王彥昌

（保定天威保變電氣股份有限公司，河北 保定 071000）

近年來，互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能、區(qū)塊鏈等技術(shù)加速創(chuàng)新，日益融入經(jīng)濟、社會發(fā)展的各個領(lǐng)域，世界主要國家和地區(qū)紛紛加快數(shù)字化轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略布局。推動數(shù)字化轉(zhuǎn)型已成為一道決定企業(yè)未來生存發(fā)展的必答題[1]。裝備制造企業(yè)要落實國家政策，打造數(shù)字化工廠，就必須加強對設(shè)備的管理，提升生產(chǎn)現(xiàn)場的綜合管控力，通過生產(chǎn)設(shè)備與信息系統(tǒng)的集成，確保生產(chǎn)設(shè)備能夠按預(yù)定計劃穩(wěn)定輸出，及時解決設(shè)備的異常狀況，提高產(chǎn)品的交付能力，進而提升企業(yè)的運營管理能力。

1 數(shù)字化背景下設(shè)備管控的發(fā)展趨勢

1.1 設(shè)備管控與企業(yè)運營管理深度融合

目前，企業(yè)設(shè)備狀態(tài)管控已由原來的低水平、局部的狀態(tài)監(jiān)控階段，進入由計算機管理的具有監(jiān)測、警告等功能的高級階段，逐步實現(xiàn)了對設(shè)備狀態(tài)的全面實時掌控。設(shè)備狀態(tài)管控體系已發(fā)展成為一個包含信息化平臺、設(shè)備狀態(tài)信息收集、分析、判斷、維修計劃制定、維修行為以及維修后驗收、考核、評價、激勵等內(nèi)容的完整體系[2]。利用先進的技術(shù)手段，企業(yè)能夠及早發(fā)現(xiàn)或預(yù)測設(shè)備的功能失效和故障，適時地采取維修或更換等對策，在保證設(shè)備處于良好狀態(tài)的基礎(chǔ)上，穩(wěn)步提升企業(yè)的運行效率。

1.2 設(shè)備自動化監(jiān)控手段不斷豐富

通過對設(shè)備加裝傳感器、數(shù)據(jù)采集器等方式，已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)信息的自動采集，很大程度上解決了通過巡檢人員對設(shè)備進行監(jiān)控的缺點。利用先進的物聯(lián)網(wǎng)、云計算等信息技術(shù)通過ETL 工具能夠自動抽取分散在各業(yè)務(wù)系統(tǒng)中的設(shè)備數(shù)據(jù)信息，并將其保存在本地數(shù)據(jù)庫?？梢越Y(jié)合行業(yè)設(shè)備的特點，針對不同的采集要素（例如設(shè)備的震動、磨損、泄露、異音、松弛、龜裂、油脂、壓力、溫度、流量等），選取不同的方式進行數(shù)據(jù)收集和存儲；可以利用傳感設(shè)備定期測試設(shè)備動靜態(tài)性能或比較實際的生產(chǎn)節(jié)拍與理想（工藝）工作節(jié)拍之間的差異來積累數(shù)據(jù)；還可以存儲對設(shè)備發(fā)送頻率進行處理分析后的數(shù)據(jù)，進而掌握設(shè)備運行狀態(tài)[3]。

