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摘要： 《设备管理与维修》杂志系中国科协主管、中国机械工程学会和北京卓众出版有限公司主办的设备与维修工程分会会刊（国内统一连续出版物号CN11-2503/F，国际标准连续出版物号ISSN 1001-0599），创刊于1980年，是跨行业为企业设备管理、维修、改造和节能、环保服务的综合性信息型技术刊物。

关键词： 设备管理   设备综合效率   TPM管理   RCM管理  

摘要： 设备是化工生产企业生产经营的硬件基础,设备的稳定运行是推动企业长远发展的关键因素,先进的设备管理水平能够提升化工企业的整体经营能力和竞争力。随着近年来化工行业的不断发展,化工生产企业所面临的竞争更加激烈,同时国家对化工企业的安全环保要求日益严格。在此背景下,化工生产企业越来越关注设备的运行情况,重视设备管理工作。而如何对设备进行科学高效地维护和管理,以保证其高效、安全、环保、经济、可靠地运行,已成为各化工生产企业设备管理的首要任务。 B公司作为一家生产经营近20年的传统大型化工生产企业,设备具有种类繁多、数量庞大、大型化和复杂化等特点,设备管理难度较大。但B公司设备管理相关人员却对设备管理重视程度不够,设备的综合效率不高。特别是最近10年以来,一方面随着新建装置的不断投产运行,设备数量不断增加;另一方面随着现有装置的运行,设备在不断地老化。这些因素导致不断出现新的设备问题,不仅影响了设备运行的各项技术指标,还对安全生产造成了不利影响,引起了公司管理层的高度重视。 本文结合B公司的实际情况,按照“调查研究—问题分析—改进方案—保障措施”的基本研究思路对B公司的设备管理进行了研究。首先,对国内外设备管理的现状和设备管理理论如设备管理概念、TPM管理、RCM管理以及设备ABC分类法等进行了阐述。其次,在对B公司设备管理调研的基础上,评价设备管理的各项技术指标,进而分析B公司的设备管理情况,找出设备管理过程中的问题,并从相关层面分析了造成问题的原因。然后,在此基础上完成B公司设备管理改进的方案设计,包含设备管理组织架构优化方案设计、结合TPM理论的现场运行管理优化、结合RCM理论的设备维修策略优化及故障管理改进优化。最后,提出了制定保障措施以保证解决方案能够应用到实际的设备管理工作中,以及对预期的实施效果进行了分析。 希望本文的研究成果能够为B公司设备管理水平的提高提供帮助,为设备管理的实际问题提供解决方案,同时更希望能够在同行业企业的实际应用过程中起到借鉴意义。

关键词： SDN   多控制器   分布式系统   可扩展性   容错性  

摘要： 软件定义网络(Software Defined Network,SDN)解耦了控制平面和数据平面,其中控制平面负责对通信网络进行逻辑集中式控制。大规模网络通常采用SDN多控制器架构,并通过分布式协作机制提升控制平面的可扩展性和容错性,但是在决策架构设计、主控制器选举和控制平面异常检测等方面仍然有优化空间。本文针对SDN多控制器中的分布式协作机制进行研究,旨在搭建面向SDN多控制器的分布式可靠协作系统,从可信决策、可扩展性和容错性三个方面保障控制平面可靠运转。本文的主要工作包括:(1)针对SDN多控制器中存在的决策结果不可信问题,设计了分布式协作架构,该架构不仅提供基础的分布式协同功能,还引入基于实用拜占庭容错(Practical Byzantine Fault Tolerance,PBFT)共识协议和智能合约的可信决策机制,通过合约执行和多方共识保证在少于1/3的控制节点存在拜占庭故障时,正常节点能对正确的决策结果达成共识,并针对可信决策机制的性能问题设计了决策节点变更机制。(2)针对SDN多控制器的可扩展性需求,设计了弹性负载均衡机制,包括初始负载均衡、基于交换机上报的异常检测机制(Exception Detection Mechanism Based on Switch Reporting,EDSR)和动态负载均衡机制。其中,初始负载均衡机制设计了分布式选举协议为交换机选举低负载、低时延的主控制器,提前预防负载不均;EDSR用于进行高效的过载检测;动态负载均衡机制基于扩容和负载均衡完成过载处理。实验结果证明该机制在过载预防有效性等方面的优势。(3)针对SDN多控制器的容错性需求,设计了故障检测和恢复机制。该机制基于EDSR实现故障检测,其恢复策略保障恢复后负载均衡和交换机-控制器时延较低,从而避免级联故障并提高控制平面整体性能。实验结果证明该机制在故障检测可靠性等方面的优势。(4)设计实现了面向SDN多控制器的分布式可靠协作系统,并搭建原型系统的测试环境,对系统关键功能进行了测试。

