設(shè)備智能管理服務(wù)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

錢(qián)依祎，楊露霞

(重慶川儀軟件有限公司，重慶 401121)

0 引言

隨著工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)的生產(chǎn)技術(shù)水平也隨之不斷提升。生產(chǎn)設(shè)備的正常運(yùn)行是一個(gè)企業(yè)利益增長(zhǎng)的基礎(chǔ)，也是企業(yè)運(yùn)作的基本保障。然而，隨著時(shí)間的推移，生產(chǎn)設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間高強(qiáng)度運(yùn)轉(zhuǎn)，容易出現(xiàn)設(shè)備故障[1]，甚至導(dǎo)致停機(jī)，造成其利用率不可控制。設(shè)備利用率，是工業(yè)總產(chǎn)出對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的比率，是實(shí)際發(fā)揮生產(chǎn)作用的生產(chǎn)能力。設(shè)備利用率是一項(xiàng)重要的指標(biāo)[2]。重慶某制造企業(yè)有若干職能不同的分廠，各個(gè)分廠下有不同的生產(chǎn)線與設(shè)備，存在分廠多、設(shè)備數(shù)量大的情況，設(shè)備運(yùn)行狀況難以統(tǒng)計(jì)。為了更好地提升公司產(chǎn)能，清楚地掌握各產(chǎn)線設(shè)備運(yùn)行狀況，設(shè)計(jì)了設(shè)備智能管理服務(wù)平臺(tái)。通過(guò)該平臺(tái)，提供完整詳盡的、以數(shù)據(jù)為支撐的設(shè)備運(yùn)行情況，并且加強(qiáng)設(shè)備故障監(jiān)測(cè)，第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)并排除故障，減少維修時(shí)間，提升設(shè)備利用率，進(jìn)而提高企業(yè)利益以及知名度。

1 企業(yè)設(shè)備利用率管理現(xiàn)狀分析

重慶某制造企業(yè)主要產(chǎn)品為流量計(jì)、執(zhí)行器、壓力變送器、溫度變送器等自動(dòng)化儀表設(shè)備以及控制系統(tǒng)。該企業(yè)所生產(chǎn)的設(shè)備廣泛應(yīng)用于石油化工、電力、水力、市政及國(guó)防等領(lǐng)域。由于產(chǎn)品類別多，產(chǎn)線較為分散，且產(chǎn)品數(shù)量大，使得管理困難。該企業(yè)在設(shè)備利用率管理方面存在以下不足。

①對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的管理較落后。

由于分廠多、產(chǎn)線廣的特點(diǎn)，企業(yè)無(wú)法宏觀運(yùn)維管理，也無(wú)法集中查看設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及數(shù)據(jù)分析。而企業(yè)采取的管理方式為紙質(zhì)化文檔管理，對(duì)于突發(fā)事件處理、應(yīng)急調(diào)度、維修等不能及時(shí)響應(yīng)，增加停工時(shí)間，降低運(yùn)作效率，同時(shí)，維修管理耗時(shí)較長(zhǎng)，影響產(chǎn)能。維修記錄以及點(diǎn)檢記錄等資料無(wú)法快速查閱與分析，隨著時(shí)間累計(jì)，響應(yīng)與處理速度越來(lái)越慢。

②對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)分析不足。

在生產(chǎn)過(guò)程中，各生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、動(dòng)態(tài)參數(shù)等數(shù)據(jù)無(wú)法被有效收集，因此無(wú)法對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，從而掌控設(shè)備運(yùn)行時(shí)的狀況。這樣就無(wú)法第一時(shí)間對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的故障或停機(jī)等情況進(jìn)行處理，導(dǎo)致影響產(chǎn)品生產(chǎn)工期，并且提高了成本。

③對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的維修管理流程落后。

企業(yè)生產(chǎn)線中的設(shè)備出現(xiàn)故障的維修流程是發(fā)現(xiàn)故障、報(bào)告設(shè)備部、由設(shè)備部派相關(guān)維修人員到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行維修。其流程間隔較長(zhǎng)，且維修時(shí)間視設(shè)備情況而定。

對(duì)于以上生產(chǎn)過(guò)程中存在的缺陷和不完善，設(shè)備智能管理服務(wù)平臺(tái)能進(jìn)行宏觀運(yùn)維管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行管理、數(shù)據(jù)分析以及維修管理，最終達(dá)成多維度的監(jiān)測(cè)、預(yù)防。

2 設(shè)備智能管理服務(wù)平臺(tái)架構(gòu)

基于物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備智能管理服務(wù)平臺(tái)設(shè)計(jì)有總覽(包含集團(tuán)總覽、分公司總覽)、在線監(jiān)測(cè)、統(tǒng)計(jì)分析、設(shè)備管理、系統(tǒng)管理等功能模塊，清晰呈現(xiàn)各分廠、各生產(chǎn)線設(shè)備開(kāi)停機(jī)及故障狀態(tài)[3]，可有效減少設(shè)備意外停機(jī)時(shí)間、提高設(shè)備利用率。

