試述基于數(shù)字化的設(shè)備全生命周期管理體系

摘 要 適應(yīng)智能制造發(fā)展需求，探索為適應(yīng)新環(huán)境而建立地基于數(shù)字化全生命周期的設(shè)備管理模式，以提高制造企業(yè)生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞 智能制造;數(shù)字化;設(shè)備管理

前言

智能制造的帶動下，國內(nèi)先進(jìn)制造業(yè)的生產(chǎn)模式、制造理念發(fā)生了很大的改變，對許多傳統(tǒng)制造業(yè)都造成了顛覆性的改變與重構(gòu)，對制造本身而言，因大量智能技術(shù)的應(yīng)用，構(gòu)建了基于數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的制造工藝、過程管理、設(shè)備、運(yùn)維模式的協(xié)同的智能制造環(huán)境。在智能制造背景下傳統(tǒng)的設(shè)備管理模式已不能適應(yīng)，迫切需要在數(shù)字化、信息化基礎(chǔ)上建立新的設(shè)備管理模式，形成適應(yīng)新環(huán)境下的全生命周期的設(shè)備管理模式，從而降低制造型企業(yè)經(jīng)營運(yùn)營成本、提高生產(chǎn)效率、提升產(chǎn)品質(zhì)量、降低能源消耗，提升制造業(yè)核心競爭力。

1智能制造帶來的設(shè)備及其管理上的變化

隨著智能制造的逐步開展和不斷深入，對于生產(chǎn)過程的設(shè)備設(shè)施及設(shè)備相應(yīng)的管理也帶來不少的變化，主要體現(xiàn)在：

1.1 設(shè)備的先進(jìn)性提升，復(fù)雜程度進(jìn)一度加大

數(shù)字化是設(shè)備智能化的基本特征，相對傳統(tǒng)設(shè)備而言，根據(jù)需要設(shè)備增加了數(shù)字化的傳感器、檢測測控、信息傳輸和反饋、程控軟件等電子信息技術(shù)，形成了以數(shù)字驅(qū)動的設(shè)備裝置，設(shè)備從傳統(tǒng)的機(jī)電一體化轉(zhuǎn)變成為機(jī)電信息一體化。加之為了進(jìn)一步提升自動化，許多原有人工操作被機(jī)器所代替，設(shè)備操作向少人化、無人化方向發(fā)展，單一單臺生產(chǎn)設(shè)備逐步變成生產(chǎn)線，設(shè)備先進(jìn)性及復(fù)雜程度也大幅度提升。

1.2 生產(chǎn)過程由依靠人變成更加依靠設(shè)備

首先高性能、高可靠性設(shè)備可以擺脫或減少需要依靠人的技能才能提供可靠質(zhì)量的現(xiàn)狀，保證產(chǎn)品質(zhì)量的一致性和高重復(fù)性。其次，智能設(shè)備從定位精度、嚴(yán)格的工步和節(jié)拍、防錯檢測等可以保證產(chǎn)品生產(chǎn)的高精度，從而降低制造成本，縮短交貨時間。還有一些在對人體有害、危險的環(huán)境下替代人工操作，大大提升本質(zhì)安全。隨著企業(yè)制造過程自動化和數(shù)字化程度的大幅提高，企業(yè)對先進(jìn)性設(shè)備的依賴程度正日益加深，而且企業(yè)的設(shè)備越先進(jìn)，對設(shè)備的依賴程度會越高。

1.3 信息化與設(shè)備密切關(guān)聯(lián)，設(shè)備產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)

智能制造背景下的設(shè)備，在加入智能監(jiān)控模塊后，可以實現(xiàn)制造過程的數(shù)據(jù)自動采集、分析和控制，這些數(shù)據(jù)形成制造過程的各種數(shù)據(jù)庫。具體到設(shè)備數(shù)據(jù)，可以包括開關(guān)機(jī)信息、運(yùn)行參數(shù)、運(yùn)行軌跡、工藝參數(shù)、能源數(shù)據(jù)、設(shè)備異常信息等。

2智能制造下傳統(tǒng)設(shè)備管理缺陷

目前大部分先進(jìn)制造企業(yè)正在進(jìn)行智能制造的升級，智能制造背景下的傳統(tǒng)設(shè)備管理模式存在諸多的管理缺陷，顯得相對滯后，主要表現(xiàn)在：