关键词： 医疗设备   信息化医院   管理系统   软件设计  

摘要： 随着医疗设备技术的不断发展，医院的规模不断扩大，传统人为粗放的管理模式愈发不适用于大型现代化医院医疗设备的管理。为实现医院现有的大量先进医疗设备科学高效管理，通过需求调研和分析后，设计并实现了基于Web和Android系统的大型医院医疗设备管理系统，通过该系统可以使医疗设备管理相关人员的工作完成信息化管理。经过测试和运行，发现该系统可以稳定运行，并从医疗设备购入到报废全生命周期的各个环节，使用对应的模块可方便相关人员更方便快捷的完成工作，实现了医疗设备的精细化管理。

关键词： 形式化方法   操作系统   数据库   文件系统   分布式共识协议  

摘要： 对高可靠系统软件需求的不断增加使得形式化方法在工业界引起了广泛的兴趣。文章概述了当前主流形式化方法，分析了国内外研究态势，并介绍了形式化方法在设计和实现操作系统、编译器、同步原语、文件系统、数据库系统和分布式共识协议等方面的实践。基于这些实践，进一步总结了形式化方法在系统软件中应用的经验，并从理论和工程两方面讨论其可能面临的挑战，最后针对这些挑战提出发展建议。

关键词： 多介质存储   数据迁移算法   Ceph系统改进   预取技术改进   文件过滤  

摘要： 随着互联网的发展,软件应用每天会产生海量的数据内容。此时,存储系统需要兼顾大存储容量、高性能和低成本,混合多介质存储系统成为企业降低成本,提升性能的唯一选择。混合多介质存储系统旨在实现高成本效益,并为应用程序提供快速响应的能力。提升混合多介质存储系统的性能成为了企业和学者研究的热点。本文综合使用动态随机存取内存、基于闪存的固态硬盘和机械硬盘构建Ceph多介质存储系统。通过实验研究表明,磁盘的读写带宽随着读写Block Size的大小增加而增大。为了提升多介质中HDD设备的性能,论文提出了纠删码条带合并写、大块预取、小文件过滤迁移策略等策略。研究表明,由于纠删码需要对数据进行分片存储,将大文件拆分成条带在磁盘上存储,Ceph系统的纠删码相比副本模式性能较差。论文提出了在迁移过程中将条带进行合并存储,将连续的条带按照固定的大小进行打包,然后发送到OSD节点。在此之上,论文提出了基于数据端的预取算法,通过顺序读检测算法预测用户行为,将数据通过大块读的模式提前读取到数据端,为了保存预取的数据块,论文提出了一种基于偏移量链表结构来存储不连续的数据块,该结构能够适应多种顺序读同时插入缓存,提供快速查找、插入、删除等能力。实验结果表明,预取技术优化效果明显,在HDD设备上相比未开启预取技术,最大带宽能力从916MB/S提升到2257mb/s,提升百分比达到146%。相比Ceph的原有预取算法,单文件最大带宽从1701mb/s到2257mb/s,提升了32.69%。此外,论文还提出了一种小文件过滤迁移策略(Small File Filtering Migration Strategy,以下简称SFFMS),在迁移新数据时只考虑迁移大文件,减少小文件对HDD磁盘性能的影响。在迁移策略中,综合考虑文件创建时间、大小、SSD存储池剩余容量三种信息,大文件优先迁移到HDD磁盘,空出SSD硬盘空间,小文件在冷却后迁移到HDD磁盘。SFFMS提升了在高并发的小文件读数据的场景下大小文件的读性能。其中,大文件读取带宽从376mb/s提升到了1896mb/s,实验最高提升百分比达到406%。从每秒读取文件个数看,小文件读性能提升了410%。最后,对多介质存储系统进行了上线试运行,通过监控可以看到,在数据节点侧的整体读延迟控制到220us左右。此外,数据端从内存读延迟为20us,而从HDD设备读取达到几十毫秒,甚至上百毫秒。从内存占用方面看,集群整体流量达到15gb/s时,单机最大预取内存在15GB左右。此外,在大文件的顺序读的场景下,预取算法命中率达到1%左右,在0.3%-2%波动。应用显示,改进效果明显,相关监控指标符合预期。