根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行的具體情況，對(duì)設(shè)備智能管理服務(wù)平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)如下。①數(shù)據(jù)采集層:可編程邏輯控制器(programmable logic controller，PLC)裝置、信號(hào)采集裝置。②網(wǎng)絡(luò)傳輸層。③云服務(wù)平臺(tái)及分析層。④終端監(jiān)測(cè)設(shè)備[2]。設(shè)備智能管理服務(wù)平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 設(shè)備智能管理服務(wù)平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)圖

①數(shù)據(jù)采集層。

通過(guò)各分廠、各產(chǎn)線上的生產(chǎn)設(shè)備所連接的就地儀表，將壓力表、溫度計(jì)等設(shè)備的電流、電壓、溫度、壓力直接傳輸至采集模塊，將開(kāi)關(guān)量等相關(guān)參數(shù)傳輸至PLC。PLC再將參數(shù)匯集到無(wú)線采集模塊，最后將采集模塊中的數(shù)據(jù)傳輸至上層云服務(wù)器平臺(tái)進(jìn)行管理、分析。

②網(wǎng)絡(luò)傳輸層。

網(wǎng)絡(luò)傳輸層包括數(shù)據(jù)層、控制層、應(yīng)用層。①數(shù)據(jù)層：就地儀表所采集到的設(shè)備相關(guān)參數(shù)，與PLC控制器的通信與數(shù)據(jù)傳輸。②控制層:PLC控制器接收生產(chǎn)設(shè)備的相關(guān)參數(shù)，并與無(wú)線采集模塊通信。③應(yīng)用層:無(wú)線采集模塊將匯集的所有數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸至云服務(wù)器平臺(tái)[4]應(yīng)用，并連接其他第三方終端設(shè)備進(jìn)行運(yùn)用。

③云服務(wù)器應(yīng)用平臺(tái)。

云服務(wù)器平臺(tái)即設(shè)備智能管理服務(wù)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備連接、統(tǒng)計(jì)分析、在線監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可視化、設(shè)備管理、點(diǎn)檢/巡檢管理等。

④終端監(jiān)控設(shè)備。

終端監(jiān)控設(shè)備包括通過(guò)廣域網(wǎng)或局域網(wǎng)連接的第三方設(shè)備，如計(jì)算機(jī)、手機(jī)APP、Web大屏顯示或其他展示設(shè)備等。

3 設(shè)備智能管理服務(wù)平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)

設(shè)備智能管理服務(wù)平臺(tái)系統(tǒng)功能架構(gòu)如圖2所示，主要包含采集層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)層和應(yīng)用層。

圖2 設(shè)備智能管理服務(wù)平臺(tái)功能架構(gòu)圖

采集層為源數(shù)據(jù)來(lái)源，包括就地儀表、PLC和采集模塊。就地儀表監(jiān)測(cè)生產(chǎn)設(shè)備的各項(xiàng)參數(shù)，將其傳輸至PLC，原始數(shù)據(jù)匯集到采集模塊中，最終形成采集層。

數(shù)據(jù)層主要包含數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)采集接口。采集層所采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)采集接口傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行存儲(chǔ)及應(yīng)用，為上層業(yè)務(wù)提供數(shù)據(jù)支撐。

服務(wù)層包括數(shù)據(jù)分析服務(wù)、預(yù)警服務(wù)、數(shù)據(jù)查詢服務(wù)和運(yùn)行數(shù)據(jù)分析服務(wù)，生產(chǎn)管理人員與設(shè)備維修人員可以通過(guò)設(shè)備的基本信息和數(shù)據(jù)分析信息，清晰、直觀地了解、監(jiān)測(cè)設(shè)備的各項(xiàng)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)故障早發(fā)現(xiàn)、早排除，從而提升設(shè)備利用率。

應(yīng)用層指的是設(shè)備智能管理服務(wù)平臺(tái)系統(tǒng)[5-7]。其通過(guò)下層數(shù)據(jù)支撐，將生產(chǎn)設(shè)備相關(guān)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)，并為平臺(tái)系統(tǒng)用戶提供操作界面。

4 設(shè)備智能管理服務(wù)平臺(tái)功能模塊設(shè)計(jì)

設(shè)備智能管理服務(wù)平臺(tái)主要由以下七大功能模塊組成。各模塊對(duì)各分廠及各產(chǎn)線的設(shè)備進(jìn)行全方位監(jiān)測(cè)及管理，最大程度減少故障停機(jī)時(shí)間和維修時(shí)間，從而提高設(shè)備的利用率。

4.1 總覽

以集約化管控理念為核心，將工業(yè)儀表所監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)應(yīng)的分公司、子公司作為一個(gè)對(duì)象。對(duì)集團(tuán)或總廠當(dāng)前上線的公司數(shù)量、公司名稱、總監(jiān)測(cè)設(shè)備數(shù)、總監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)、最高利用率/能耗單位進(jìn)行統(tǒng)計(jì)呈現(xiàn)。以各分公司、子公司為一小單元，統(tǒng)計(jì)并呈現(xiàn)設(shè)備總數(shù)、設(shè)備啟停數(shù)、昨日最高/低利用率、今日運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)、公司所在地等參數(shù)。總覽模塊包含集團(tuán)總覽和分公司總覽。集團(tuán)總覽為集團(tuán)級(jí)的全域管控中心，也是進(jìn)入各分子公司設(shè)備監(jiān)測(cè)詳情的訪問(wèn)入口。分公司總覽則以精煉的方式顯示生產(chǎn)線中杯監(jiān)測(cè)設(shè)備當(dāng)前運(yùn)行情況和前一日利用率。

