家電生產線管理系統淺析

溫業圳 朱國全 陳 驥

（中國電器科學研究院股份有限公司 廣州 510300）

引言

隨著中國制造2025和工業4.0概念的普及和推廣，智能制造已成為目前工廠生產制造的主流和趨勢，建立智能化工廠，建立智能化生產管理系統成為越來越多人的需求。智能生產管理系統能實現生產與協同管理，生產效率和產量實時統計；設備管理；能耗管理。依托萬物互聯的概念，通過物聯網，生產設備相關管理信息以及相關的生產報表可以通過手機APP遠程進行查詢，滿足管理人員在家即可關注實時生產情況的需求。我們依據客戶的需求，開發出了這套家電生產線生產管理系統。

1 系統簡介

家電生產線生產管理系統采用數字采集技術，運用以太網組網，采集車間各臺設備的核心運行數據，對生產車間的數據進行統計運算生成報表，管理整個車間的生產情況。主要生成OEE報表，MTTR和MTBF報表，產品報表，工廠能源消耗報表。通過這些報表分析家電生產線的生產的狀況，提高設備的開機率和生產效率，減少能耗。還可以生成主要數據的歷史曲線，追溯設備的運行歷史記錄。系統還可以監控整個車間設備的運行情況，實時顯示系統狀態。通過互聯網，在手機上安裝相應的APP軟件，在家即可看到智能制造生產管理系統的相應數據和報表。

2 傳統的監控系統的優缺點

系統運行后，進入家電生產線生產管理系統的主頁面。如圖1所示。

在主頁面可以看到整個生產線的的設備布局，包括，前處理區，水封爐區，固化爐區，噴房區等，也能同時看到設備運行基本狀況（包括正常運行，臨時停機，緊急停機等），能源的消耗情況。系統可以切換進入不同設備的運行界面，監控設備的運行參數情況（包括溫度，壓力，流量等）。主頁面能很好的展示整個生產的流程工藝，這也是傳統上位機監控系統的特點之一。

圖1 家電生產線生產管理系統的主界面

圖2 爐區設備運行監控

我們以水封爐為例說明傳統上位機監控系統的特點，在水封爐區的監控界面，如圖2所示：設備運行時，可以看到設備的運行情況，各點的溫度值可以實時顯示，閥門的工作狀態，風機的運行狀態包括燃燒機的起燃情況，都可以實時顯示。在趨勢曲線監控區，如圖3所示，可以看到爐區各個重點參數的趨勢曲線顯示圖，包括溫度，壓力，流量等，這些數據全部歸檔于系統的數據庫中，根據需要可以保存幾年的時間，通過這些趨勢曲線可以查詢變量的實時數據和歷史數據。

這是傳統的上位機監控系統，實現了客戶對生產設備和設備關鍵數據監控的功能。各設備的關鍵數據，包括溫度，壓力，流量，濃度等都可以采集進系統，通過歸檔保存，可以生成實時曲線和歷史曲線。通過對實時曲線和歷史曲線的對比，可以提早發現設備隱藏的故障，提早發現，提早解決問題，是大數據采集的基本應用。而傳統上位機監控系統基本沒有報表系統，只反應設備的運行狀況，沒有對設備的關鍵數據進行采集，沒有相應的算法對設備性能進行考核，也就沒有辦法進行數據分析。為了滿足生產管理者實現提高設備性能的依據，降低設備故障率，減少能源消耗，完成生產報表的要求，新的生產管理系統應運而生。

3 系統報表體系

在傳統的上位機監控系統這個基礎上開發出一套生產管理系統，對生產車間的關鍵數據進行統計分析生成報表，通過計算考核設備的運行狀況，用以提高設備的綜合使用效率，提高生產效率，節能減排，自動統計生產數據，滿足初步智能生產的需求。

報表系統是家電生產線生產管理系統的核心內容，這也是我們這套生產管理系統區別于傳統上位機監控系統的根本所在。總共有4份報表，分別是OEE報表，MTBF&MTTR報表，產品報表，能源消耗統計報表。這些報表都能自動采集生產的核心數據，確保能客觀反應生產的實際情況。

3.1 OEE報表

OEE指：設備綜合效率（Overall Equipment Effectiveness），是一個獨立的測量工具，它用來表現實際的生產能力相對于理論產能的比率，OEE是一個衡量設備性能的手段。OEE的組成包含三大指標：時間利用率（可用率AVA），性能利用率（設備有效操作時間PER），良品率（質量指數QUA）。我們這套系統通過采集輸送機的空掛次數，設備開機時間，輸送機的實際操作時間以及下件區里產品的合格數和不合格數等幾個重要的數據數據，先后自動計算出設備的時間利用率（AVA），設備有效操作時間率（PFR）,產品的合格率（QUA）。最后得出設備綜合效率（OEE）。計算公式分別是：

