淺談使用大數(shù)據(jù)對汽車廠設(shè)備維修成本的控制

王海平

（1.浙江大學(xué)工程師學(xué)院，浙江杭州 310015；2.沃爾沃汽車（中國）投資有限公司臺州路橋分公司，浙江臺州 318057）

0 引言

《中國制造2025》發(fā)展戰(zhàn)略已明確將智能制造作為研究的方向，制造業(yè)的裝備技術(shù)將邁向智能和互聯(lián)的方向，從精細(xì)化向智能化轉(zhuǎn)型發(fā)展。近年來，隨著大數(shù)據(jù)及其相關(guān)技術(shù)的不斷成熟，其應(yīng)用范圍逐步從互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)領(lǐng)域拓展到工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。目前自動化設(shè)備已成為制造業(yè)未來發(fā)展的主流，如何保證自動化設(shè)備運行的可靠性及減少設(shè)備運行維護成本是設(shè)備日常管理和控制的一個難題。目前的控制方式主要是依靠對數(shù)據(jù)的采樣實現(xiàn)對數(shù)據(jù)進行分析控制，這種單一方式只能識別一些顯形設(shè)備的維修成本，對設(shè)備維修的隱形成本存在極大的盲區(qū)，不能快速捕捉。結(jié)合大數(shù)據(jù)思維和設(shè)備維修成本控制經(jīng)驗，對比傳統(tǒng)控制方式和大數(shù)據(jù)控制方式對汽車廠自動化設(shè)備維修成本的控制，介紹了自動化設(shè)備維護成本的分類和定義，以及使用大數(shù)據(jù)思維對汽車自動化設(shè)備維修成本控制的便利性及影響。

1 傳統(tǒng)的設(shè)備維修成本介紹及控制方式

1.1 設(shè)備維修成本介紹

汽車自動化設(shè)備維修成本主要分為設(shè)備故障維修成本、設(shè)備維護保養(yǎng)成本、設(shè)備備品備件成本及設(shè)備維修工時成本等。

1.1.1 設(shè)備故障維修成本

設(shè)備故障維修成本是在日常生產(chǎn)過程中由于設(shè)備出現(xiàn)異常等原因?qū)е律a(chǎn)線停線而產(chǎn)生的成本損失（設(shè)備故障維修成本一般從設(shè)備交付后開始算起）。設(shè)備故障維修成本隨著維修時間長短而變，維修用的時間越長，導(dǎo)致的最終損失就越高。設(shè)備故障維修成本往往在新設(shè)備交付后3個月內(nèi)成本相對較高，主要是前期設(shè)備調(diào)試原因引起，這個階段也是設(shè)備管理打基礎(chǔ)的階段。設(shè)備交付3個月后，設(shè)備故障維修成本會有下降趨勢，直至趨近穩(wěn)定的波動狀態(tài)為止。

設(shè)備故障維修成本的控制企業(yè)主要是通過設(shè)定設(shè)備KPI（Key Performance Indicator，關(guān)鍵績效指標(biāo)）指標(biāo)來控制設(shè)備故障的發(fā)生，進而控制相應(yīng)的設(shè)備故障維修成本。設(shè)備故障的發(fā)生往往是有一個過程的，對于目前汽車廠自動化程度較高的設(shè)備來說，設(shè)備的集成度和控制水平往往較高，依靠設(shè)備人員的經(jīng)驗進行分析控制，其中有80 %以上的設(shè)備故障是不能被發(fā)現(xiàn)的，存在潛在的隱患。這種控制方式具有一定的局限性，主要通過分析已發(fā)生的設(shè)備故障而采取措施進行控制，對潛在的設(shè)備故障控制仍采用人工進行控制。隨著設(shè)備自動化水平的提高，很多設(shè)備故障的發(fā)生形式是多種因素導(dǎo)致的一種現(xiàn)象，依靠人工分析管理難度越來越大。

1.1.2 設(shè)備維護保養(yǎng)成本

設(shè)備維護保養(yǎng)成本是為了預(yù)防設(shè)備故障的發(fā)生而提前對設(shè)備實施檢查、維護及更換備件等產(chǎn)生的成本。設(shè)備維護保養(yǎng)成本受設(shè)備人員的維護保養(yǎng)經(jīng)驗影響較大，隨著設(shè)備維護保養(yǎng)工作量的增多，相應(yīng)的維護成本增加。