关键词： 物流公司   设备管理体系   全寿命周期  

摘要： 设备管理在电商物流行业中有举足轻重的作用。由于市场竞争压力，企业提高设备管理能力，保障设备稳定运行，降低设备全寿命周期成本，成为企业的一项重要工作。随着科技的快速发展，电商物流行业的激烈竞争，物流设备应用的场景愈来愈多，物流设备对于企业的经济效益与市场竞争影响也越来越大。如何提升物流设备的综合效能，提升企业竞争力，目前成为物流企业的一个重要工作方向。　　本论文以LX电商物流公司仓配部设备管理体系为研究对象，以全员生产维修TPM理论和设备全寿命周期管理两套理论为基础，以解决LX电商物流公司仓配部当前设备管理中现存的主要问题为契机，为仓配部的设备管理提供系统化、规范化解决问题的解决方案，用以提高仓配部设备管理的水平与设备综合效能。本文首先阐述了国内外设备管理体系的研究现状，简要介绍设备及设备管理相关概念。接下来详细介绍了全员生产维护理论与设备全寿命周期管理理论，为论文撰写奠定理论基础。本论文通过对LX公司仓配部设备的管理现状分析，指出LX公司当前存在主要管理问题，即从设备全寿命周期的规划选型、导入、使用维修、改造、更新与报废等不同阶段存在的管理问题，再到设备技术传承与团队管理缺失等多方面存在的问题，指出LX公司仓配部设备管理存在的痛点与难点。梳理LX电商物流公司仓配部设备管理体系构建与优化的目标、原则与内容，基于对现存管理问的分析，按照设备全寿命周期管理和全员生产维修的理论框架，展开对LX公司仓配部设备管理体系的优化研究。基于设备管理体系构建的五大原则，以规范、制度、流程、表格为载体，构建LX电商物流公司仓配部设备管理体系，同时对设备技术和设备人才管理也提出优化建议。最后对优化和构建新仓配部设备管理体系实践过程中遇到的实际困难进行分析与总结，结合企业实际管理情况制订了相应的解决方案。最后总结了LX公司设备管理体系研究过程中所积累的经验及教训，以及对仓配部设备管理体系未来发展提出改善建议。

关键词： 文件系统   非易失内存   细粒度管理   元数据管理   崩溃一致性  

摘要： 新型非易失内存(Non-Volatile Memory,NVM)技术提供字节粒度访问的同时保证数据持久性,为构建高性能的文件系统提供新的机遇。实际应用存在较多的小写负载,然而现有的NVM文件系统主要针对大块数据读写,在小写时面临如下挑战。首先大部分研究工作采用基于页粒度的写时复制技术管理数据,在小写负载下引入写放大开销。其次,小写负载对于元数据开销比较敏感,而现有的NVM文件系统在元数据管理上不够高效,一方面没有针对小写负载进行优化,另一方面没有充分考虑NVM的硬件特性,如引入较多的缓存行重复刷新和小数据随机访问等。针对上述问题,提出了一种具有细粒度数据管理的文件系统FineFS。为了降低小写时的元数据开销,FineFS沿用NOVA文件系统的日志结构管理,并设计了一种名为Version Log的新技术维护每个inode的元数据日志。该技术将日志条目固定为缓存行大小,并结合版本号匹配的方式避免缓存行的重复刷新,同时还利用epoch机制避免日志条目按执行顺序排列的约束,实现高效的日志垃圾回收。为了避免写放大开销,FineFS对于小写使用Slab分配器实现细粒度的空间顺序分配,并在内存中采用有序链表索引每个文件页中的小数据,而对于大块数据写入则保持以写时复制的方式处理。为了降低细粒度数据管理对读性能的影响,FineFS通过碎片感知的小写应用机制定期将小数据整合为页数据,以减少数据碎片。此外,FineFS还通过基于Ticket Lock的信号量机制缓解当前NVM在多线程下存在的性能下降问题。基于NOVA实现了FineFS原型系统,并在真实的NVM硬件平台上,与迁移至用户态的NOVA和用户态文件系统Libnvmmio进行对比测试。实验结果表明,FineFS在小写负载下时延最高降低75.61%,其中元数据的时延开销降低51.93%,多线程下4 KB的写带宽提升1.47倍。在Filebench真实负载下,读写带宽分别比NOVA和Libnvmmio提升90.17%和112.04%。FineFS的设计充分利用了NVM的硬件特性,有效降低小写的时延,同时提高写入带宽。