4.2 在線監(jiān)測(cè)

在線監(jiān)測(cè)是以監(jiān)測(cè)設(shè)備為核心，實(shí)時(shí)顯示設(shè)備所處的管理層級(jí)位置、設(shè)備的開(kāi)關(guān)機(jī)狀態(tài)、電流、運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)、運(yùn)行時(shí)間統(tǒng)計(jì)趨勢(shì)、利用率統(tǒng)計(jì)趨勢(shì)等。所有的數(shù)據(jù)為設(shè)備利用率、能耗和可靠性提供定量依據(jù)，呈現(xiàn)各分廠各產(chǎn)線所有設(shè)備的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，最終實(shí)現(xiàn)故障早發(fā)現(xiàn)、早維修。

4.3 統(tǒng)計(jì)分析

統(tǒng)計(jì)分析分為關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)(key performance indicators,KPI)和報(bào)表分析。通過(guò)對(duì)設(shè)備在不同時(shí)間間隔內(nèi)的利用率統(tǒng)計(jì)、運(yùn)行時(shí)間趨勢(shì)統(tǒng)計(jì)、利用率排名統(tǒng)計(jì)、利用率同比與環(huán)比統(tǒng)計(jì)，以及不同設(shè)備同一維度的KPI對(duì)比，以曲線、報(bào)表的方式全方位清晰、直觀地呈現(xiàn)設(shè)備的歷史運(yùn)行情況。這樣便于分析設(shè)備在不同時(shí)間段以及不同設(shè)備在同一時(shí)間段的狀態(tài)，達(dá)到提升設(shè)備利用率、增加產(chǎn)能的目標(biāo)。

4.4 設(shè)備管理

設(shè)備管理是圍繞設(shè)備的全生命周期跟蹤管理，幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)設(shè)備的全面信息化管理，降低設(shè)備故障率，保持設(shè)備穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)企業(yè)資產(chǎn)效益的全面提升。此模塊呈現(xiàn)所有設(shè)備的基本信息，并且實(shí)現(xiàn)增、刪、改、查等功能，對(duì)設(shè)備的屬性參數(shù)進(jìn)行管理，形成設(shè)備臺(tái)賬，便于查詢?cè)O(shè)備各項(xiàng)資料。

4.5 系統(tǒng)管理

系統(tǒng)管理主要分為用戶管理和權(quán)限管理，多個(gè)分公司/分廠/車間等之間的數(shù)據(jù)獨(dú)立，集團(tuán)公司可管理所有數(shù)據(jù)；功能權(quán)限和數(shù)據(jù)權(quán)限獨(dú)立設(shè)置；子公司內(nèi)部可按部門(mén)、負(fù)責(zé)人再劃分?jǐn)?shù)據(jù)權(quán)限。

4.6 維修管理

維修管理主要圍繞維修/檢修對(duì)設(shè)備進(jìn)行管理，記錄各分廠各產(chǎn)線設(shè)備的維修狀況、上次維修時(shí)間、本次故障原因以及設(shè)備的運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)等基本信息，并按照設(shè)備類型對(duì)于故障頻率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。這樣便于檢修人員分析設(shè)備早期故障，縮短設(shè)備停工檢修時(shí)間，提高其利用率，最終為企業(yè)帶來(lái)利益增長(zhǎng)。

4.7 報(bào)警管理

報(bào)警管理主要圍繞設(shè)備故障報(bào)警進(jìn)行管理。當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障報(bào)警時(shí)，報(bào)警信息將會(huì)在平臺(tái)系統(tǒng)顯示，并通過(guò)短信形式通知相應(yīng)設(shè)備負(fù)責(zé)人，大大縮短了設(shè)備停機(jī)檢修時(shí)間，提升設(shè)備利用率，同時(shí)為企業(yè)帶來(lái)利益增長(zhǎng)。

5 結(jié)論

本文立足于某儀表制造企業(yè)，分析其設(shè)備利用率管理現(xiàn)狀，針對(duì)目前生產(chǎn)設(shè)備利用率低、運(yùn)營(yíng)成本高、出現(xiàn)故障不能第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)并處理、維修/檢修時(shí)間周期長(zhǎng)等一系列問(wèn)題，設(shè)計(jì)了設(shè)備智能管理服務(wù)平臺(tái)系統(tǒng)。該平臺(tái)系統(tǒng)有效地監(jiān)測(cè)了設(shè)備利用率，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控可視化。通過(guò)平臺(tái)系統(tǒng)報(bào)警管理等功能模塊，大大地縮短了故障停機(jī)時(shí)間與檢維修時(shí)間，提高了設(shè)備的利用率，最終為公司帶來(lái)利益增長(zhǎng)。