設(shè)備維修保養(yǎng)成本的控制是依據(jù)設(shè)備年度檢修保養(yǎng)計劃進行實施的，年度維護保養(yǎng)計劃是設(shè)備人員根據(jù)當(dāng)年的生產(chǎn)計劃方針提前策劃的計劃活動。維護保養(yǎng)計劃的制定受設(shè)備管理人員的經(jīng)驗影響較大，很難做到完善。設(shè)備維護保養(yǎng)的標(biāo)準(zhǔn)制定得過高，會帶來設(shè)備過分保養(yǎng)的情況，同時也會帶來極大的浪費，如：設(shè)備備件未達到磨損更換時間，提前對備件實施更換，就會帶來浪費。如果設(shè)備維護保養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)制定得過低，會由于設(shè)備保養(yǎng)工作不夠充分而發(fā)生設(shè)備故障。因此設(shè)備維護保養(yǎng)計劃應(yīng)制定得合理，才能保證設(shè)備運行的可靠性和合理的維護成本。

1.1.3 設(shè)備備品備件成本

設(shè)備備品備件成本主要分為兩種方式：一種是有形的成本，主要是設(shè)備預(yù)防維護或出現(xiàn)異常情況消耗的備品備件的成本，這是必要的消耗計劃成本；另一種是無形成本，主要是為了保證設(shè)備運行可靠性提前儲備的備品備件在儲備期間需要進行維護帶來的維護成本。

設(shè)備備品備件成本的控制需要將設(shè)備故障管理和設(shè)備預(yù)防維護的管理相結(jié)合，結(jié)合現(xiàn)場設(shè)備管理的需求，提前采購儲備設(shè)備備件。隨著備品備件的庫存量增多，相應(yīng)的維護成本也會不斷增加。備件的庫存本來就是一種資源浪費，因此，在設(shè)備管理期間要精準(zhǔn)定位管理，盡可能地減少設(shè)備庫存，提高設(shè)備備件管理的周轉(zhuǎn)率。

1.1.4 設(shè)備維修工時成本

設(shè)備維修工時成本是在設(shè)備維修和維護活動中投入的人力成本。如何在維修活動中安排合理的必要的人員參與其中，需要大量的數(shù)據(jù)進行支持。設(shè)備維修工時需要綜合考慮設(shè)備維修人員的經(jīng)驗和設(shè)備維修工作的難易程度來確定。

1.2 設(shè)備維修成本的控制

1.2.1 設(shè)備維修成本分析

目前設(shè)備維修成本分析主要分為4個步驟：收集數(shù)據(jù)、分析原因、對策控制、輸出結(jié)果等。每個科目控制之間獨立進行分析，然后再綜合起來進行分析，整個過程都是通過人為中心進行實施的，具體見表1。

表1 設(shè)備維修成本控制分析Table 1 Analysis of equipment maintenance cost control

1.2.2 傳統(tǒng)設(shè)備維修成本控制現(xiàn)狀

目前企業(yè)對設(shè)備維修成本的控制采用人工分析為主，系統(tǒng)分析為輔，控制方式多采用人工數(shù)據(jù)分析為主，依賴分析人員的管理經(jīng)驗進行分析控制，只能對已發(fā)生的設(shè)備維修成本進行控制，對未發(fā)生的潛在隱患帶來的維修成本無法實現(xiàn)預(yù)測控制。目前的設(shè)備維修成本的控制往往對單一項目的維修成本現(xiàn)象背后的因果關(guān)系進行分析，采集的樣本數(shù)據(jù)也是有限的。這種分析方式采用有限的樣本數(shù)據(jù)無法反映出整個事物之間的普遍性的相關(guān)關(guān)系。

傳統(tǒng)的設(shè)備維修成本控制由于收集的樣本信息量比較少，所以必須確保采集記錄下來的數(shù)據(jù)盡量結(jié)構(gòu)化、精確化，否則分析得出的結(jié)論不能支持整體的設(shè)備維修成本數(shù)據(jù)。

2 大數(shù)據(jù)思維的引入對設(shè)備維修成本的控制

2.1 大數(shù)據(jù)概念介紹

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展和革新，尤其是數(shù)據(jù)的挖掘及應(yīng)用，大數(shù)據(jù)正在各行業(yè)和領(lǐng)域快速蔓延，大數(shù)據(jù)正在改變?nèi)祟惞逃械闹R體系和思維模式，大數(shù)據(jù)可以看成是一種數(shù)據(jù)，也可以是一種技術(shù)；既可以看成是一種應(yīng)用，也可以看成是一種思維。目前汽車制造業(yè)依靠大數(shù)據(jù)進行管理和分析正在變革的路上，使用大數(shù)據(jù)進行監(jiān)控和管理已是必然的發(fā)展趨勢。