1.3 設(shè)備維修管理模式不斷創(chuàng)新完善

隨著對設(shè)備管理顆粒度的持續(xù)細(xì)化，設(shè)備維修模式也在不斷創(chuàng)新。目前設(shè)備維修模式已經(jīng)在事后維修、預(yù)防維修的基礎(chǔ)上發(fā)展出預(yù)知維修和主動維修等新的設(shè)備維修管理模式。以前，只有在設(shè)備發(fā)生故障后才進行的非計劃維修，或是根據(jù)經(jīng)驗結(jié)合設(shè)備的磨損情況，事先確定設(shè)備檢修的周期和具體內(nèi)容，進而定期對設(shè)備進行停機維護。預(yù)知維修則是以設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測為基礎(chǔ)，在對設(shè)備日常運行數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析的基礎(chǔ)上，按設(shè)備實際狀態(tài)來決定維修時間與內(nèi)容；主動維修就是以故障根源分析為基礎(chǔ)，基于設(shè)備運行的各項歷史數(shù)據(jù)，結(jié)合設(shè)備的實際運行情況，通過設(shè)備診斷發(fā)現(xiàn)問題，結(jié)合檢修過程實施的檢修，對設(shè)備的局部結(jié)構(gòu)或零件的設(shè)計加以改進。

2 實施設(shè)備狀態(tài)管控的目的和意義

2.1 有效控制由設(shè)備引發(fā)的各類損失

一般來說，設(shè)備在使用過程中會發(fā)生各式各樣的損失，例如因設(shè)備發(fā)生故障而導(dǎo)致的損失；設(shè)備空轉(zhuǎn)或停止運行導(dǎo)致的損失；設(shè)備調(diào)試、換型導(dǎo)致的損失；設(shè)備因性能衰減導(dǎo)致的損失；以及設(shè)備生產(chǎn)的不合格品導(dǎo)致的損失[4]。歸其原因大致可以分為以下三類：一是由于設(shè)備性能下降；二是設(shè)備使用時間減少；三是產(chǎn)品合格品率的降低。因此要了解設(shè)備在實際使用過程中的狀態(tài)，以及各類損失的分布情況，分析研究導(dǎo)致?lián)p失的原因，進而確定消除損失的方法策略，企業(yè)就必須對設(shè)備的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控，設(shè)定相應(yīng)的控制點，以確保能夠及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備的異常狀態(tài)。

2.2 通過狀態(tài)監(jiān)控及時發(fā)現(xiàn)并解決設(shè)備的問題和故障

獲取的設(shè)備運行狀態(tài)數(shù)據(jù)越精確，越及時，對設(shè)備的評價就越準(zhǔn)確，解決設(shè)備異常狀態(tài)的時間就越短。一般來說，設(shè)備從性能衰減到功能失效都會存在一定的周期。如果在衰減的初期能夠發(fā)現(xiàn)設(shè)備潛在的失效，就可以提前對設(shè)備采取相應(yīng)的措施，避免可能產(chǎn)生的安全、環(huán)境和運營的損失。設(shè)備狀態(tài)管控系統(tǒng)能夠根據(jù)不同設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)的情況，進行定時任務(wù)配置，通過定時任務(wù)輪詢設(shè)備運行狀態(tài)信息，根據(jù)信息反饋情況提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備的異常狀況，如果發(fā)現(xiàn)異常，系統(tǒng)會自動通知到相關(guān)責(zé)任人，以確保能夠及時對異常設(shè)備進行故障排查。

3 設(shè)備管控系統(tǒng)建設(shè)所需的基礎(chǔ)硬件條件

裝備制造企業(yè)要開展設(shè)備狀態(tài)管控系統(tǒng)開發(fā)實施建設(shè)，就必須具備相應(yīng)的基礎(chǔ)硬件條件。物聯(lián)網(wǎng)和5G通訊技術(shù)是最為關(guān)鍵的基礎(chǔ)硬件，物聯(lián)網(wǎng)是設(shè)備實現(xiàn)互聯(lián)的基礎(chǔ)，而5G 通訊技術(shù)能夠保障數(shù)據(jù)的傳輸速度。此外，還要結(jié)合企業(yè)設(shè)備的具體情況，對其進行改造，確保設(shè)備能夠順利接入物聯(lián)網(wǎng)云平臺。

3.1 基礎(chǔ)硬件設(shè)施的主體架構(gòu)

