智能點(diǎn)檢終端在離散制造線中的應(yīng)用

潘紅建，周 俊，李潔松

（1.昆明云內(nèi)動(dòng)力股份有限公司，云南昆明 650200；2.昆明理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，云南昆明 650500）

0 引言

隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備趨于大型、自動(dòng)化，高速等方向發(fā)展，生產(chǎn)效率得到飛速的提升，但是設(shè)備也更精密，更復(fù)雜，維護(hù)費(fèi)用的增加以及修理難度大成為了現(xiàn)代企業(yè)設(shè)備的難點(diǎn)。對(duì)于中小企業(yè)，對(duì)設(shè)備的有效管理，使得設(shè)備可以穩(wěn)定、安全的運(yùn)行，成為了一個(gè)重要的研究方向[1]。汽車零部件、家電零部件、以及機(jī)械加工等行業(yè)，作業(yè)線呈離散分布，這類作業(yè)線稱為離散作業(yè)線。離散作業(yè)中因?yàn)椴糠衷O(shè)備停機(jī)不會(huì)直接影響上游作業(yè)，于是庫(kù)存和等待成了現(xiàn)場(chǎng)管理的常態(tài)，再加上多品種交叉加工，以及撤單和插單作業(yè)的影響，使得現(xiàn)場(chǎng)管理極其混亂。為此，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過(guò)信息技術(shù)模擬現(xiàn)實(shí)工廠，進(jìn)而掌握計(jì)劃執(zhí)行動(dòng)態(tài)，并通過(guò)精益和制約法（Theory Of Constraints，TOC）約束生產(chǎn)改善手法，實(shí)施針對(duì)性的改善，以提高交貨期。而在構(gòu)架設(shè)備管理信息化時(shí)，構(gòu)架和流水線基本一致。

傳統(tǒng)的點(diǎn)檢制是指為了維護(hù)設(shè)備所規(guī)定的功能，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，按照規(guī)定的檢查標(biāo)準(zhǔn)，由操作工憑借感覺(jué)和簡(jiǎn)單測(cè)試技術(shù)對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢查[2]。設(shè)備點(diǎn)檢和維護(hù)是設(shè)備預(yù)防性維修的基礎(chǔ)，合理和科學(xué)的設(shè)備點(diǎn)檢與維護(hù)方法，可以提高設(shè)備的使用壽命，提高設(shè)備利用率，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量生產(chǎn)，從而使企業(yè)達(dá)到降低成本的目的[3]。傳統(tǒng)的點(diǎn)檢方式存在3 個(gè)問(wèn)題：①點(diǎn)檢異常問(wèn)題反饋慢；②點(diǎn)檢內(nèi)容不能真實(shí)反饋；③對(duì)點(diǎn)檢人員缺乏監(jiān)督。這些問(wèn)題都說(shuō)明了合理和科學(xué)的設(shè)備點(diǎn)檢與維護(hù)方法的重要性。

針對(duì)這些問(wèn)題，黃廣[4]提出了崗位點(diǎn)檢與專業(yè)點(diǎn)檢相結(jié)合的方法，讓專業(yè)人員的知識(shí)技術(shù)與崗位人員的經(jīng)驗(yàn)技術(shù)相結(jié)合，獲得更可靠的點(diǎn)檢結(jié)果。薛晗光[5]等人針對(duì)點(diǎn)檢儀功能單一、價(jià)格昂貴、維修費(fèi)用高等問(wèn)題，使用智能手機(jī)代替專業(yè)點(diǎn)建議，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)檢管理工作，降低了設(shè)備成本。楊得清[6]運(yùn)用診斷技術(shù)、特殊儀器、工具或特殊方法測(cè)定設(shè)備的振動(dòng)、溫度、裂紋、絕緣、溫升、變形等物理量，并將測(cè)得的數(shù)據(jù)對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析、比較，判定，從而定量地確定設(shè)備的技術(shù)狀況和劣化程度。葉進(jìn)軍[7]等通過(guò)實(shí)施適于電力企業(yè)生產(chǎn)的設(shè)備點(diǎn)檢定修、劣化控制和傾向性管理等措施，及時(shí)掌控設(shè)備技術(shù)狀況，走出一條管理與質(zhì)量并舉的設(shè)備管理創(chuàng)新之路，實(shí)現(xiàn)了有效控制設(shè)備故障和降本增效的目的。目前智能點(diǎn)檢技術(shù)已經(jīng)廣泛運(yùn)用于石化企業(yè)設(shè)備管理[8]、煤礦設(shè)備管理[9]、大型養(yǎng)路機(jī)械管理[10]等方面。

