的效率和极快的反应速度闻名于世。再者，它可以完全免费得到，而且性能十分可靠，可运行在 Unix、 Linux 和 Windows 等操作系统下。
③后台数据库的选择
后台数据库的合理选择对于系统的构造和维护是至关重要的， 直接影响系统运行效率、 稳定性和可维护性。一个完整的数据库系统包括系统硬件、操作系统、网络层、数据库管理系统、应用程序与数据，各部分之间是相互依赖的，对每个部分都必须进行合理配置、设计和优化才能构成高性能的数据库系统。
为了合理利用车间人力、网络资源，便于设备运行状态监测系统能够实现与上层其他管理系统的集成，以及进行跨车间层的管理，选择 Oracle 数据库作为管理系统的统一数据库。
Oracle 提供了对数据仓库的全面支持，提供了一系列的集成工具，使用这些工具能够帮助数据仓库开发和管理人员创建、管理和维护企业数据仓库，同时，利用数据仓库中的数据进行数据挖掘， 支持决策分析。同时，为了支持数据仓库，提供更好的性能，Oracle 还采用于多种技术：
1)支持 XML 技术， 使用 XML 工具可以转换和提取数据。
2)支持分区和并行，对数据仓库的数据进行分区处理。对查询并行化， 从而能够获得更好的查询性能。
3)支持实体化视图，实体化视图是Oracle专有的技术，同时使用实体化视图能获得较高的查询性能。
4)Oracle提供了用于分析和聚集的Oracle语法，这是Oracle为了便于对数据仓库进行操作， 对基本ORACLE语法进行的一些扩展。
5)支持OLAP技术，Oracle 提供了联机分析工具——Oracle Express Server 和Oracle Express Client。
2 JDBC 数据库访问技术
在 Java 技术体系中， 应用程序主要通过 JDBC( Java Database Connectivity)接口来访问数据库， 它支持建立数据库连接、 SQL 语句查询、 处理结果等基本功能，是 Java 与数据库的接口规范。 JDBC 定义了一个支持标准 SQL 功能的通用 API，它由 Java 语言编写的类和接口组成， 旨在让各种数据库开发商为 Java 程序员提供标准的数据库 API。 JDBC API 可利用不同的驱动程序连接不同的数据库系统。
JDBC 数据库访问过程如图 5

图 5 数据库访问过程
JDBC 主要完成下面三件事： 与一个数据库建立连接； 向数据库发送语句,操作数据库及数据表； 接收及处理数据库返回的结果。
JDBC 提供相应的组件类来完成上述事情：
1) Connection 类， 负责创建与数据库服务器的连接；
2) Statement 类， 负责传送 SQL 命令给数据库、 操作数据库及数据表；
3) ResultSet 类， 负责接收及处理从数据库返回的结果集， 通过操作该结果集可实现对数据库的访问。
使用 JDBC 非常简单，其中涉及的通常有 4 个步骤，其具体取决于所进行的任务环境。
1) 为数据库管理系统加载一个 JDBC 驱动程序。
2) 使用这个驱动程序来打开一个到某个特定数据库的连接。
3) 提供这个连接来发布 ORACLE 语句。
4) 处理由 ORACLE 操作所返回的结果集。
 

 
附录
设备状态监测数据举例
不同类型设备及系统的状态监测数据举例如表 A.1 所示。
表 A.1 不同类型设备及系统的状态监测数据举例
数据分类 数据 设备及系统名称
加工设备 装配线 搬运机器人 数控设备
基本数据 设备名称 l l l l
设备规格 l l l l
生产厂家 l l l l
资产编号 l l l l
采购入库时间 l l l l
运行数据 开关 l l l l
电压 l l l l
电流 l l l l
位置（行程） l l l l
速度 l l l l
振动 l l l l
温度       l
主轴负载率     l l
输入功率 l l l l
输出功率 l l l l
统计数据 a   开机率 b   l c   l d   l e   l
利用率 l l l l
故障率 l l l l
平均故障间隔时间 l l l l
平均修复时间 l l l l
综合效率 l l l l
注：l表示状态监测测量参数可应用
 
 
参 考 文 献
[1]     国家智能制造标准体系建设指南（2015年版）
[2]     GB/T 31129-2014 制造业信息化体系结构  
[3]     GB/T 37942-2019 生产过程质量控制设备状态检测