智能制造視角下設備信息化管理

孫小軻+林維柏

設備是企業(yè)資產(chǎn)的重要組成部分，通過預防性維護、過程監(jiān)控等措施提升設備及產(chǎn)品質量可靠性，提升設備綜合利用效率及延遲使用壽命，成為當前及今后設備管理的重點之一。在《中國制造2025》戰(zhàn)略中明確提出促進工業(yè)化與智能化融合，提出到2025年在關鍵設備數(shù)控化率、全員生產(chǎn)勞動生產(chǎn)效率等指標，著力推進制造過程智能化，實現(xiàn)人機智能化、制造工藝的數(shù)字化控制、狀態(tài)信息實施監(jiān)測及自適應控制等目標，由此，設備信息化管理成為智能制造的基礎之一。隨著產(chǎn)品同質化競爭加劇，產(chǎn)品質量可靠及穩(wěn)定性成為關鍵因素之一，機械設備又是產(chǎn)品質量與可靠性保障的主要手段，實施設備預防性維護、加強設備過程監(jiān)控成為保障產(chǎn)品質量與可靠性的主要措施。而通過延長設備使用壽命來提升設備可利用率，以降低企業(yè)設備投入，從而提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。

一、智能制造視角下設備信息化管理進展

1.設備自主維護與專業(yè)維護研究。設備維護按不同維護參與者分為以設備操作者為主的自主維護及以設備維修人員為主的專業(yè)維護，許多學者研究了設備維修的重要性及其方法，齊二石、周海波（2007）隨著生產(chǎn)設備自動化程度提高，生產(chǎn)過程對設備的依賴程度加大，設備影響成為生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質量、制造成本等指標的關鍵因素，建立設備全員維護體系來保證設備平穩(wěn)運行顯得至關重要。周武靜、徐學軍、葉飛（2012）通過員工參與、準時制生產(chǎn)、全面質量管理、設備全員性維護等精益生產(chǎn)要素進行建設性檢驗，證實員工參與正向影響設備全員性維護效果，同時設備全員性維護又有助于準時制生產(chǎn)的實現(xiàn)。宋杰書（2010）將5S與設備自主維護相結合，培育現(xiàn)場設備自主維護的企業(yè)文化，實現(xiàn)了企業(yè)的經(jīng)濟效益、現(xiàn)場環(huán)境效益、社會效益、員工收入和個人能力提升的多贏局面，降低了制造成本并提升了企業(yè)綜合競爭能力。羅紅新（2008）推行企業(yè)設備全員自主維護存在兩方面障礙，一方面是設備操作工人缺乏長期自主參與設備預防性維護的積極性，另一方面是設備操作工人文化素質較低，越是精度要求高等先進設備維護難以達成，因此需要建立設備操作工人自主維護的培訓體系來提升其設備維護技能。設備維護按照維修時間分為設備故障發(fā)生前的預防性維護與設備故障發(fā)生后的事后維護。許多學者認識到了事后維修的不足及其影響，李華飛（2013）企業(yè)在對設備進行故障檢修的過程中， 采取事后維修的方式，沒有體現(xiàn)時效性， 工作往往處于滯后的狀態(tài)， 對生產(chǎn)經(jīng)營的連續(xù)性造成影響，直接影響到企業(yè)的經(jīng)濟利益。曹志娟（2009）我國煤礦企業(yè)采取定期維護、事后維修的方式，缺乏針對性，對設備故障運行的保障能力較弱，同一設備的同一故障模式可能會有不同的后果，而預防不同的故障后果需要不同的維修策略。邵斐（2012）針對設備維護活動的技術含量高而設備專業(yè)維護人員少的困境，若每臺設備都編制預防性維護計劃，可能預防性維護活動的可操作小，因此根據(jù)設備對生產(chǎn)或產(chǎn)品的重要程度分為關鍵設備的全面設備維護及普通設備的預防性維護。在設備預防性維護管理中存在一個困境：預防性維護周期的確定，許多學者通過定性與定量相結合等方法來確定預防性維護周期，周曉軍、奚立峰、李杰（2005）傳統(tǒng)的等周期預防性維護策略會使設備的可靠性隨著未出次數(shù)及使用年限的增加而逐步降低，考慮了使用周期遞減因子和故障率遞增因子，引入混合型的故障率演化規(guī)則，建立基于設備可靠性的順序預防性維護模型。周炳海、高忠順（2012）提出帶緩沖區(qū)的設備預防性維護優(yōu)化建模方法，以預防性性維護時刻點作為隨機變量包含期望預防性維修成本、期望維護成本、期望持有成本及期望缺貨成本的期望成本模型，通過模型中多個參數(shù)的敏感性分析，在恰當?shù)臅r刻進行預防性維護，能有效減少下游設備的缺貨概率及降低生產(chǎn)成本。張春霞（2015）根據(jù)設備故障各階段特點，建立威布爾分布函數(shù)模型，利用預防性維護調整因子法對設備進行“修復非新“建模，由威布爾分布的參數(shù)估計方法確定設備故障率分布函數(shù)，由此確定設備預防性維護周期。

