信息化時代的設備管理與維修

本刊記者 吳建卿

莫欣農，清華大學動力學與控制專業碩士，現受聘于清華大學軟件學院擔任兼職教授，擔任國家863計劃的PLM通用業務參考模型、實施效益評價和實施方法論研究課題組組長，參與國家863計劃的MRO課題研究，介入設備管理中維修模式和制造業結構化轉型的探討，先后發表各類論文30多篇。曾參加船舶制造、衛星總體設計、CAD/PDM系統開發和應用、擔任外資軟件公司顧問等。

記者：信息化技術大幅度提高了制造業的生產力，拉動了工業的快速發展，在工業企業中的地位愈發重要。目前，信息化技術給企業的設備管理都帶來了哪些變化？對企業的設備管理提出哪些新的要求？

莫欣農：隨著信息化技術的發展，現代設備在運行性能、可靠、安全、環保等方面都有大幅提升，并具有自動化、綜合化、模塊化等特點。可以說，信息化技術的應用給設備管理和維護都注入了新的活力。

特別是近幾年，網絡通信成本越來越低，這促進了全球經濟一體化的迅速發展，使企業的設備管理和維護活動成為全球化的組分之一：通過傳感器獲得的設備運行狀態，利用網絡將狀態參數發送到地球任何需要的地方；執行器通過網絡接收任何地方發來的指令，控制設備完成相應的操作。

以上這些變化，為企業帶來前所未有的設備新品和便利，同時也給企業的設備管理提出了很多新的課題和要求。

首先是設備基本信息管理方面。隨著信息化技術的發展變化，企業的分工越來越細化，企業的設備數量、種類也隨之成倍地增長，企業以前的設備管理方式已經明顯不再適用。比如，對設備基本信息的管理，編碼位數從8位增加到18位，甚至更多，顯然人工編碼的方式將無法滿足設備信息量增長的要求。引入資產管理信息化手段已成為企業的必然選擇。

其次就是設備運行信息和維修信息的管理，這也是比較典型的。設備的運行信息一方面顯示出設備完成任務的信息，另一方面也記錄下設備性能發生的變化。而維修信息的作用是，除了排除已有的故障外，還有可能發現其他故障隱患。這種信息雖然記錄在紙上，但由于缺乏一種監督和提醒設備潛在故障信息的機制，盡管都有記錄，在實際上卻沒有發揮其應有的作用，不僅白白浪費了這些信息資源，還會增加企業的設備運維成本，降低企業效益。

另外，現代設備的復雜度遠遠超過歷史上同類產品，特別是嵌入式軟件，通常屬于保密的知識資產，不可能交給最終用戶。在缺乏完整的設計思想的指導下，用戶如果單純地依靠計劃維修指導書進行設備的維護維修，有時不僅達不到維護、檢修的目的，甚至還會造成設備的人為故障。這對企業的維修人員提出了更高的要求：一方面，設備的可靠性高、故障率低，維修人員平時沒有很多維修業務，業務生疏，一旦發生大問題就解決不了；另一方面，企業不愿意在培養自己的維修人員方面花費很大的資金，所以設備出現問題后需要廠家的專門技術人員進行維修。

記者：每個企業都有許多設備，設備的運行和維修信息都將是海量的，企業應如何保存和利用好這些信息？

莫欣農：現代設備基本上都是機械、電氣/電子和軟件一體化的產品，在設計、制造、使用和維修的各個階段都需要有不同類型的知識，通過深度挖掘和使用維修的海量數據，企業可以發現大量的未知的知識和信息。數據挖掘除了需要大量的運行數據、信息，更離不開完整的設計、制造知識。例如，某企業搜集全國各地維修記錄，發現某個地區的起重機吊臂故障頻繁。經調查該地區起重機主要用于起吊鋼材。經過數據仿真和改進設計，凡是銷往該地區的起重機吊臂均采用特殊的加強措施，使用戶買到了可靠的設備，該企業也因此占領了該地區的起重機市場。這就是對維修信息很好的利用。

