工業4.0下設備管理的思考

王靈運 李 輝 陳建均

（1.上汽集團股份有限公司培訓中心 上海 2.中國設備管理協會點檢工程技術中心 北京 3.西北機電工程研究所 陜西咸陽）

自從工業4.0在2013年4月漢諾威工業博覽會上正式推出后，越來越受到工業界的關注。隨著2014年中德雙方簽署《中德合作行動綱要》中強調工業4.0合作的內容，國內企業也將工業4.0作為企業升級轉型的一次良機。但工業4.0作為一個概念，或者一場革命（工業4.0被解釋為第四次工業革命）就像一把達摩克里斯之劍，有其好處更有需要注意的方面。因此，只有對工業4.0更好地理解，并明確自身的需要，才能真正實現工業4.0和自己企業的有機結合。

工業4.0的特點非常清晰，即通過信息通訊技術和網絡空間虛擬系統相結合的信息物理系統（Cyber-Physical System），將制造業向智能化轉型。這種轉變下，工業4.0中“智能制造”，“智能生產”和“智能物流”的主題，將使整個企業呈現高度自動化，高度信息化和高度網絡化，這也勢必使企業對設備的關注度大大提升，同時也對工業4.0環境下的設備管理提出新的和更高的要求。面臨這種工業環境，闡述對設備管理的一些理解和思考。

一、管理組織扁平化，信息得到共享

針對以技術和網絡為先導的工業4.0產業轉形，首先可能打破的是目前設備管理的組織架構。傳統的設備管理組織基本上是直線職能制，這種架構的存在原因是由于管理設備的權威基本是在組織的上端。決策被上層制定后，從上至下的信息和任務傳遞方式比較容易被基層接受，但是這種傳遞大多情況下是單向的，或者是不充分的由下向上和部門之間的信息傳遞，從而使上層管理者在不能充分了解相關信息和數據的情況下，做出的決定就會出現與現場情況不符的現象。另外，這種架構也不能很好地激勵基層人員的積極性。不過，在很多推行精益生產的企業中，基于全員生產性維護（TPM）方法下的設備管理組織已部分地彌補了直線職能制的缺點，它在直線職能制的組織架構之外增加了許多矩陣制的活動小組來解決問題，來自不同部門的成員在小組的定期活動和交流中，增加了信息的傳遞數量和質量，大大提高了平級之間的信息共享。但是這種方式中管理者和基層人員之間大多還是一種結果導向和由下向上匯報的過程，而活動小組從高層管理者得到信息的過程仍然相對被動。

信息共享問題在工業4.0的企業中則水到渠成，信息收集和信息分析都可以通過物聯網的方式直接在工作終端（設備）中得到；只要開通相關的權限，所有的信息就可以通過搜索終端在數據庫中取得，在統一系統中，所有的數據無需增加重復收集的過程，只要不斷地調用和計算即可。例如，在生產現場統計設備綜合效率（OEE）的數據，原先需要收集一個時段中，設備計劃生產過程的實際停機時間，每個零件生產的節拍，生產零件的數量和合格品的數量等數據，一般這些數據可能選取于不同職能部門的不同系統。但在高度信息化和網絡化的4.0時代，所有的信息可以實時從設備（智能工廠中物質就等于信息）上得到，并能實時計算反饋結果。

由于信息化和網絡化的便利，很多流程和工作也將由電腦實現。隨著高度自動化，工廠中原先由勞動密集型為主的生產形式逐漸變化為資金和技術密集型的形式，這種變化目前在國內沿海經濟較發達地區已經越來越明顯，同時逐漸朝中西部地區蔓延。隨著高效的信息處理方式再加上智能決策的輔助將大大增加所有人的管理幅度，這種變化將使組織信息越來越充分分享的同時，管理架構也變得更加扁平化。

二、管理制度越來越結合實際，執行更加標準化

隨著工廠信息化和網絡化，以及設備的自動化發展，設備管理制度中的相關流程也將發生巨大改變。例如，原先流程中由手工操作的很多工作將由設備替代，如若干年前銀行人員被電腦和ATM機替代的場景，也將在工廠中更頻繁地發生。

