2. 设备异常信号体系
设备异常信号体系是工单联动的“第一公里”。如果异常信号本身定义不清、来源混乱、质量不可信、分级随意，那么后续的工单生成、派发、闭环都会建立在流沙之上。本节要解决的核心问题是：把“设备出问题了”这句模糊的话，拆解成一套可采集、可判断、可分级、可联动的结构化信号。
一、异常类型：先分清“哪里不对”
设备异常不能只用一个“故障”标签概括。工程上通常按异常的性质和影响面划分为四类，每类对应不同的采集手段和响应策略：
- 状态异常：设备偏离正常工况，但尚未停机。例如温度从 65℃ 缓升至 82℃、振动有效值从 2.1mm/s 升至 4.8mm/s、电流从 12A 升至 15.5A。这类异常是预警的主力，采集频率要求较高。
- 阈值越限：参数越过设定上下限，如压力超过 0.85MPa、液位低于 15%。它通常由 PLC 或仪表直接产生开关量或报警位，是最容易采集的一类。
- 逻辑/时序异常：动作顺序错误或超时。例如启动指令发出后 8s 内未收到运行反馈、阀门开到位信号与开指令间隔超过 5s。这类异常需要结合多个信号的时间关系判断，单点采集无法识别。
- 通信/数据异常：设备在线但数据不更新、跳变、丢包。例如某温度点连续 30s 数值不变、Modbus 轮询超时率超过 5%。它本身可能是故障，也可能是采集链路问题，必须单独分类以免误派工单。
二、异常来源与采集方式：信号从哪里来、怎么拿
异常信号的来源决定了采集方式和可信度。常见来源与采集方式对应关系如下：
| 来源 | 典型信号 | 采集方式 | 采集周期 |
|---|---|---|---|
| PLC / DCS | 报警位、联锁状态、运行反馈 | OPC UA / Modbus TCP 轮询 | 100ms～1s |
| 智能仪表 | 温度、压力、流量、液位 | 4-20mA / HART / Modbus RTU | 1～5s |
| 振动/温度传感器 | 振动速度、包络、轴承温度 | 边缘网关高频采集 + 特征值上传 | 原始 10～50kHz，特征值 1s |
| 设备控制器 | 伺服报警码、主轴负载、刀具寿命 | 厂商协议 / SDK / 以太网 | 事件触发 + 1s 轮询 |
| 人工巡检 | 异响、渗漏、异味、松动 | 移动端表单 / 扫码上报 | 按巡检计划 |
| MES / 工单系统 | 质量偏差、停机记录 | API 对接 / 数据库订阅 | 事件触发 |
采集方式的选择要遵循一个原则：能自动采集的不要依赖人工，能边缘判断的不要全部上云。例如振动原始波形数据量大，应在边缘网关完成 FFT 和特征值提取，只上传有效值、峰值、峭度等特征，既降低带宽压力，又保证异常判断的实时性。
三、数据质量要求：不可信的数据比没有数据更危险
异常信号进入工单联动之前，必须经过数据质量校验。否则一个传感器断线导致的“温度=0℃”会被误判为低温异常，触发无效工单。数据质量至少应满足以下要求：
- 完整性：关键测点不得缺失。缺失时应标记为“数据无效”，而不是用 0 或上次值填充。
- 时效性：数据时间戳与当前时间偏差超过 3 个采集周期，应判定为“陈旧数据”，不参与异常判断。
- 合理性：数值应在物理量程内。例如温度传感器量程 -20～150℃，若读到 300℃，直接标记为“越量程无效”。
- 一致性：同一参数多源采集时，偏差超过允许范围应触发数据质量告警，而不是直接选一个值使用。
- 可追溯：每条异常信号应携带来源设备、测点编码、采集时间、质量码，便于后续工单关联和复盘。
四、异常分级标准：决定工单优先级和响应时限
异常分级不是简单按数值大小，而是综合影响面、紧急度、可恢复性三个维度。以下给出一个可落地的四级分级示例，参数为教学示例，实际项目需根据设备重要度和工艺要求调整：
| 等级 | 判定条件（示例） | 典型响应 | 工单时限 |
|---|---|---|---|
| 一级（紧急） | 安全联锁触发、设备停机、关键参数越限且持续 10s 以上 | 立即停机、通知值班工程师 | 5 分钟内响应 |
| 二级（重要） | 状态异常持续 5 分钟、振动有效值超过 4.5mm/s、温度超过 80℃ | 降载运行、安排检修 | 30 分钟内响应 |
| 三级（一般） | 参数缓慢劣化、单次阈值越限后恢复、巡检发现轻微渗漏 | 记录并计划性维修 | 24 小时内响应 |
| 四级（提示） | 数据质量异常、通信闪断、趋势接近预警线但未越限 | 观察、排查采集链路 | 72 小时内处理 |
分级标准必须与工单联动规则绑定。例如：一级异常自动生成紧急工单并短信通知；二级异常生成预防性工单并进入排程；三级异常进入待观察列表，由班组长确认后转工单；四级异常只记录，不自动派工。这样既保证响应及时，又避免工单泛滥。
五、从信号到工单：一张图看清联动关系
下面这张图把异常类型、来源、采集方式、质量校验和分级标准串成一条完整的信号链，帮助理解每个环节在工单联动中的位置和作用。
六、落地要点与常见陷阱
在实际项目中，异常信号体系最容易出问题的地方往往不是技术，而是定义和边界。以下三点值得特别注意：
- 测点编码必须唯一且稳定。建议采用“设备编号+部件+参数”的编码规则，例如
CNC-01.SPINDLE.TEMP。编码一旦启用不要随意变更，否则历史数据和工单关联会断裂。 - 分级阈值要可配置、可追溯。阈值不应硬编码在程序里，而应放在配置表中，并记录每次修改的时间、修改人和修改原因。这样当工单误报或漏报时，可以快速定位是阈值问题还是采集问题。
- 避免“一刀切”分级。同一温度值在不同设备上可能对应不同等级。例如 80℃ 对普通电机是二级异常，对某些高温工艺设备可能只是正常波动。分级必须结合设备类型和工艺上下文。
总结来说，异常信号体系的核心是：类型分清楚、来源可追溯、采集有周期、质量有校验、分级有依据、联动有规则。这六个环节缺一不可，它们共同决定了后续工单联动工程能否稳定、可信地运转。