還有，高速動車組上都裝有多臺計算機，分別負責采集各部分設備的運行狀態、外部運行環境等信息，分析和控制全部設備的協調工作。同時，計算機將動車組的運行指令、運行狀態、運行位置和環境參數等數據通過無線和有線相結合的方式發送到物聯網上。運營商和制造商根據雙方事先設定的權限和各自擁有的知識資產從物聯網上獲取上述參數：運營商按照每輛動車組的狀態合理安排運行計劃，制造商根據全體動車組的狀態開展合理的綜合維修活動。這也是合作雙方互利的一個案例。制造商主導的維修服務模式使得運營商避開了復雜裝備維修人員和備件的困擾。制造商利用預測維修的方法既保證動車組的出勤率，又大幅度降低維修成本，從中謀取高額的回報。例如，美國GE公司就在出售動車組的同時，還附帶簽訂了10年的保修合同，保修費用是銷售費用的140%左右。

維修知識的積累要求具備制造方和使用方兩方面的知識，需要提供足夠的知識資產保護的技術手段，才能獲取和發揮這些知識的作用。維修知識不僅可以提高設備使用方的生產力，更重要的是為制造方提供最寶貴的產品創新的源泉。

記者：你前面提到了物聯網在動車上的應用，其實很多企業也很關注物聯網方面的動態和信息，工信部在今年發布了《物聯網“十二五”發展規劃》。請你簡單介紹一下物聯網在企業設備管理與維護方面的重要作用。

莫欣農：物聯網是現代信息技術成果應用的典型代表，是新一代信息技術的重要組成部分。它對現代設備的維修模式和發展趨勢都有很重要的影響。

首先是設備維修模式轉變?，F代設備最大的特點是通過物聯網可以隨時隨地了解設備的實際運行狀態，評估當前設備的健康狀態和預測剩余壽命。根據產品設計的原理和規范，結合實際運行狀態和設備的運行計劃，在合適的時候、采用合適的維護維修策略，以最小的代價換取最高的運行效率。這種以預測為基準的維修模式稱之為預測維修。據統計，采用預測維修設備的故障率可以降低90%以上。因此，預測維修模式將逐步成為現代設備的主要維修模式。

其次是維修主體的轉移。預測維修和計劃維修有本質的區別。計劃維修是根據設計與使用規范中相關參數，結合使用經驗制訂剛性的日常保養和各級維修計劃。而預測維修則根據以下關鍵信息制訂柔性的日常保養和各級維修計劃：關鍵部件性能參數的設計標準和容許偏差；關鍵部件之間的關聯關系和組合偏差；關鍵部件實際運行狀態參數和動態變化率；關鍵部件發生故障的類型及相關影響程度；設備近期運行計劃。

柔性計劃一方面要適應防止設備發生故障的需要，另一方面又要適應設備運行管理的需要。它可以做到在合適的時候、執行合適的維護維修工作，為設備運行取得最大效益提供保障。只有用信息化解決及時獲取設備關鍵部件實際運行狀態參數的難題后，這種理想的維修模式才有可能成為現實。目前以航空發動機、風力發電機、高速軌道交通、工程機械等行業為代表，具有權限的用戶通過物聯網可以獲得設備在線運行狀態參數，從而奠定預測維修的基礎。

最后，物聯網技術還促進了制造業模式的轉變。在設計產品之初，設備制造商在產品中增加很多傳感器只是為了提高產品的性能。但隨著物聯網技術的普及，制造商還增加很多用于通信的接口，將設備運行狀態參數發送到物聯網上。設備運行狀態參數一旦上傳到物聯網，設備制造原廠商即可利用自身的設備知識優勢為設備運行商提供預測維修的服務。原廠商在不同地區建立維修服務中心和備件配送中心。中心服務人員面對該地區多個企業提供統一的、規范的、高質量的維修服務。一方面大大降低整體的維修成本，還解決了運行商自己維修的技術與人員的難題，另一方面又能收集寶貴的設備運行知識，有利于產品的改進和創新?，F代設備維修的主體由設備使用方逐步向設備制造方轉移的趨勢將隨著信息化技術推廣而不斷擴大。

目前，由于價格競爭導致在短期的制造、銷售環節中利潤越來越微弱。為了應對這種挑戰，制造商必須充分利用掌握在自己手里的產品核心技術，在長期的維修服務階段，通過不斷降低維修服務成本、提供優質預測維修服務、不斷改進產品質量、結合用戶需求開發創新產品等方面獲取更大的利益。以設備制造為核心的模式稱之為生產性制造，以維修服務為核心的模式稱之為生產性服務，信息化時代的設備管理將引領中國制造業走出一條生產性服務的新道路。