大數(shù)據(jù)控制設(shè)備維修成本的方式主要是整合企業(yè)目前所有的資源，建立模塊化通信平臺，在設(shè)備基礎(chǔ)運行階段就開始采集收集設(shè)備基礎(chǔ)運行數(shù)據(jù)，通過大數(shù)據(jù)技術(shù)挖掘出維修成本之間隱蔽的相關(guān)關(guān)系，獲得更多的數(shù)據(jù)信息去提前捕捉和分析當(dāng)前的現(xiàn)狀，同時可以實現(xiàn)對未來趨勢的預(yù)測。大數(shù)據(jù)管理公司內(nèi)部數(shù)據(jù)，需要實現(xiàn)公司層級、車間層級、控制層級及設(shè)備層級等四層級數(shù)據(jù)的相互采集和應(yīng)用。要想實現(xiàn)大數(shù)據(jù)精準(zhǔn)分析和控制設(shè)備的維修成本，需要持續(xù)不斷地進行資源整合，數(shù)據(jù)維護和開發(fā)創(chuàng)新等。

2.1.1 資源整合

充分整合現(xiàn)有企業(yè)資源計劃（ERP）、制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）及數(shù)字化設(shè)備管理系統(tǒng)等，通過建立和完善設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和數(shù)據(jù)信息采集系統(tǒng)，做好設(shè)備的運行數(shù)據(jù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)、檢修保養(yǎng)數(shù)據(jù)等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集與分析。設(shè)備運行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集是大數(shù)據(jù)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。隨著對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的收集、存儲和分析，可以更加方便、快捷、動態(tài)地獲得和研究對象有關(guān)的所有數(shù)據(jù)，相應(yīng)思維方式也從樣本思維轉(zhuǎn)向總體思維，從而能夠更加全面系統(tǒng)地進行數(shù)據(jù)采集分析，不再受以往主要依靠采樣數(shù)據(jù)獲取信息的限制，可以實時獲得與分析更多的數(shù)據(jù)，而不再依賴于采樣，從而可以帶來更全面的認(rèn)識和細(xì)節(jié)信息。通過資源整合，可以整合內(nèi)部各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，統(tǒng)一數(shù)據(jù)規(guī)則，實現(xiàn)信息的采集和共享，從而能夠更加全面、立體、系統(tǒng)地認(rèn)識總體狀況，這就是大數(shù)據(jù)思維帶來的好處。

2.1.2 數(shù)據(jù)維護

在整合資源時，對各設(shè)備系統(tǒng)需要統(tǒng)一數(shù)據(jù)規(guī)則，要有效解決因設(shè)備不能通訊和通信協(xié)議不兼容等造成的數(shù)據(jù)不匹配、不互認(rèn)等傳輸問題。要定期對設(shè)備系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行優(yōu)化，解決設(shè)備傳輸速度慢或通訊不暢的問題。要建立設(shè)備數(shù)據(jù)維護標(biāo)準(zhǔn)和機制，努力推進大數(shù)據(jù)的應(yīng)用，只有通過實際應(yīng)用才能發(fā)揮其價值。

2.1.3 開發(fā)創(chuàng)新

隨著大數(shù)據(jù)及其相關(guān)技術(shù)的不斷成熟，其應(yīng)用范圍逐步從互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)領(lǐng)域拓展到工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。對設(shè)備運行數(shù)據(jù)的分析、建模和仿真，是研究的重點和難點，也是實現(xiàn)智能管控的前提條件。只要進一步樹立“大數(shù)據(jù)思維”，圍繞“提質(zhì)控本增效”這個中心任務(wù)，創(chuàng)新探索，就一定能推動設(shè)備管理的全面提升，更好地支撐行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。不斷提高機器的自動化、智能化水平始終是人類社會長期不懈的努力方向。通過資源整合，可以實現(xiàn)若干小數(shù)據(jù)匯集成大數(shù)據(jù)，為提升機器智能帶來契機，大數(shù)據(jù)將有效推進機器思維方式由自然思維向智能思維轉(zhuǎn)變，這才是大數(shù)據(jù)思維轉(zhuǎn)變的核心內(nèi)容。

