淺談智能工廠維修維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計應(yīng)用

武 建

(天津市勞動保障技師學(xué)院，天津 300162)

智能智造作為中國制造轉(zhuǎn)型升級的新動能，主要包含產(chǎn)品、裝備、生產(chǎn)方式、管理和服務(wù)五個方面的智能化。智能工廠作為智能制造的重要組成部分，其中數(shù)字化工廠是基礎(chǔ)，也是智能工廠的第一步。將智能化的系統(tǒng)、手段等新方法、新技術(shù)融合起來，構(gòu)建具有高效綠色、節(jié)能環(huán)保特點(diǎn)的先進(jìn)智能工廠。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷地應(yīng)用和發(fā)展，各領(lǐng)域信息系統(tǒng)的無縫結(jié)合是未來智能工廠信息管理和服務(wù)的關(guān)鍵，對于生產(chǎn)、過程的計劃性、可控性、合理性等方面會有顯著的提高，同時在減少人工干預(yù)的方面也得到極大的改善，其本質(zhì)是人機(jī)有效交互。

一、現(xiàn)狀

當(dāng)前智能工廠的建設(shè)主要致力于如何排產(chǎn)的智能、如何決策的智能、如何協(xié)同生產(chǎn)過程的智能、如何互聯(lián)互通設(shè)備的智能、如何生產(chǎn)資源管理的智能、如何質(zhì)量管理的智能等方面。但是對于智能工廠的維護(hù)維修考慮的并不多，在提升設(shè)備人-機(jī)系統(tǒng)的現(xiàn)場管理和設(shè)備全壽命周期管理水平，更好地服務(wù)于公司的經(jīng)營戰(zhàn)略目標(biāo)，實現(xiàn)管理精益和降本方面，我們該做什么？我們該怎么做？我們做得怎么樣？我們做的水準(zhǔn)如何？值得我們深思！

二、 建設(shè)全線集中供給系統(tǒng)的，革新油液使用維護(hù)供給方式。

機(jī)械加工中作為刀具保護(hù)液的切削液，核心作用是冷卻和潤滑，同時具有清洗、防銹、防腐的作用，在實際生產(chǎn)加工中是不可或缺的。雖然現(xiàn)在提倡的干式切削和綠色切削，但是切削液在實際生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用，更具有經(jīng)濟(jì)型和通用性。根據(jù)使用的條件不同，使用濃度可在1%-5%；粗加工濃度低些，使用濃度可在1%-3%。作為機(jī)械運(yùn)動部件的血液的潤滑油，也稱導(dǎo)軌液壓油，主要用于減少機(jī)械之間的損耗和摩擦，適用于軸承以及齒輪等部件的循環(huán)潤滑，常用在高碳鋼材質(zhì)和軸承鋼材質(zhì)機(jī)械設(shè)備配件當(dāng)中，完全能滿足應(yīng)用范圍內(nèi)機(jī)械設(shè)備對于導(dǎo)軌潤滑油在潤滑方面的所有苛刻要求，在性能方面且有過而不及。和切削液最大的區(qū)別是在于，它能很好的和水性切削液分離、而不是混溶。

我們在傳統(tǒng)的供給中都需要定期的補(bǔ)給，尤其在潤滑油的補(bǔ)給大約在每周一次，有的設(shè)備則更為頻繁。以上情況作為我們?nèi)斯げ僮鳈C(jī)床的時，不太繁雜。但是在未來的智能工廠無人車間問題就較為突出啦。人頻繁的進(jìn)入做人工干預(yù)，不但增加了人工勞動強(qiáng)度也為人身安全帶來了隱患，將極大地影響最大生產(chǎn)效能的發(fā)揮，故建議從工廠的設(shè)計建設(shè)之初就將潤滑油和切削液系統(tǒng)化，集中供給、集中管理，降低了人工維護(hù)工作量，實現(xiàn)供油供液自動化。尤其以切削液的循環(huán)供給可提高使用效率、便于濃度的監(jiān)測和管理、易于回收。全線集中供油系統(tǒng)的和全線集中供液循環(huán)系統(tǒng)的建設(shè)的必要性不言而喻。在免維護(hù)供油系統(tǒng)方面，主要為涉及所有需要的潤滑的設(shè)備進(jìn)行全線供油，設(shè)備中氣路潤滑、密封的霧化等裝置也要并網(wǎng)，實現(xiàn)全線供給和設(shè)備的無縫對接；實現(xiàn)多種潤滑油品多點(diǎn)定量、定時的加注，對于油位監(jiān)測、低液位自動補(bǔ)油管理與視頻監(jiān)控相結(jié)合，管理者可以實時查看數(shù)字化數(shù)據(jù)和現(xiàn)場實況。在集中供液循環(huán)系統(tǒng)方面，包括自動供給、自動配補(bǔ)液、過濾回收三個基本部分，加入自動配置濃度補(bǔ)液功能，這樣只許將對應(yīng)的原料和水接入即可。