要確保設(shè)備管控系統(tǒng)能夠?qū)崟r收集、獲取設(shè)備的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，首先要對車間設(shè)備進行聯(lián)網(wǎng)改造，利用5G 專網(wǎng)+MEC 邊緣計算技術(shù)，在現(xiàn)場設(shè)備上加裝功率傳感器、振動傳感器等，并通過內(nèi)置的5G 模組或部署5G 網(wǎng)關(guān)等方式接入5G 網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)大帶寬、低延時設(shè)備數(shù)據(jù)采集，并將數(shù)據(jù)上傳到企業(yè)的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺。基于物聯(lián)網(wǎng)平臺實現(xiàn)設(shè)備數(shù)據(jù)的快速處理，借助物聯(lián)網(wǎng)平臺，實現(xiàn)對生產(chǎn)設(shè)備的狀態(tài)（開機、運行、關(guān)機、故障、報警等）、OEE 的實時監(jiān)控，進而代替人工監(jiān)控；及時掌控生產(chǎn)現(xiàn)場，對存在隱患的設(shè)備進行預(yù)警，以便不斷優(yōu)化改善生產(chǎn)工藝、精準(zhǔn)控制加工程序，自動優(yōu)化生產(chǎn)方案，提升設(shè)備維護管理[5]。在此基礎(chǔ)上開展故障診斷、預(yù)測性維護、智能調(diào)度等業(yè)務(wù)，重點分析設(shè)備利用率與和實際效率，發(fā)現(xiàn)瓶頸環(huán)節(jié)，以效率分析為抓手，促進管理提升。

3.2 物聯(lián)網(wǎng)平臺建設(shè)

物聯(lián)網(wǎng)作為“新基建”的重要組成部分，屬于企業(yè)數(shù)字化工廠的地基。建立標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)據(jù)共享、統(tǒng)一接入、快速運維的物聯(lián)網(wǎng)平臺，是各業(yè)務(wù)系統(tǒng)全方位互聯(lián)互通的基礎(chǔ)。物聯(lián)網(wǎng)平臺可以快速連接生產(chǎn)設(shè)備、檢測設(shè)備、安環(huán)設(shè)備、能源設(shè)備和企業(yè)安全環(huán)保監(jiān)控系統(tǒng)、能源管理系統(tǒng)等各子系統(tǒng)。向下接入分散的物聯(lián)網(wǎng)傳感器，匯集傳感數(shù)據(jù)；向上面向應(yīng)用層服務(wù)提供應(yīng)用開發(fā)的基礎(chǔ)性平臺和面向底層設(shè)備的統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口。平臺具備引擎規(guī)則、物網(wǎng)管理等功能，具有高可靠性、高安全性、高并發(fā)、高開放性、低時延、強大的數(shù)據(jù)處理功能和可維護性強、易用性強等優(yōu)點?？梢哉f將物聯(lián)網(wǎng)平臺（DMP）與物聯(lián)網(wǎng)連接管理平臺（CMP）打通，實現(xiàn)物網(wǎng)協(xié)同管理，是設(shè)備管控系統(tǒng)建設(shè)的先決條件。

3.3 企業(yè)5G 專網(wǎng)建設(shè)

要實時獲取設(shè)備運行狀態(tài)的相關(guān)數(shù)據(jù)，這增加了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膶崟r性要求，通過建立5G 企業(yè)專網(wǎng)，利用5G 專網(wǎng)大帶寬和低時延的特點，可實現(xiàn)基于5G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的各類設(shè)備遠程采集、遠程控制、高清視頻回傳等應(yīng)用。5G 企業(yè)專網(wǎng)可根據(jù)應(yīng)用場景及業(yè)務(wù)特點，提供端到端精細(xì)規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)、維護及優(yōu)化服務(wù)，實現(xiàn)覆蓋、速率、容量、上下行配比的靈活配置，企業(yè)可以自主管理，擁有自主配置、告警提醒等能力權(quán)限，具有網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、業(yè)務(wù)管理、用戶策略配置等靈活自服務(wù)能力。利用5G 專網(wǎng)可以全面覆蓋設(shè)備使用區(qū)域，滿足無線規(guī)劃，可以結(jié)合車間設(shè)備的具體排布情況，靈活規(guī)劃部署宏站，實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)高質(zhì)量覆蓋。而且5G 專網(wǎng)在基礎(chǔ)連接能力之上，可基于MEC 平臺為客戶提供集群調(diào)度、AR遠程協(xié)作、5G專網(wǎng)語音、安全網(wǎng)關(guān)等服務(wù)。