本文針對(duì)云南云內(nèi)動(dòng)力集團(tuán)有限公司（以下簡(jiǎn)稱“云內(nèi)動(dòng)力”）生產(chǎn)設(shè)備巡檢對(duì)象設(shè)備的類型各異、測(cè)點(diǎn)各異、故障各異等問(wèn)題，基于智能終端的設(shè)備點(diǎn)巡檢系統(tǒng)，利用智能終端的便利性，面向Android 系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的點(diǎn)檢巡檢應(yīng)用程序（APP），并且系統(tǒng)需要按照云內(nèi)動(dòng)力各部門的需求定制專有的功能并集成到運(yùn)維系統(tǒng)。有效防止設(shè)備的過(guò)度維修或欠維修，降低設(shè)備的維修成本，減少設(shè)備的故障發(fā)生率，解決備品備件問(wèn)題，提高設(shè)備的作業(yè)率，向“零缺陷，零故障，零廢品，零浪費(fèi)”的終極目標(biāo)挑戰(zhàn)。

1 設(shè)備點(diǎn)巡檢管理框架

基于云內(nèi)動(dòng)力的點(diǎn)檢需求和智能點(diǎn)檢平臺(tái)，定制點(diǎn)檢管理實(shí)施框架（圖1）。

圖1 點(diǎn)巡檢管理框架

該框架分4 步建設(shè)，首先建立健全設(shè)備點(diǎn)巡檢制度和點(diǎn)巡檢標(biāo)準(zhǔn)。其次需要智能設(shè)備點(diǎn)巡檢手段先進(jìn)（除人的感官外，使用先進(jìn)的工具和儀器），制度落實(shí)，程序規(guī)范。最后實(shí)現(xiàn)點(diǎn)巡檢設(shè)備（數(shù)量）的覆蓋面廣，點(diǎn)巡檢內(nèi)容齊全的功能，從而達(dá)到點(diǎn)巡檢數(shù)據(jù)真實(shí)、判斷有效，對(duì)設(shè)備運(yùn)維管理發(fā)揮重要作用的功能。其中智能設(shè)備點(diǎn)巡檢系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)是點(diǎn)巡檢管理的關(guān)鍵技術(shù)。

2 智能設(shè)備點(diǎn)巡檢系統(tǒng)

點(diǎn)巡檢設(shè)備管理拓?fù)鋱D如圖2 所示。其中智能設(shè)備點(diǎn)檢系統(tǒng)通過(guò)手機(jī)APP 構(gòu)架，滿足上述需求并完成巡檢終端與運(yùn)維系統(tǒng)的任務(wù)和數(shù)據(jù)交互。具備點(diǎn)檢、巡檢管理模塊，為設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)工作提供設(shè)備點(diǎn)巡檢信息的錄入、巡檢數(shù)據(jù)回收、設(shè)備狀態(tài)報(bào)警等功能。系統(tǒng)使用Node.js、Angularjs、HTML5 Hybrid Mobile App Framework 混合開(kāi)發(fā)，運(yùn)行平臺(tái)為Anroid5.0+，數(shù)據(jù)連接支持WiFi、WLAN IEEE 802.11a/b/g，系統(tǒng)主要功能包括：①點(diǎn)檢、巡檢管理功能：為設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)工作提供設(shè)備點(diǎn)、巡檢信息的錄入、巡檢數(shù)據(jù)回收、設(shè)備狀態(tài)報(bào)警等功能；②檢修管理功能：根據(jù)設(shè)備的實(shí)際狀況制定檢修管理制度，實(shí)現(xiàn)檢修計(jì)劃管理、檢修任務(wù)管理、維修檔案管理；③工作臺(tái)功能：能把運(yùn)維中各個(gè)流程中需要當(dāng)前登錄人處理的數(shù)據(jù)量列表，并提供了跳轉(zhuǎn)連接處理；④點(diǎn)巡檢數(shù)據(jù)接口功能：包括點(diǎn)巡檢計(jì)劃下發(fā)、數(shù)據(jù)回收、數(shù)據(jù)檢索、設(shè)備狀態(tài)檢索等，需兼容云內(nèi)動(dòng)力乘柴事業(yè)部現(xiàn)場(chǎng)有線及無(wú)線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸。該APP 登錄后的主界面如圖3 所示。