三、增添云機(jī)器人——智慧助力智能維護(hù)

云機(jī)器人不是一種新型機(jī)器人而是機(jī)器人通過和云計算結(jié)合使其變得更加“聰明”、更加“強(qiáng)大”。屆時，機(jī)器人即是網(wǎng)絡(luò)終端，本地不做存儲大量的資料信息，亦不用分配占用過多的處理器資源。將需要的需求數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳，通過云端服務(wù)器完成數(shù)據(jù)信息的處理。故云機(jī)器人不是單獨(dú)種類或形式的機(jī)器人，是機(jī)器人在信息存儲方面和獲取方式的方面跨學(xué)科的應(yīng)用。這種信息存儲和獲取的方式的好處是顯而易見的。比如，機(jī)器人將當(dāng)前場景的照片，通過攝像頭拍攝下來并上傳到服務(wù)器端并儲存，既能保證機(jī)器人可以進(jìn)行檢索，也可用于分析計算提供策略。機(jī)器人在保證符合相關(guān)規(guī)定的要求下可以共享數(shù)據(jù)庫中各種數(shù)據(jù)，隨著機(jī)器人在生產(chǎn)實踐中的的大量的應(yīng)用，機(jī)器人的維護(hù)場景、應(yīng)用場景等不斷地豐富，在云端將存儲大量的信息，通過大數(shù)據(jù)手段將有用的數(shù)據(jù)、規(guī)律提取出來，再反哺到實際應(yīng)用中。

云機(jī)器人在維護(hù)作業(yè)中主要包含兩個作用，即完成基本的點(diǎn)檢任務(wù)、維護(hù)保養(yǎng)任務(wù)和專家模式的遠(yuǎn)程操作?；镜狞c(diǎn)檢任務(wù)是將機(jī)床、自動生產(chǎn)線等設(shè)備按照要求的點(diǎn)位(未來隨著數(shù)字化建設(shè)的不斷完善將通過各種傳感器進(jìn)行采集)遵循對應(yīng)的每班、每天、每周等時間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行檢查，并將完成相應(yīng)的保養(yǎng)任務(wù)，同時將會把對應(yīng)的任務(wù)場景上傳到云端進(jìn)行存儲，作為大數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)，可云端共享。專家模式的遠(yuǎn)程操作是一個特殊的應(yīng)用，是未來機(jī)器人+5G通信技術(shù)+VR技術(shù)綜和發(fā)展的空間巨大，是將人機(jī)和場景的緊密結(jié)合，是未來智能工廠的進(jìn)行人為干預(yù)的有效途徑。在專家模式，人通過穿戴VR設(shè)備利用5G技術(shù)Gbit/s的標(biāo)準(zhǔn)的傳輸速度和1MS左右延時的特點(diǎn)與機(jī)器人進(jìn)行協(xié)作、互動，人與機(jī)器人動作同步，機(jī)器人的視覺與人同步，完成特殊的任務(wù)，使專家與設(shè)備觸手可及、使人與工廠近在咫尺。我們遇到有非常規(guī)化的特殊任務(wù)，專家利用這種遠(yuǎn)程操作技術(shù)進(jìn)行相關(guān)的操作，并將相應(yīng)的數(shù)據(jù)上傳到云端，以備共享。

四、 維護(hù)保養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)化——設(shè)備完整性管理

設(shè)備維修經(jīng)歷了四個階段，從20世紀(jì)50年代占據(jù)統(tǒng)治地位的第一階段——事后維修制，到以前蘇聯(lián)為代表的第二階段——預(yù)防維修制(即定期維修)，再到第三階段設(shè)備綜合管理階段(即全過程、全員參與、價值管理)，那么第四階段設(shè)備信息化管理階段(即設(shè)備設(shè)施完整性管理)在智能工廠中該如何大展身手？