（1）傳統(tǒng)的設(shè)備各種數(shù)據(jù)只停留在電子表單化階段，并且各種數(shù)據(jù)和資料都是凌亂存儲在不同的管理人員、技術(shù)人員、維修人員、操作人員手中或檔案庫中，而且一般的現(xiàn)場的維修記錄、日常點檢記錄基本還是紙質(zhì)化，并不能形成系統(tǒng)性數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)查找查詢檢索困難，相互可借鑒共享程度不高;

（2）先進(jìn)設(shè)備故障造成的損失、設(shè)備自身維修成本，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)設(shè)備，設(shè)備維修的及時性和降低維修成本顯得尤為重要;

（3）信息溝通相對滯后，不能有效的及時鏈接設(shè)備自身需求，設(shè)備的異常及維修要求需要通過多層傳遞才能到達(dá);

（4）由于缺乏必要的數(shù)據(jù)支撐，預(yù)防性和改善性維修、設(shè)備故障原因分析和預(yù)防還是停留在經(jīng)驗判斷階段，以往寶貴的維修經(jīng)驗不能得到有效的傳遞;

（5）作為設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)重要保障的備品、備件，其安全存儲量和使用量不能準(zhǔn)確得知、進(jìn)口或非通用備件供貨周期長，備件質(zhì)量管控缺失，備件使用壽命預(yù)計不足等管理問題突出;

（6）點檢、巡檢和日常維保質(zhì)量不能保證，存在點巡檢不及時、不到位、記錄不準(zhǔn)確或隨便填寫情況;

（7）企業(yè)自身維修力量已遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于先進(jìn)設(shè)備發(fā)展進(jìn)程，不管是技術(shù)人員，還是具體的維保人員，受到專業(yè)限制，很少有全面系統(tǒng)解決先進(jìn)設(shè)備技術(shù)人才，往往因此受制于制造廠家的服務(wù)。

3智能制造背景下的基于數(shù)字化的設(shè)備全周期管理

傳統(tǒng)設(shè)備管理已經(jīng)逐步落后于新型數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化制造的發(fā)展需求，如何使傳統(tǒng)設(shè)備管理模式適應(yīng)新的需求，也是智能制造企業(yè)需要急切解決的問題。本文探討的是基于數(shù)字化的設(shè)備全生命周期的管理模式。

3.1 數(shù)字化設(shè)備全生命周期管理基本條件

目前大部分制造業(yè)企業(yè)處在智能制造初級階段，在新技術(shù)的不斷驅(qū)動下，結(jié)合精益生產(chǎn)理念，企業(yè)的已完成初期的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。要實現(xiàn)數(shù)字化全生命周期設(shè)備管理，應(yīng)該具備以下三個主要條件：

（1）大部分制造裝備數(shù)字化，實時顯示設(shè)備狀態(tài)，設(shè)備運(yùn)行參數(shù)可收集和上傳，具備基本的人機(jī)交互功能;

（2）制造執(zhí)行系統(tǒng)MES已構(gòu)建，現(xiàn)場可視化管理已具備;

（3）設(shè)備相關(guān)的其他資料電子化和數(shù)據(jù)化，如技術(shù)資料、廠家資料、備件資料等。

3.2 數(shù)字化設(shè)備全生命周期模型

設(shè)備管理根據(jù)企業(yè)大小、行業(yè)種類、設(shè)備類型、工藝過程等會采用不同的管理模式，建立適用的設(shè)備管理體系需要結(jié)合本企業(yè)特點。該模型適用于一般數(shù)字化制造企業(yè)的設(shè)備管理體系，實現(xiàn)設(shè)備從購買到報廢的全過程數(shù)字化管理過程。（圖見文末）