當然，工業4.0對設備管理制度的編制是有好處的。制定制度的前期因有充分和有效的數據為決策者提供依據，再配以一個有效的分析系統，將大大提高制度制定的效率和效果。例如，上文中提到的設備綜合效率問題，系統就可以按照設定的參數幫助決策者自動收集相關數據，并發現在數據中影響綜合效率的關鍵因素，從而更高效和有針對性地研究和解決問題。

這種變化對設備管理制度的執行是正向的，原先人為因素較多的執行過程，將變得更加標準和嚴格，主要的原因“機器是死的”。系統只要按照制度和流程設定了程序，只要條件滿足時就會嚴格執行，這也使程序的執行更加清晰。例如，設備故障報修制度，流程文件要求在不同的停機時長后得到不同級別的響應。在信息化不充分的條件下，由于信息的不及時傳遞和信息的人為掩蓋，而造成推諉和響應不及時等問題。但在工業4.0的工廠中，系統將在不同的時間階段自動向不同的管理者發送信息。如設備發生故障時，開始馬上通知班組長，若15 min內設備沒有恢復，則自動報警給維修人員，1 h內設備沒有修復將升級到車間主任。設備將按照原先設定的設備維護計劃自動發出指導和報警，提醒相關執行者及其任務。所以在這種由系統主導的執行過程中，不會給任何執行者以推脫的理由，所有人員都將被拉入到嚴格的標準化工作狀態中。

三、工業4.0將為設備維護在技術層面帶來巨大的便利

工業4.0強調物質就是數據，從技術層面上來說，無論是一整套設備還是設備當中的一個元器件，理論上都能夠將相關信息提供到系統中。這種提前采集到的數據可以提前預警相關潛在故障，而無需瀕臨故障或出現破壞性現象后才去處理。例如，通過軸承的振動頻率和原始數據來判斷軸承是否損壞的方法，就是如此。當發現頻率變化時軸承已經處于快速損壞期，隨之而來的是設備效率已受到較大影響。而工業4.0下的智能軸承就會在原材料和軸承的油脂中增加相應傳感器，當軸承的原材料應力變化到一定程度或者軸承油脂中金屬碎片濃度達到一定值時，通過系統發出維護或者修理的信息，使準備和維護的時間大大提前。

四、工業4.0將為設備的管理產生巨大影響

在通過互聯網完成工廠縱向集成和端對端集成的過程后，整個工廠，甚至若干工廠間的設備將形成相互聯系的網絡，除了前文陳述的系統能夠自動拉動所有人員進行設備維護外，管理者可以根據所有設備目前狀態進行生產計劃和配置，設備的維護經驗和故障信息可以得到更加充分地共享和交流，設備的備品配件也能夠更好地統籌管理和使用，這都會大大提升人們對設備的使用效率和快速響應速度。

在精益生產中提到的自動化概念，由于設備和零件都具有信息傳遞能力，將可能從原先設備發現問題后停止并通知人員處理的過程，變為設備發現問題后，零件和設備之間按照程序實現自適應的過程。

以上提到的是工業4.0中對設備管理帶來的好處，但是事物的兩面性必須讓人們更加深入了解這種變化會對企業帶來的問題，也是大家更需要關注的方面。

1.工業4.0將對人員素質提出更高的要求

隨著工業4.0的推進，在工廠高度自動化，高度信息化和網絡化的變化中，原先的工廠將面臨人員減少的窘境，一方面設備的高效率不需要如此多的員工參與生產的過程，很多勞動密集型的工廠一旦改造成為自動化生產線后，在效率大大提高的情況下，只需要原先10%的人員進行操作，設備對人員的替代現象非常明顯。智能生產中的代表性設備3D打印機使用加法式生產和快速復制能力將顛覆目前大多數生產模式。另一方面，對于一些操作人員已經沒有能力完全操作設備，設備的柔性化要求不在是僅按按鈕的工作，更多的是根據生產的現狀去調整設備，并保證智能工廠的正常運行。設備上的應用技術的突飛猛進，讓設備管理和維護人員也面臨同樣挑戰，因為對新技術的及時掌握是管理和維護設備的基礎。必須做到在大數據中及時發現問題，并能采取有效措施和修訂相關制度等。這都將給設備管理者帶來更大的壓力。

