智能點檢終端在離散制造線中的應用

潘紅建，周 俊，李潔松

（1.昆明云內動力股份有限公司，云南昆明 650200；2.昆明理工大學機電工程學院，云南昆明 650500）

0 引言

隨著工業技術的發展，現代企業生產設備趨于大型、自動化，高速等方向發展，生產效率得到飛速的提升，但是設備也更精密，更復雜，維護費用的增加以及修理難度大成為了現代企業設備的難點。對于中小企業，對設備的有效管理，使得設備可以穩定、安全的運行，成為了一個重要的研究方向[1]。汽車零部件、家電零部件、以及機械加工等行業，作業線呈離散分布，這類作業線稱為離散作業線。離散作業中因為部分設備停機不會直接影響上游作業，于是庫存和等待成了現場管理的常態，再加上多品種交叉加工，以及撤單和插單作業的影響，使得現場管理極其混亂。為此，利用物聯網技術，通過信息技術模擬現實工廠，進而掌握計劃執行動態，并通過精益和制約法（Theory Of Constraints，TOC）約束生產改善手法，實施針對性的改善，以提高交貨期。而在構架設備管理信息化時，構架和流水線基本一致。

傳統的點檢制是指為了維護設備所規定的功能，在規定時間內，按照規定的檢查標準，由操作工憑借感覺和簡單測試技術對設備進行檢查[2]。設備點檢和維護是設備預防性維修的基礎，合理和科學的設備點檢與維護方法，可以提高設備的使用壽命，提高設備利用率，實現高質量生產，從而使企業達到降低成本的目的[3]。傳統的點檢方式存在3 個問題：①點檢異常問題反饋慢；②點檢內容不能真實反饋；③對點檢人員缺乏監督。這些問題都說明了合理和科學的設備點檢與維護方法的重要性。

針對這些問題，黃廣[4]提出了崗位點檢與專業點檢相結合的方法，讓專業人員的知識技術與崗位人員的經驗技術相結合，獲得更可靠的點檢結果。薛晗光[5]等人針對點檢儀功能單一、價格昂貴、維修費用高等問題，使用智能手機代替專業點建議，實現點檢管理工作，降低了設備成本。楊得清[6]運用診斷技術、特殊儀器、工具或特殊方法測定設備的振動、溫度、裂紋、絕緣、溫升、變形等物理量，并將測得的數據對照標準進行分析、比較，判定，從而定量地確定設備的技術狀況和劣化程度。葉進軍[7]等通過實施適于電力企業生產的設備點檢定修、劣化控制和傾向性管理等措施，及時掌控設備技術狀況，走出一條管理與質量并舉的設備管理創新之路，實現了有效控制設備故障和降本增效的目的。目前智能點檢技術已經廣泛運用于石化企業設備管理[8]、煤礦設備管理[9]、大型養路機械管理[10]等方面。

本文針對云南云內動力集團有限公司（以下簡稱“云內動力”）生產設備巡檢對象設備的類型各異、測點各異、故障各異等問題，基于智能終端的設備點巡檢系統，利用智能終端的便利性，面向Android 系統，開發基于工業物聯網的點檢巡檢應用程序（APP），并且系統需要按照云內動力各部門的需求定制專有的功能并集成到運維系統。有效防止設備的過度維修或欠維修，降低設備的維修成本，減少設備的故障發生率，解決備品備件問題，提高設備的作業率，向“零缺陷，零故障，零廢品，零浪費”的終極目標挑戰。

1 設備點巡檢管理框架

基于云內動力的點檢需求和智能點檢平臺，定制點檢管理實施框架（圖1）。

圖1 點巡檢管理框架

該框架分4 步建設，首先建立健全設備點巡檢制度和點巡檢標準。其次需要智能設備點巡檢手段先進（除人的感官外，使用先進的工具和儀器），制度落實，程序規范。最后實現點巡檢設備（數量）的覆蓋面廣，點巡檢內容齊全的功能，從而達到點巡檢數據真實、判斷有效，對設備運維管理發揮重要作用的功能。其中智能設備點巡檢系統的開發是點巡檢管理的關鍵技術。