3.3 數(shù)字化全生命周期設(shè)備管理的構(gòu)建

（1）建立設(shè)備基礎(chǔ)資料數(shù)據(jù)庫。建成設(shè)備數(shù)據(jù)庫是實現(xiàn)數(shù)字化設(shè)備管理的基礎(chǔ)。設(shè)備數(shù)據(jù)庫需要詳盡收錄設(shè)備全生命周期下的所有數(shù)據(jù)和記錄，主要包括：設(shè)備名稱、設(shè)備種類、購銷合同、制造廠家、制造日期、供應(yīng)商、設(shè)備獨有編號、設(shè)備安裝地點、使用部門、操作人員、設(shè)備技術(shù)資料、設(shè)備日常運(yùn)行數(shù)據(jù)、維修記錄、點檢記錄、報廢單等。

通過設(shè)備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的建立，可以自動生成設(shè)備基礎(chǔ)臺賬和分類臺賬，如特種設(shè)備管理，只需要檢索出劃歸特種設(shè)備的設(shè)備種類，便可方便知道特種設(shè)備的情況，如檢驗周期、下次檢驗日期、日常檢查記錄等[1]。另外，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫也涵蓋了設(shè)備檔案信息，從設(shè)備購買、安裝、調(diào)試、技術(shù)資料、日常使用和維修、大修理及改造等信息，都可以通過基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，查詢，為其后期各項管理工作奠定了基礎(chǔ)。設(shè)備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫與智能工廠ERP的資源平臺共享，設(shè)備管理人員及相關(guān)人員對設(shè)備的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)獲取更加便捷，可以實現(xiàn)多點化和移動化取得。

（2）通過MES建立人與現(xiàn)場設(shè)備間無縫鏈接。現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)、工藝控制過程、能源消耗、異常報警、操作人員等信息均可以通過MES系統(tǒng)進(jìn)行收集，通過這些數(shù)據(jù)，可以更加直觀和全面的了解每臺設(shè)備的運(yùn)行狀況，提高設(shè)備利用率，及時地處理異常，降低生產(chǎn)運(yùn)維成本。通過MES系統(tǒng)將人與設(shè)備之間無縫鏈接，實現(xiàn)透明的生產(chǎn)運(yùn)營，提供全方位的設(shè)備信息的跟蹤及追溯。

通過現(xiàn)場MES系統(tǒng)，還可以實現(xiàn)設(shè)備突發(fā)故障的報修和修理完成情況的檢視。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障，設(shè)備自動報警或者由操作者通過現(xiàn)場MES終端發(fā)出報修信息，報修信息會自動流轉(zhuǎn)到相關(guān)人員，改變以往多層信息傳遞的低效率和信息傳遞的不準(zhǔn)確性。同時維修人員的維修記錄和維修完成情況通過現(xiàn)場MES終端進(jìn)行返回，使故障維修形成閉環(huán)管理。

（3）設(shè)備數(shù)字化維護(hù)體系管理。在數(shù)字化設(shè)備管理系統(tǒng)中，設(shè)備管理者以系統(tǒng)中設(shè)備運(yùn)行時間作為主要參數(shù)，并可結(jié)合其他可采集數(shù)據(jù)及以往設(shè)備運(yùn)行過程取得的經(jīng)驗，形成維護(hù)作業(yè)計劃。如操作者的日常點檢記錄和一級保養(yǎng)計劃、維修人員設(shè)備巡檢維護(hù)和二級保養(yǎng)計劃、備品備件更換計劃、設(shè)備大修理計劃等。按照系統(tǒng)事先設(shè)定的計劃，系統(tǒng)可以提示管理人員、操作者和維修人員，也可以由系統(tǒng)提供設(shè)備運(yùn)行停止點[2]。讓操作者準(zhǔn)確及時地得到需要點檢時間和點檢項目的詳細(xì)要求;潤滑的點位、潤滑的時間及所加油品種類等日常設(shè)備保養(yǎng)信息。讓維修者按照預(yù)定計劃，進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)保養(yǎng)。并可將以上保養(yǎng)維護(hù)結(jié)果反饋到系統(tǒng)中。