所以對于人員素質的變化，工廠中需要提前做好準備，尤其是對設備管理人員和維護人員的準備，都應該在工廠進行工業4.0實施之前完成，否則將成為工廠運營中的瓶頸。另外由于信息化和網絡化的實現，維護人員在遠程進行監控和修理設備將變得比較容易，因此設備人員彈性工作制和設備外包等，也將是工廠解決設備及人員問題的一條新途徑。

2.工業4.0對工廠安全提出更高的要求

當今工廠運營過程中，放在首位的工作應該是安全問題，不能產生致人死傷的安全事故。再者是整個生產運行系統，要能夠確保做到安全運行。

工業4.0會使單個設備的安全性大大提高，許多的潛在危險解決都在產品設計中加入到設備的傳感器中。但工業4.0工廠的安全問題，還需要引起關注。

（1）工業4.0內部的設施是相互聯接、同步運行的，那么在生產中某些關鍵結點的小問題將產生連鎖反應，甚至是雪崩效應，最終會對整個工廠產生影響。

（2）工廠信息化和網絡化的特性將使整個工廠在某些領域暴露在外界，這種開放會引起工廠系統受到外部的攻擊。外部一旦攻擊成功，整個企業將會癱瘓

（3）工業4.0的很多元器件和軟件的技術還掌握在國外公司手中（德國敢于首先提出工業4.0概念其實也是做了充分準備的），中國目前還沒有能力生產。目前在建設工廠的過程中，有些設備和元器件只要花足夠的錢就可以買到，但有些東西是被國外限制出口的，這就為今后的設備管理帶來風險。

對于安全問題，在設備前期管理過程中就要仔細的思考，不僅要從長遠的使用角度來考慮設備的安全問題，還應對一些不可控的戰略性安全問題進行思考。在建4.0工廠之前就需要考慮工廠中的設備和元器件是否在后期的運行過程中安全，就要考慮備品配件是否能夠及時買到，價格是否合適；元器件、軟件有無后門被外部侵入；國內的類似產品需多長時間能夠替代等。而這正是工業4.0工廠安全的關鍵點。

3.工業4.0的標準是工業4.0能否接受的觸發器

大多數工廠還是希望逐步完成轉化為工業4.0生產的這個過程，因為一次性完成這種轉換需要投入大量的成本，一旦原有的固定資產（設備）不能很好地退出，將為工廠的決策帶來很大的包袱。

而能讓這些固定資產被充分利用的最好辦法，就是對這些設備進行低成本的技術改造，使其一定程度達到工業4.0的要求，仍然在工廠中使用。所以工業4.0的標準，控制方式的標準，接口的標準，元器件的標準等內容，將決定著工廠改造和投入的決策。而在工業界中從來就是多個標準同時存在，如果是多個“接口”也將增加整個工業4.0推進的難度和成本。

誰擁有標準誰就擁有話語權，所以對于想要參與工業4.0實施的中國，標準的制定是要在國家層面考慮，并兼顧中國企業特色。標準應該有過渡期，不一定要求所有工廠都要做到一步到位，可以逐步從工業3.0到3.5再到工業4.0進行過渡。設備的標準，傳輸的方式，網絡的接口等方面需要有前瞻性和對不同階段的兼容性。

五、結語

以上是對工業4.0環境下設備管理的一些思考，當然由于工業4.0是對整個工廠的一次工業革命，所以對設備管理的影響會涉及到方方面面，但文中的內容卻是一些根本性內容的思考，同時我們也看到了工業4.0的優勢，但是一定需要結合自身設備管理的特點，建設滿足自己的工廠。所以其中需要做很多的研究和均衡，使這次變化能為工廠帶來更多的競爭力。