4 設(shè)備狀態(tài)管控系統(tǒng)基本功能

4.1 信息獲取功能

數(shù)據(jù)采集和設(shè)備監(jiān)控是設(shè)備狀態(tài)管控系統(tǒng)最基本的功能，為了全面掌握設(shè)備狀態(tài)，要實時獲取設(shè)備的運行數(shù)據(jù)，并基于采集到的數(shù)據(jù)進行相應(yīng)的設(shè)備狀態(tài)分析；如果設(shè)備運行狀況出現(xiàn)異常則會及時報警通知。設(shè)備狀態(tài)管控系統(tǒng)能夠根據(jù)設(shè)備在車間實際位置進行初始設(shè)置，通過系統(tǒng)可查看每臺設(shè)備的實時狀態(tài)。設(shè)備狀態(tài)根據(jù)實時采集數(shù)據(jù)、MES 系統(tǒng)任務(wù)信息、設(shè)備異常反饋情況綜合分析進行判定，分為開機、關(guān)機、故障、運行；故障又可細(xì)分為故障待接收、設(shè)備維修中等不同狀態(tài)。系統(tǒng)還能夠提供設(shè)備實時狀態(tài)監(jiān)控看板功能，同樣可在中控室（服務(wù)器端）進行部署配置。系統(tǒng)用戶還可以通過設(shè)備狀態(tài)管控系統(tǒng)的移動APP 對設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)進行查看。

4.2 消息提醒功能

設(shè)備狀態(tài)管控系統(tǒng)支持消息提醒功能，并且能夠支持對消息提醒進一步細(xì)分管理。在應(yīng)用程序中用戶可以隨意選擇需要發(fā)送消息的內(nèi)容或?qū)ο?，與用戶相關(guān)的設(shè)備狀態(tài)信息（報檢申請、異常狀況、接收信息、處理完工、評價信息等）均可以根據(jù)管理員的設(shè)置情況，通過消息提醒任務(wù)發(fā)送到指定用戶。

例如：當(dāng)用戶登錄系統(tǒng)后，可以發(fā)起報檢任務(wù)呼叫，呼叫時系統(tǒng)根據(jù)產(chǎn)品類別自動指定到檢驗組，呼叫時可查看該檢驗組所有成員是否在班、是否有其他任務(wù)“報檢中”；當(dāng)任務(wù)發(fā)出10 分鐘后認(rèn)未接收確認(rèn)，則系統(tǒng)可再次發(fā)送提醒消息至檢驗員的工作界面；如果任務(wù)長時間未接受確認(rèn)，系統(tǒng)還可以自動將其升級處理，擴大接收人員范圍，向檢驗組組長或相應(yīng)領(lǐng)導(dǎo)發(fā)送信息。系統(tǒng)還可由管理員發(fā)布企業(yè)文化、重要通知等各類信息，向移動終端APP 進行推送。

