離散制造的機加工工藝屬于設(shè)備密集型工藝類型，設(shè)備的穩(wěn)定可用是保證產(chǎn)能的關(guān)鍵因素。但離散制造企業(yè)普遍具有多品種、小批量的特點，造成生產(chǎn)節(jié)奏不穩(wěn)定，容易對設(shè)備維保任務執(zhí)行的及時性、規(guī)范性產(chǎn)生影響，造成設(shè)備故障等突發(fā)因素，進而進一步影響后續(xù)生產(chǎn)任務的安排。為解決上述問題，本文提出基于智能制造運營管理系統(tǒng)iMOM 實現(xiàn)面向離散制造機加工車間的設(shè)備維保管理解決方案，使得設(shè)備維保管理與車間生產(chǎn)管理緊密集成，既支持設(shè)備維保任務規(guī)范執(zhí)行， 又確保設(shè)備維修保養(yǎng)與生產(chǎn)任務安排產(chǎn)生有效互動，保證車間生產(chǎn)的順暢性。

引言

生產(chǎn)設(shè)備是企業(yè)生產(chǎn)順利進行的重要保障，是企業(yè)資產(chǎn)的重要組成部分，是決定企業(yè)生產(chǎn)效率和質(zhì)量的關(guān)鍵因素。在設(shè)備密集型的離散制造企業(yè)，隨著企業(yè)生產(chǎn)訂單和品種增多、生產(chǎn)組織變得更為復雜，生產(chǎn)管理的不確定性越來越凸顯。設(shè)備的健康狀態(tài)，成為生產(chǎn)計劃排產(chǎn)和現(xiàn)場作業(yè)波動的一個重要因素。

機加工工藝是離散制造業(yè)常見的工藝類型，計劃排產(chǎn)較為復雜和困難。對于典型的機加工車間，設(shè)備的產(chǎn)能決定整個車間的產(chǎn)能。因此，機加工車間生產(chǎn)效率的提升通常從2 個方面著手，一是提升計劃排產(chǎn)的合理性和可執(zhí)行性，二是保證設(shè)備的穩(wěn)定可靠運轉(zhuǎn)。這2 個方面都與設(shè)備運維及設(shè)備管理有著緊密的關(guān)系。

如今市場經(jīng)濟快速發(fā)展，科學技術(shù)不斷進步，離散制造業(yè)的智能化也不斷升級，設(shè)備維保管理既要滿足流程化、自動化、智能化的要求，又要滿足生產(chǎn)管理靈活性的需求， 為計劃排產(chǎn)和現(xiàn)場作業(yè)實時提供生產(chǎn)能力信息。

問題分析

離散制造的產(chǎn)品多為多品種小批量，生產(chǎn)組織復雜， 計劃排產(chǎn)困難，需要綜合考慮人機料各種因素。另外， 臨時插單多，多數(shù)訂單具有定制化特點，車間質(zhì)量、工藝等異常多，造成生產(chǎn)節(jié)奏不穩(wěn)定，進而影響設(shè)備維保執(zhí)行的及時性、規(guī)范性，造成設(shè)備的突發(fā)故障較多。若設(shè)備的可用、維修和保全等狀態(tài)不能實時傳遞給生產(chǎn)管理人員，會影響計劃的可執(zhí)行性，進一步造成車間生產(chǎn)的臨時調(diào)整，加劇車間生產(chǎn)的無序性?？偟膩碚f，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

2.1 設(shè)備維保管理未與生產(chǎn)管理有效集成，設(shè)備異常狀態(tài)易影響計劃排產(chǎn)的可執(zhí)行性

離散制造機加工車間，設(shè)備數(shù)量眾多，種類繁多， 采用獨立的設(shè)備管理系統(tǒng)無法實現(xiàn)與生產(chǎn)管理系統(tǒng)有效的集成與信息交互。企業(yè)在進行生產(chǎn)計劃排產(chǎn)時，無法實時獲取設(shè)備的狀態(tài)信息，導致生產(chǎn)計劃的可落地性差， 加劇了生產(chǎn)管理的不確定性。

2.2 設(shè)備保全計劃執(zhí)行的規(guī)范性難以保證

設(shè)備保全計劃靠紙質(zhì)管理的情況下，缺少確保是否按計劃執(zhí)行的有效管控手段。保全計劃執(zhí)行條件較差， 靠表格勾畫記錄檢查結(jié)果，檢查過程不規(guī)范，漏檢、重檢經(jīng)常發(fā)生；不同類型設(shè)備的保全結(jié)果很難實時共享和查詢。在使用獨立的設(shè)備維保系統(tǒng)的情況下，設(shè)備保全周期不同，手工制定的保全計劃，很難如期安排保養(yǎng)， 容易遺漏和逾期，特別是當生產(chǎn)任務與設(shè)備保全任務的時間沖突時，容易出現(xiàn)設(shè)備連續(xù)投入生產(chǎn)而忽略按時保全的情況，埋下故障隱患，導致設(shè)備故障增多，進而加劇了生產(chǎn)節(jié)奏的不穩(wěn)定。