設(shè)備設(shè)施完整性管理是隨著設(shè)備管理技術(shù)在不斷的發(fā)展和積累到一定的階段的產(chǎn)物，是一種更為先進(jìn)的設(shè)備管理方法。即對設(shè)備設(shè)施全生命周期進(jìn)行基于風(fēng)險的、動態(tài)的、系統(tǒng)的管理，在實踐中通過進(jìn)行管理的改善、優(yōu)化和相關(guān)技術(shù)的提升，使設(shè)備設(shè)施更好的創(chuàng)造價值，實現(xiàn)實現(xiàn)管理精益和降本增效，保證管理目標(biāo)的可持續(xù)發(fā)展。在數(shù)字化建設(shè)高速發(fā)展浪潮下，各種傳感器技術(shù)在生產(chǎn)實踐中廣泛的應(yīng)用，將設(shè)備設(shè)施完整性的再次升級。大量的傳感器應(yīng)用完善了采集數(shù)據(jù)基礎(chǔ)建設(shè)，產(chǎn)生的大量的數(shù)據(jù)為智能管理的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。同時云機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用最大限度解放了人的勞動力，對于設(shè)備設(shè)施的“私人定制”的維護(hù)方案搭建了良好的平臺，為維護(hù)更加精細(xì)化的提供了良好的契機(jī)。

在設(shè)備的完整性管理方面，完整性涵蓋了管理的完整、技術(shù)的完整 、經(jīng)濟(jì)的完整 和全生命周期的完整四個方面。我們在具體實踐中主要從管理、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)三個維度進(jìn)行考量，基于設(shè)備設(shè)施的全生命周期建立先進(jìn)的設(shè)備管理模式，制定科學(xué)有效的維護(hù)實施方案。維護(hù)保養(yǎng)不再是簡單的設(shè)備保養(yǎng)的活動了，而是涵蓋整個生命周期的調(diào)查、研究、制作、排產(chǎn)、質(zhì)量管理等全范圍、全過程的信息整合，就對于維修必要性、經(jīng)濟(jì)型有個更強(qiáng)有力的分析決策，是一個系統(tǒng)工程。隨著智能水平的提高的，利用數(shù)據(jù)模型進(jìn)行推演和預(yù)測，對于故障的判斷將更加精準(zhǔn)化，既能做預(yù)防性處理又不維修過剩。

在新的階段作為在開展維護(hù)保養(yǎng)、維修的活動的基本依據(jù)，維護(hù)保養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)的意義將非常的重要。不僅利于統(tǒng)一的管理、統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，更重要的是在大數(shù)據(jù)、云計算高速發(fā)展的時代，為資源共享、數(shù)據(jù)共享、場景共享建立了平臺。在平臺上設(shè)備管理的發(fā)展見更加迅速，更有利于在此基礎(chǔ)上進(jìn)行更多場景的開發(fā)和應(yīng)用。屆時，按照標(biāo)準(zhǔn)化的形式，簡化形式場景、統(tǒng)一化形式場景、系列化形式場景、通用化形式場景、組合化形式場景、模塊化形式場景將接踵而來，設(shè)備管理定制化的二次開發(fā)將成為創(chuàng)新的立足點(diǎn)?；跇?biāo)準(zhǔn)化的平臺上的運(yùn)行模式要引入了 NDCA 和 PDCA模式，倆種模式采用交替執(zhí)行動態(tài)循環(huán)方式(詳見圖0-1)。其中P為策劃(Plan)、D為實施(Do)、C為檢查(Check)、A為改進(jìn)(Action)、N為規(guī)范(Normalize)，第一個的NDCA的實施，是使規(guī)范上一輪PDCA形成最佳的正式文件進(jìn)行具體的推廣實施，PDCA前期的重點(diǎn)是實現(xiàn)新的策劃的目標(biāo)和方法，后期則重點(diǎn)在于對前期的修正、優(yōu)化，然后進(jìn)行以此循環(huán)。