4.3 分析統(tǒng)計功能

設(shè)備狀態(tài)管控系統(tǒng)具備強大的統(tǒng)計分析功能，能夠靈活運用多數(shù)據(jù)集、網(wǎng)格式、分組式、交叉式數(shù)據(jù)集；支持簡單報表、圖形報表、填報報表、多區(qū)域報表和參數(shù)性報表等；支持柱狀圖、餅狀圖、折線圖、儀表盤等常用圖形?？梢暬K開發(fā)主要包括設(shè)備實時狀態(tài)監(jiān)控、效率圖報表分析、歷史數(shù)據(jù)查詢等功能，能夠以設(shè)備為關(guān)鍵字進行查詢分析。效率圖報表分析能夠查詢設(shè)備在一段時間內(nèi)各項運行指標(biāo)的數(shù)據(jù)值，主要包括設(shè)備運行效率、運行時間、開機時間、故障時間、關(guān)機時間等詳細(xì)數(shù)據(jù)；歷史數(shù)據(jù)查詢功能可以選擇多個關(guān)鍵字，從不同的維度對設(shè)備相關(guān)的歷史數(shù)據(jù)進行分析。

4.4 系統(tǒng)集成功能

要打造數(shù)字化車間，就是要實現(xiàn)各應(yīng)用系統(tǒng)的有效集成，充分實現(xiàn)數(shù)據(jù)高效傳輸和信息的充分共享。設(shè)備狀態(tài)管控系統(tǒng)與公司的ERP 系統(tǒng)和MES 系統(tǒng)充分集成，通過程序接口接收來自ERP 系統(tǒng)和MES 系統(tǒng)的設(shè)備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，不僅可以便捷地獲取設(shè)備的基礎(chǔ)信息、人員及組織等相關(guān)信息，還可以靈活設(shè)置需要納入本系統(tǒng)管理的設(shè)備的范圍；其次，設(shè)備狀態(tài)管控系統(tǒng)能夠從MES 系統(tǒng)提取任務(wù)開工、報工等信息；最后，系統(tǒng)的異常管理模塊能夠接收來自MES 系統(tǒng)安燈模塊發(fā)起的異常，并且可以通過移動終端APP 將設(shè)備異常信息發(fā)送至ERP 系統(tǒng)和MES 系統(tǒng)。

4.5 其他主要功能

設(shè)備狀態(tài)管控系統(tǒng)除了業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)等基本功能外，還提供身份驗證、權(quán)限設(shè)置、安全管理等其他功能服務(wù)，基于國際標(biāo)準(zhǔn) OAuth2 進行身份驗證和授權(quán)的管理，進而有效提升API 的安全性。設(shè)備狀態(tài)管控系統(tǒng)可通過域控模塊實現(xiàn)單點登錄。用戶管理方面，系統(tǒng)支持人員的新增、禁用、權(quán)限修改等功能，系統(tǒng)用戶可以獨立進行個人信息維護，例如對個人基本信息包括姓名、登錄密碼、聯(lián)系電話等內(nèi)容進行修改；系統(tǒng)基于RBAC 理論有效降低了權(quán)限管理的成本，可基于人員、部門、角色、崗位進行靈活授權(quán)；系統(tǒng)支持多系統(tǒng)管理員方式，管理員可以對全員權(quán)限進行設(shè)置，部門管理員支持對本部門的人員權(quán)限進行設(shè)置。

5 結(jié)語

設(shè)備狀態(tài)管控系統(tǒng)建設(shè)是大型裝備制造企業(yè)實現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型必不可少的重要環(huán)節(jié)。系統(tǒng)項目建設(shè)要在充分利用物聯(lián)網(wǎng)、5G 通訊技術(shù)、云計算等信息技術(shù)的基礎(chǔ)上，改造部分現(xiàn)有設(shè)備，實現(xiàn)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)；開發(fā)與企業(yè)運營模式和生產(chǎn)方式相匹配的軟件系統(tǒng)。設(shè)備狀態(tài)管控系統(tǒng)通過對瓶頸工序的關(guān)鍵設(shè)備進行數(shù)據(jù)采集與狀態(tài)分析，自動計算設(shè)備開動率，設(shè)備利用率，人員勞動效率等指標(biāo)，為運營管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為車間績效分配提供基礎(chǔ)依據(jù)，能為打造數(shù)字化工廠提供堅實的基礎(chǔ)，推動企業(yè)核心競爭力的穩(wěn)步提升。