圖2 點(diǎn)巡檢設(shè)備管理拓?fù)鋱D

圖3 基于智能終端的設(shè)備點(diǎn)巡檢系統(tǒng)主界面

主界面將信息分為了5 個(gè)模塊，1 為當(dāng)前系統(tǒng)當(dāng)前時(shí)刻的一個(gè)各類報(bào)警的狀況，點(diǎn)擊對(duì)應(yīng)報(bào)警類型，可以查看具體報(bào)警信息。2 為當(dāng)前系統(tǒng)其他功能，公告為當(dāng)前系統(tǒng)中的一些公告信息，點(diǎn)檢即跳轉(zhuǎn)到點(diǎn)檢模塊，數(shù)據(jù)中心用于查詢各種數(shù)據(jù)，包括：巡檢數(shù)據(jù)查詢（用于查詢點(diǎn)檢歷史數(shù)據(jù)）；報(bào)警查詢（用于查詢歷史報(bào)警數(shù)據(jù)）；違規(guī)查詢（用于查詢點(diǎn)檢過(guò)程中的違規(guī)行為）；電子標(biāo)簽觸碰查詢（用于查詢電子標(biāo)簽是否觸碰）；臨時(shí)數(shù)據(jù)查詢（用于查詢臨時(shí)數(shù)據(jù)）。3 是一個(gè)針對(duì)數(shù)據(jù)的餅圖展示，用于直觀展示各種類型報(bào)警所占的比重。4 展示的是當(dāng)前系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)出來(lái)的點(diǎn)檢到位率，可以查看點(diǎn)檢執(zhí)行情況。5 為系統(tǒng)的主要模塊展示。該APP 系統(tǒng)其他部分功能如圖4、圖5 所示。

圖4 個(gè)人點(diǎn)檢任務(wù)管理界面

圖5 設(shè)備故障管理導(dǎo)航

3 點(diǎn)巡檢數(shù)據(jù)分析

在云內(nèi)動(dòng)力乘柴車間分別選擇德國(guó)NBH170 臥式加工中心和東昱CMV-1100A 臥式加工中心兩臺(tái)設(shè)備進(jìn)行了一次點(diǎn)巡檢系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集，并對(duì)采集的數(shù)據(jù)使用譜峭度域包絡(luò)譜進(jìn)行分析，初步分析結(jié)果如下。

3.1 德國(guó)NBH170 臥式加工中心數(shù)據(jù)分析

首先對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行譜峭度分析，得到最佳解包絡(luò)頻帶，譜峭度結(jié)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(jié)果得到數(shù)據(jù)的包絡(luò)譜（圖7）。

圖6 德國(guó)NBH170 臥加譜峭度（2400 r/min）

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

圖7 德國(guó)NBH170 臥加包絡(luò)譜

3.2 東昱CMV-1100A 臥式加工中心數(shù)據(jù)分析

對(duì)于東昱CMV-1100A 臥式加工中心數(shù)據(jù)采用對(duì)德國(guó)NBH170 臥式加工中心數(shù)據(jù)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(zhuǎn)速1200 r/min時(shí)存在較為顯著的492.8 Hz 成分，將轉(zhuǎn)速提升2 倍，在圖9b）的1480 Hz 處有較顯著峰值，兩頻率基本對(duì)應(yīng)，雖主軸部件特征頻率未知，準(zhǔn)確判斷需進(jìn)一步分析，滾動(dòng)軸承開(kāi)始性能劣化，加強(qiáng)進(jìn)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(luò)譜

4 結(jié)論

本文針對(duì)昆明云內(nèi)動(dòng)力股份有限公司生產(chǎn)線制定了一套設(shè)備點(diǎn)巡檢管理框架，并基于Android 和IOS 的點(diǎn)巡檢系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)了一套智能點(diǎn)巡檢系統(tǒng)（Smart Terminal Patrol System based on Internet of Things，STPS），具備點(diǎn)檢、巡檢管理、檢修管理、工作臺(tái)、點(diǎn)巡檢數(shù)據(jù)接口等功能。通過(guò)該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)企業(yè)無(wú)紙化點(diǎn)檢、智能化點(diǎn)檢，提高設(shè)備點(diǎn)檢效率，降低設(shè)備維護(hù)成本，避免設(shè)備突發(fā)性事故，確保設(shè)備安全可靠，最后通過(guò)數(shù)據(jù)的分析，進(jìn)一步說(shuō)明系統(tǒng)的可行性與可靠性。