2.2 大數(shù)據(jù)在設(shè)備維修成本控制中的應(yīng)用

將所有采集的數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中進行關(guān)聯(lián)，通過采用大數(shù)據(jù)分析可以實現(xiàn)對故障數(shù)據(jù)的監(jiān)控及分析，實現(xiàn)設(shè)備維修保養(yǎng)計劃與設(shè)備運行時間相結(jié)合，提前預(yù)測分析設(shè)備具體的維護時間，制定合理的維護實施計劃。利用大數(shù)據(jù)將設(shè)備維修成本、設(shè)備維修保養(yǎng)成本、設(shè)備備品備件成本和設(shè)備維修工時成本等與設(shè)備基層運行情況相關(guān)聯(lián)起來，過程中采用傳感器技術(shù)、設(shè)備監(jiān)測裝置等將底層設(shè)備運行數(shù)據(jù)和狀態(tài)數(shù)據(jù)采集到系統(tǒng)中，通過大數(shù)據(jù)將設(shè)備故障管理、設(shè)備維護保養(yǎng)和設(shè)備備品備件消耗相結(jié)合，提前預(yù)測設(shè)備備件需要更換的時間，幫助管理人員進行預(yù)判和分析，實現(xiàn)對管理工作的精準(zhǔn)定位和分析。大數(shù)據(jù)控制流程圖如圖1所示。

圖1 大數(shù)據(jù)控制維修成本流程Figure 1 Big data control maintenance cost process

2.3 大數(shù)據(jù)控制維修成本與傳統(tǒng)模式控制維修成本的對比

不斷提高設(shè)備的自動化、智能化水平始終是人類不懈努力的方向，計算機的出現(xiàn)推動了自動化控制、人工智能等新技術(shù)的發(fā)展。越來越多的新設(shè)備的自動化和智能化水平不斷提升，設(shè)備的運行主要依靠各種參數(shù)進行控制，僅依靠簡單的對設(shè)備故障的統(tǒng)計分析，已經(jīng)不可能實現(xiàn)對設(shè)備維修管理的精準(zhǔn)控制。傳統(tǒng)模式控制維修成本的思維方式屬于線性、簡單的自然思維，而大數(shù)據(jù)的引入為設(shè)備維修成本的控制分析帶來了希望和轉(zhuǎn)機，將有效改進傳統(tǒng)思維方式的弊端。通過大數(shù)據(jù)控制設(shè)備的維修成本，可以對所有影響維修成本的數(shù)據(jù)進行跟蹤分析，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，同時改變了以往依靠經(jīng)驗分析判斷事物的狀況，提升數(shù)據(jù)分析的智能化和智慧化，具體對比詳見表2。

表2 傳統(tǒng)控制方式與大數(shù)據(jù)控制方式的對比Table 2 Comparison of traditional control method and big data control method

3 結(jié)語

近年來，自動化設(shè)備的控制越來越依賴信息技術(shù)，大數(shù)據(jù)技術(shù)的快速發(fā)展深刻改變了人們對傳統(tǒng)模式下設(shè)備控制和思維的方式。使用大數(shù)據(jù)能夠改變以往僅使用采樣的方式分析設(shè)備故障和維修成本，可以獲得與分析更多的設(shè)備控制和運行數(shù)據(jù)，甚至是與之相關(guān)的所有數(shù)據(jù)和參數(shù)，而不再依賴于采樣的方式來分析設(shè)備的相關(guān)性能等，從而可以更全面地了解設(shè)備控制原理和控制方式，更清楚地發(fā)現(xiàn)樣本無法揭示的細(xì)節(jié)信息。大數(shù)據(jù)時代，隨著數(shù)據(jù)收集、存儲、分析技術(shù)的突破性發(fā)展，可以更加方便、快捷、動態(tài)地獲得設(shè)備有關(guān)的所有數(shù)據(jù)。相應(yīng)地，可以在今后的設(shè)備日常管理中發(fā)揮越來越重要的作用，如：對設(shè)備故障分析，可以實現(xiàn)對某一個設(shè)備故障的異常進行跟蹤，查找設(shè)備異常的真因。對機器人噴涂油漆浪費的控制，可以利用數(shù)據(jù)跟蹤機器人的噴涂過程，分析油漆的利用率等。