圖3 爐區重點參數趨勢曲線圖

AVA=輸送機操作時間/開機時間，

PER=（輸送機操作時間-空掛時間）/輸送機操作時間，

QUA=合格產品/（合格產品+不合格產品），

OEE=AVA*PER*QUA。

這份報表是家電生產管理系統的核心之一，OEE報表區如圖4所示。

OEE報表是歷史月報表，通過查詢保存在數據庫中的關鍵數據自動計算生成報表。OEE數據的收集是提高設備綜合效率最為關鍵的一步，通過對AVA，PER，QUA這幾個參數的計算分析，我們可直接算出設備的綜合效率。在設備剛剛開始運行的時候，時間利用率AVA一般達到了90 %，設備有效操作時間率一般達到了80 %，良品率在90 %左右，一眼看上去，似乎設備運行非常良好，數據都很優秀。但是通過計算OEE，我們發現設備綜合效率才達到64.8 %，還有不少的提高空間，在行業中一般OEE需要達到72 %以上才算良好。我們隨后通過采集到的數據的進行具體分析，發現設備的有效操作時間偏低，就是設備的利用率偏低導致了OEE率的偏低，再繼續分析下去，是設備的空掛次數太多了，造成了設備利用率偏低，所以我們通過減少設備的空掛次數，提高了設備的利用率，一下子就提高了OEE率。通過數據采集分析解決問題，這就是我們這份OEE報表的作用。只要把時間利用率，設備有效操作時間率以及設備的良品率都提高，OEE率自然提高。OEE率越高，說明設備綜合利用率越高，生產設備越好。這也是我們開發OEE報表的初衷之一，也是整個家電生產管理系統的核心數據。

圖4 OEE報表區

3.2 MTTR&MTBF報表

MTTR指：平均修復時間（Mean time to repair，MTTR），在工廠一般是指主要設備由故障狀態轉為工作狀態的時間，即設備的平均修復時間，單位小時。如果對于一臺關鍵設備而言MTTR過長，那么應使用冗余設備。MTBF指：平均故障間隔時間（Mean Time Between Failure），最初是用來衡量一個產品（尤其是電器產品）的可靠性指標。單位為“小時”。現在也拿來考核設備的可靠性，在工廠一般是指主要設備的發生故障的間隔時間。我們在本系統中，自動采集主要設備的每天的正常運行時間，故障停機時間和故障停機次數，然后按月累積歸檔保存。先定義幾個變量，QA為停機次數，EA3為設備正常運行時間，IEA3為設備總停機時間，QA3為故障間隔時間（MTBF），QA4為平均修復時間（MTTR）。我們對設備的考核要求是：QA3＞=120，QA4＜=2，單位都是小時。按照如下算法計算：如果停機次數QA=0，那么QA3=360，表明沒有發生故障，否者如果正常運行時間EA3=0，那么QA3=360，表明沒有開機，設備沒有發生故障。否則QA3=EA3/QA，即設備正常運行時間除以故障次數，由此計算出設備的故障平均間隔時間。同理，可以定義QA4（MTTR）平均修復時間為QA4=IEA3/QA，即設備總停機時間除以故障次數計算出設備的平均修復時間。這些計算都是由生產管理系統自動采集，自動計算，對每臺設備的運行狀態，也一目了然。MTTR&MTBF報表區，如圖5所示。

通過MTTR&MTBF報表的數據分析，我們可以發現每臺設備的運行穩定性和故障發生率，對于關鍵的設備，如果缺乏穩定性，故障率高，我們就需要增加冗余設備來應對，以提高整條生產線的穩定性。對于穩定性好的設備，我們就可以減少關注，把主要注意力放到容易發生故障的設備上面。客戶通過分析MTTR&MTBF報表，基本掌握了生產線上的設備特性，減少了設備巡視時間，節約了人力物力。對下一步設備的升級改造，提供了數據支撐，很有說服力。

3.3 產品報表

我們在下件區設置了人機接口通道，每個通過下件區的產品，通過下件區的人機接口進行數據采集，按生產班次統計每天的產品型號和數量，包括一次合格品，打磨，拋光等，自動統計計算出良品率。數據自動導入產品數據庫，可以存儲至少兩年的數據，數據可以自動生成生產報表。

通過產品報表，每天的生產數據都一目了然，根據需要可以打印出來。做為車間一級的管理者：車間主任，對每天的生產數據比較關心，每天安排的生產任務是否完成，通過這份報表，他對生產線上的數據了然于心，對比發送的生產任務和完成的情況的報表，能快速了解每天生產任務的完成情況，滿足了生產調度需求。

3.4 能源消耗統計報表

能源消耗統計報表是歷史日報表，每天自動生成一份報表，統計每天的能源消耗情況。

圖5 MTTR&MTBF報表

節能減排是綠色生產的核心，也是工廠管理者關注的重點之一。能源消耗統計能清晰記錄生產車間主要設備的用電，用水，用氣情況，對于異常的能源消耗在報表上會有數據的突變，車間一級管理層能對各設備的設備運行有清晰的認識，能合理安排設備運行，達到節能減排的目的。通過數據對比，能提早發現設備或者管路的異常，從而能避免能源的浪費。

根據客戶的需要，所有的報表都能遠程訪問，滿足了生產管理者在家也能及時了解生產情況的需求。

4 手機APP遠程同步顯示

設置上位機電腦為系統服務器，系統選擇為網絡模式，上位機的電腦采用固定IP上網。在手機端安裝相應的APP軟件后，上位機運行家電生產線智能生產管理系統，手機打開APP，登錄相應的賬號和密碼后，即可連上上位機的智能生產管理系統。隨時隨地，只要有網絡，就可以瀏覽設備的核心生產數據，包括上面所說的4份核心報表，滿足了公司管理層的需求。同時設備預留了接口，為下一步生產管理系統融入企業的ERP系統做好了準備。

5 結語

在智能化，萬物互聯持續發展的年代，根據用戶要求，我們開發出了家電生產線生產管理系統，自動采集設備運行的核心數據，直接反應設備的運行情況，能直觀體現設備的使用率和故障率，為提高生產效率提供支撐。同時實現設備管理與生產管理的有機融合，實現設備級、控制級和企業級的三級整合物聯，并為系統預留接口，為生產管理融入企業的EPR系統提供準備。生產管理系統上線運行以來，運行可靠正常，達到了設計的要求。