在預(yù)防性維修當(dāng)中，巡檢工作是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，也是管理者較難控制的環(huán)節(jié)。數(shù)字化巡檢系統(tǒng)可以克服以往的很多弊端，在數(shù)字化巡檢系統(tǒng)中，將巡檢管理要求及巡檢標(biāo)準(zhǔn)與巡檢執(zhí)行過程完全信息數(shù)字化關(guān)聯(lián)，利用智能的巡檢終端，實現(xiàn)巡檢線路、巡檢數(shù)據(jù)記錄、巡檢人員行為的管理。管理人員透過后臺可以清晰地知道巡檢的過程和設(shè)備狀態(tài)，通過后臺數(shù)據(jù)還可自動引發(fā)異常報警，也可以以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)和能力的分析。從而進(jìn)一步提升巡檢質(zhì)量、確保巡檢數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性、及時性，為設(shè)備正常運(yùn)行提供保障[3]。

與設(shè)備廠商建立遠(yuǎn)程化維修機(jī)制和備件保障體系，如條件允許，建立安全的設(shè)備與廠家之間的網(wǎng)絡(luò)連接，以便廠家隨時提供服務(wù)，包括故障診斷、備件壽命、設(shè)備狀態(tài)判斷等。

（4）數(shù)字化備品備件管理。相對于產(chǎn)品的產(chǎn)出，設(shè)備備品備件往往被忽視，進(jìn)入數(shù)字化智能制造后，設(shè)備的先進(jìn)性及專業(yè)化特征更加明顯。一旦設(shè)備出現(xiàn)故障，更換損壞的零部件是最快的修復(fù)方法。在智能制造背景下的設(shè)備管理，備品備件管理也是較為重要的環(huán)節(jié)，企業(yè)必須保有一定數(shù)量的市場采購周期較長，并且設(shè)備易于出現(xiàn)問題和預(yù)計到達(dá)使用壽命的備件。設(shè)備備件數(shù)字化管理，基于以往經(jīng)驗的積累及每臺設(shè)備實際使用的情況，按“最小安全庫存”和“經(jīng)濟(jì)性”來衡量和建立設(shè)備用備品備件的種類和數(shù)量。對備品備件的采購、庫存以及使用等利用WMS系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字化動態(tài)管理[4]。

（5）設(shè)備數(shù)字化數(shù)據(jù)的合理應(yīng)用。數(shù)字化的設(shè)備管理系統(tǒng)會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)和信息，如何利用好這些數(shù)據(jù)也是一項很重要的工作。這些數(shù)據(jù)和信息可用于建立設(shè)備故障庫及設(shè)備運(yùn)行管理分析等。設(shè)備故障庫的建立，通過數(shù)字化記錄和積累每臺設(shè)備日常運(yùn)行情況、故障和維保的問題，解決過去經(jīng)驗存于人腦，記錄存于紙面的情況。利用數(shù)據(jù)庫處理和查詢能力，可以非常便捷的查到過去以往維修過程和解決方案，為后期故障維修建立快速查詢通道，便于解決同樣或類似問題。利用故障庫還可以對多發(fā)故障進(jìn)行系統(tǒng)性分析，為多發(fā)和典型性故障提供可靠的歷史數(shù)據(jù)和根本性改進(jìn)解決方案[5]。設(shè)備數(shù)字化數(shù)據(jù)為設(shè)備運(yùn)行管理分析提供了豐富的數(shù)據(jù)來源，是數(shù)字化設(shè)備管理體系為企業(yè)提供的重要管理資源，利用其進(jìn)行設(shè)備壽命及經(jīng)濟(jì)性分析，設(shè)備修理決策分析、設(shè)備相關(guān)人員績效分析、設(shè)備故障及停機(jī)分析等。將過去一些僅憑經(jīng)驗的決策，變成以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的決策，使企業(yè)運(yùn)營更加可靠和經(jīng)濟(jì)。

4結(jié)束語

隨著智能制造的逐步開展，作為智能制造生產(chǎn)過程硬件表現(xiàn)化的設(shè)備設(shè)施已經(jīng)變得越加重要，利用好數(shù)字化工具，建立全周期的數(shù)字化設(shè)備管理體系，適應(yīng)目前智能制造要求，還應(yīng)隨著需要不斷的發(fā)掘新方式和方法，來保障企業(yè)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介

張輝（1971-），男，陜西西安人;畢業(yè)院校：西安交通大學(xué)，專業(yè)：項目管理，學(xué)歷：工程碩士;現(xiàn)就職單位：西安西電變壓器有限責(zé)任公司，研究方向：設(shè)備管理、固投規(guī)劃。