2.設備全生命周期管理研究。設備生命周期包含設備采購安裝的前期管理階段、投入生產(chǎn)后設備運行階段及報廢后處置階段，不同生命階段設備管理重點各有差異，現(xiàn)有研究成果中主要集中在設備運行管理階段。劉盛軻（2010）設備管理中目前存在設備管理的定位不準確、方法不規(guī)范、缺乏理論指導等問題，亟需進行以信息化設備管理信息系統(tǒng)的設備全生命周期管理，來指導設備采購、運行監(jiān)控及設備處置流程。張勝、張云翔（2015）針對設備運行中出現(xiàn)的故障建立電力設備全生命周期缺陷庫，收集設備在制造、抽檢、施工、驗收及運行維護等過程的缺陷信息，并從多個維度描述缺陷和消缺結果，形成設備缺陷檔案，評價設備的健康狀況，為設備運維策略和風險評估提供數(shù)據(jù)支持。方彥軍等（2014）構建三維虛擬可視化平臺提出火電廠設備全生命周期管理系統(tǒng)，在三維虛擬平臺上查詢設備各類信息，利用這些信息對火電廠設備的實時狀態(tài)和歷史狀態(tài)進行對比分析，從而預測設備運行趨勢。李春梅、曾富洪（2013）依據(jù)設備全壽命周期管理理念， 構建設備管理的功能模型和信息模型， 設計開發(fā)出基于JZEE構架的設備管理系統(tǒng)，有效實現(xiàn)信息集成、資源共享。蔣曉菲（2016）設備全生命周期管理產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)，對這些數(shù)據(jù)進行分析和挖掘，找出隱藏在數(shù)據(jù)背后的規(guī)律，進一步完善設備和人員管理制度，及時發(fā)現(xiàn)存在的問題，在一定程度上提高設備的利用率。

3.設備過程監(jiān)控與履歷研究。建立設備履歷管理，提升設備信息數(shù)據(jù)化與集成化，肖興等人（2013）傳統(tǒng)的紙質履歷存在信息引入不準、不全、不詳?shù)膯栴}，紙質履歷信息共享率低，梳理履歷信息化過程具備的條件和關聯(lián)性，提出以信息化履歷為中心的ATP車載設備信息管理模型實現(xiàn)履歷信息共享，有效提高了設備信息管理效率和科學化水平。白海榮（2016）設備履歷實現(xiàn)設備管理數(shù)據(jù)化、信息化，實時了解設備運行狀態(tài)和空間位置信息，為設備管理人員及事故搶修指揮人員制定最佳搶修方案提供及時、準確的決策依據(jù)，保障設備的穩(wěn)定運行。由于設備手工臺賬及ERP系統(tǒng)對設備管控的結果導向，在實踐中許多企業(yè)通過MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）對生產(chǎn)過程的監(jiān)控來實現(xiàn)設備過程監(jiān)控，李照蘭、張永亮、仲梁維（2014）根據(jù)設備的具體運行狀況、故障記錄、先前故障登記，以及重要監(jiān)測點的檢查數(shù)據(jù)等信息，并結合實際生產(chǎn)經(jīng)驗，實現(xiàn)設備維護、保養(yǎng)計劃的自動生成，規(guī)范設備維護、保養(yǎng)預警提示信息及故障處理措施。陳磊、高春能、潘庭龍（2015）建立設備數(shù)據(jù)三維模型，對設備進行全過程、全生命動態(tài)和靜態(tài)管理，實現(xiàn)了小麥加工企業(yè)設備管理的信息化、規(guī)范化和可追溯性，實現(xiàn)設備成本、效率等管控目標。

二、智能制造視角下設備信息化管理展望

綜合現(xiàn)有研究成果來看，學界與企業(yè)界已經(jīng)逐步開展設備信息化管理研究及應用，在設備過程控制及維護方面已經(jīng)取得一定的經(jīng)驗及成果。在未來的研究中，需要通過加強智能設備集成化控制、設備數(shù)據(jù)分析及處理、設備狀態(tài)檢測及自適應等方面研究，由點到面地實現(xiàn)設備與生產(chǎn)線的智能化升級，促進設備過程穩(wěn)定性提升產(chǎn)品質量與可靠性，通過設備預防維護及在線狀態(tài)檢測實現(xiàn)設備過程可視化管控等。

（作者單位：湖南工業(yè)大學商學院）endprint