2 智能設備點巡檢系統

點巡檢設備管理拓撲圖如圖2 所示。其中智能設備點檢系統通過手機APP 構架，滿足上述需求并完成巡檢終端與運維系統的任務和數據交互。具備點檢、巡檢管理模塊，為設備狀態監測工作提供設備點巡檢信息的錄入、巡檢數據回收、設備狀態報警等功能。系統使用Node.js、Angularjs、HTML5 Hybrid Mobile App Framework 混合開發，運行平臺為Anroid5.0+，數據連接支持WiFi、WLAN IEEE 802.11a/b/g，系統主要功能包括：①點檢、巡檢管理功能：為設備狀態檢測工作提供設備點、巡檢信息的錄入、巡檢數據回收、設備狀態報警等功能；②檢修管理功能：根據設備的實際狀況制定檢修管理制度，實現檢修計劃管理、檢修任務管理、維修檔案管理；③工作臺功能：能把運維中各個流程中需要當前登錄人處理的數據量列表，并提供了跳轉連接處理；④點巡檢數據接口功能：包括點巡檢計劃下發、數據回收、數據檢索、設備狀態檢索等，需兼容云內動力乘柴事業部現場有線及無線網絡數據傳輸。該APP 登錄后的主界面如圖3 所示。

圖2 點巡檢設備管理拓撲圖

圖3 基于智能終端的設備點巡檢系統主界面

主界面將信息分為了5 個模塊，1 為當前系統當前時刻的一個各類報警的狀況，點擊對應報警類型，可以查看具體報警信息。2 為當前系統其他功能，公告為當前系統中的一些公告信息，點檢即跳轉到點檢模塊，數據中心用于查詢各種數據，包括：巡檢數據查詢（用于查詢點檢歷史數據）；報警查詢（用于查詢歷史報警數據）；違規查詢（用于查詢點檢過程中的違規行為）；電子標簽觸碰查詢（用于查詢電子標簽是否觸碰）；臨時數據查詢（用于查詢臨時數據）。3 是一個針對數據的餅圖展示，用于直觀展示各種類型報警所占的比重。4 展示的是當前系統統計出來的點檢到位率，可以查看點檢執行情況。5 為系統的主要模塊展示。該APP 系統其他部分功能如圖4、圖5 所示。

圖4 個人點檢任務管理界面

圖5 設備故障管理導航

3 點巡檢數據分析

在云內動力乘柴車間分別選擇德國NBH170 臥式加工中心和東昱CMV-1100A 臥式加工中心兩臺設備進行了一次點巡檢系統數據采集，并對采集的數據使用譜峭度域包絡譜進行分析，初步分析結果如下。

3.1 德國NBH170 臥式加工中心數據分析

首先對采集到的數據進行譜峭度分析，得到最佳解包絡頻帶，譜峭度結果如圖6 所示。

圖6 中最大譜峭度值Kmax=1，中心頻率為10 900 Hz，濾波帶寬為200 Hz，按照譜峭度的結果得到數據的包絡譜（圖7）。

圖6 德國NBH170 臥加譜峭度（2400 r/min）

圖7a）中顯示，在轉速2400 r/min 時存在較顯著的2038 Hz成分，將轉速提升1 倍，圖7b）中在4073 Hz 處有較顯著峰值，兩頻率近似對應，但因主軸部件特征頻率未知，需進一步分析。需進一步觀察、注意最大譜峭度值的變化。

圖7 德國NBH170 臥加包絡譜

3.2 東昱CMV-1100A 臥式加工中心數據分析

對于東昱CMV-1100A 臥式加工中心數據采用對德國NBH170 臥式加工中心數據相同的處理方式。

圖8 中最大譜峭度值Kmax=4.6，圖9a）顯示，在轉速1200 r/min時存在較為顯著的492.8 Hz 成分，將轉速提升2 倍，在圖9b）的1480 Hz 處有較顯著峰值，兩頻率基本對應，雖主軸部件特征頻率未知，準確判斷需進一步分析，滾動軸承開始性能劣化，加強進一步觀察、密切注意最大譜峭度值的變化。

圖8 東昱CVM-1100A 臥加譜峭度（1200 r/min）

圖9 CVM-1100A 臥加包絡譜

4 結論

本文針對昆明云內動力股份有限公司生產線制定了一套設備點巡檢管理框架，并基于Android 和IOS 的點巡檢系統，開發了一套智能點巡檢系統（Smart Terminal Patrol System based on Internet of Things，STPS），具備點檢、巡檢管理、檢修管理、工作臺、點巡檢數據接口等功能。通過該系統實現企業無紙化點檢、智能化點檢，提高設備點檢效率，降低設備維護成本，避免設備突發性事故，確保設備安全可靠，最后通過數據的分析，進一步說明系統的可行性與可靠性。