NDCA 與 PDCA 的交替執(zhí)行動態(tài)循環(huán)方式如圖所示：

圖1 設(shè)備維修管理體系的NDCA與PDCA的循環(huán)執(zhí)行模式

五、大數(shù)據(jù)助力決策——實現(xiàn)人機(jī)協(xié)同

智能工廠的建立(從規(guī)劃、設(shè)計到具體實施)是一個系統(tǒng)工程，具有復(fù)雜性和系統(tǒng)性的特征。這里主要分析軟件部分和硬件部分的概況。硬件部分?jǐn)?shù)字化建設(shè)是智能制造的基礎(chǔ)，實現(xiàn)各流程數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)信息等工廠生產(chǎn)現(xiàn)場信息進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，根據(jù)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用的場景和現(xiàn)場的要求，有自動化數(shù)據(jù)采集和手動輔助數(shù)據(jù)采集倆類方式。在工廠的生產(chǎn)現(xiàn)場，采用自動化采集數(shù)據(jù)的常用方式包括TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)模式、普通以太網(wǎng)模式、數(shù)據(jù)采集卡、組態(tài)軟件采集、RFID電子標(biāo)簽無線采集等采集方式；在工廠的生產(chǎn)現(xiàn)場，采用手動輔助采集數(shù)據(jù)的常用方式包括手工填表、條碼掃描、手持終端、手機(jī)上報等輔助手段。工廠生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)在現(xiàn)在智能工廠中，可以為上層ERP、中間層MES系統(tǒng)提供及時、詳盡的現(xiàn)場信息，為從生產(chǎn)、計劃、調(diào)度、質(zhì)量、維護(hù)等方面提供可靠的決策依據(jù)，保證各個生產(chǎn)流程中信息的連續(xù)性和可追溯性，保障頂層信息系統(tǒng)的“睿智”。軟件部分是實現(xiàn)智能的信息處理的部分，是實現(xiàn)人機(jī)交互的關(guān)鍵所在。主要涉及設(shè)計、工藝、制造、倉儲、物流、質(zhì)量、人員等方面，常用的軟件系統(tǒng)有產(chǎn)品生命周期管理 (product lifecycle management)簡稱PLM 、企業(yè)資源計劃(Enterprise Resource Planning)簡稱ERP、供應(yīng)鏈管理 (Supply chain management)簡稱SCM、客戶關(guān)系管理(Customer Relationship Management) 簡稱CRM、制造企業(yè)生產(chǎn)過程執(zhí)行管理系統(tǒng)(Manufacturing Execution System)簡稱MES。各個系統(tǒng)間可以實現(xiàn)無縫對接，其集成目標(biāo)本質(zhì)是RPP與信息化時代。真正意義上實現(xiàn)信息化互通的高度協(xié)同，為更高一級的人機(jī)交互奠定了基礎(chǔ)。涉及生產(chǎn)排產(chǎn)、設(shè)備運(yùn)行、質(zhì)量管理等大量的數(shù)據(jù)上傳到云端，對于設(shè)備的管理科學(xué)化、維修的主動預(yù)判、維保標(biāo)準(zhǔn)化動態(tài)循環(huán)的改善等方面的提供了決策依據(jù)。使維修保養(yǎng)的開展和實施的有效性得到了提高。同時在維修保養(yǎng)定制化、維修保養(yǎng)精細(xì)化方面奠定了堅實的基礎(chǔ)。

智能工廠的本質(zhì)就是人機(jī)協(xié)同，人機(jī)協(xié)同的關(guān)鍵使各個系統(tǒng)實現(xiàn)無縫對接的運(yùn)行，從而實現(xiàn)高度協(xié)同。而人機(jī)協(xié)同的中機(jī)器的“聰明”程度是需要訓(xùn)練的，那就要依照維修保養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)化的原則和要求為基礎(chǔ)，進(jìn)行相應(yīng)的訓(xùn)練。根據(jù)我們的要求和期望的方向進(jìn)行進(jìn)一本的訓(xùn)練和應(yīng)用。讓機(jī)器承擔(dān)更多的工作，人騰出更多的經(jīng)歷負(fù)責(zé)創(chuàng)造性的工作，為人類創(chuàng)造更加美好的生活。

總之，第四次工業(yè)革命方興未艾，智能制造的主導(dǎo)已成潮流，智能工廠則是落地的關(guān)鍵所在。智能工廠的建立是一個錯綜復(fù)雜的系統(tǒng)工程，從倉房設(shè)施的建設(shè)到生產(chǎn)規(guī)則的提取，再到各大系統(tǒng)在保證精益生產(chǎn)的應(yīng)用、數(shù)據(jù)安全、數(shù)據(jù)分析應(yīng)用等方面諸需考慮，但是設(shè)備管理的經(jīng)濟(jì)型、可靠性及發(fā)揮的最大效能同樣關(guān)系到企業(yè)戰(zhàn)略目標(biāo)實現(xiàn)。企業(yè)設(shè)備管理方式的改變和能力的提升已成必然，維護(hù)把保養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)化的建設(shè)不可或缺，設(shè)備設(shè)施的管理在數(shù)字化和人工智能的推動下將全面的升級。利用新技術(shù)實現(xiàn)數(shù)字化健康管理檔案，故障預(yù)測模型、主動預(yù)測性維護(hù)、備品備件智能化管理等減少非計劃性停機(jī)的方法，使設(shè)備最大限度地創(chuàng)造價值。設(shè)備設(shè)施的管理任重而道遠(yuǎn)，維護(hù)保養(yǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化仍需不斷地探索實踐。