2.3 設(shè)備數(shù)據(jù)統(tǒng)計困難，很難形成知識庫

與設(shè)備相關(guān)的數(shù)據(jù)采集，如每臺設(shè)備的運行情況、維修次數(shù)、保全周期和頻率等，靠紙質(zhì)管理或者采用獨立的設(shè)備維保系統(tǒng)的情況下，設(shè)備維護保養(yǎng)履歷與生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)分布零散，造成數(shù)據(jù)統(tǒng)計困難，歷史數(shù)據(jù)的記錄和存儲無法進行追溯和跟蹤，數(shù)據(jù)處理和分析需要人工進行匯總分析，很難為企業(yè)的生產(chǎn)實績及設(shè)備維保的持續(xù)改進提供綜合數(shù)據(jù)支撐。

系統(tǒng)設(shè)計

針對離散制造機加工車間設(shè)備維保的以上問題，本文以國機智能技術(shù)研究院自主研發(fā)的智能制造運營管理平臺iMOM 為框架，對設(shè)備維保管理的相關(guān)功能進行設(shè)計和實現(xiàn)，構(gòu)造設(shè)備維保管理與生產(chǎn)管理緊密結(jié)合，建立透明的現(xiàn)場設(shè)備維保管理體系，為生產(chǎn)管理的有效性、靈活性提供有效的流程和數(shù)據(jù)支撐。

基于上述需求，構(gòu)建設(shè)備維保管理解決方案整體運行模型，設(shè)備維保系統(tǒng)由設(shè)備臺賬管理、設(shè)備保全管理、設(shè)備維修管理、備品備件管理和設(shè)備KPI 管理5 大模塊組成。

上述解決方案中，設(shè)備臺賬管理模塊作為核心模塊， 匯總設(shè)備的所有信息，并將相應的信息反饋到iMOM 的計劃排產(chǎn)模塊中，實現(xiàn)設(shè)備維保管理與生產(chǎn)管理緊密結(jié)合，增加生產(chǎn)管理的靈活性，減少車間現(xiàn)場的不確定性。設(shè)備維保管理解決方案總體流圖如圖1 所示。

圖1 設(shè)備維保管理解決方案總體流圖

設(shè)備維保管理與生產(chǎn)管理的緊密結(jié)合，主要體現(xiàn)在以下2 個方面：

1）設(shè)備保全管理模塊增加松弛時間和延遲提醒，保障保全計劃的順利執(zhí)行。在設(shè)備保全管理模塊中，設(shè)備維保人員可根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，定義保全計劃的松弛時間和延遲提醒，當設(shè)備保全計劃與生產(chǎn)任務沖突時， 一方面，設(shè)備可進行優(yōu)先級更高的生產(chǎn)任務，確保保全計劃在松弛時間內(nèi)完成即可；另一方面，系統(tǒng)會向相關(guān)人發(fā)送延遲執(zhí)行的保全計劃，提醒相關(guān)人在生產(chǎn)任務結(jié)束后及時進行設(shè)備保全，確保在最小程度打斷生產(chǎn)任務的情況下，保全計劃能被有效執(zhí)行。

2）設(shè)備維修管理模塊增加與計劃排產(chǎn)模塊和現(xiàn)場作業(yè)模塊的信息交互。設(shè)備維修管理模塊的流程圖如圖2 所示，當設(shè)備發(fā)生故障時，系統(tǒng)會向計劃排產(chǎn)模塊發(fā)出預警，計劃排產(chǎn)模塊接收到預警信息后，將凍結(jié)指派到該設(shè)備下的工序計劃和作業(yè)任務，并在后續(xù)的計劃排產(chǎn)中，不再將工序計劃指派到該設(shè)備上；當設(shè)備故障解除后， 計劃排產(chǎn)模塊解除預警，解凍該設(shè)備的工序計劃和作業(yè)任務，從設(shè)備維度保證生產(chǎn)的順暢。

圖2 設(shè)備維修管理模塊流程圖

當車間現(xiàn)場的設(shè)備發(fā)生故障時，可從iMOM 的現(xiàn)場作業(yè)工作臺觸發(fā)設(shè)備報修，系統(tǒng)自動暫?，F(xiàn)場作業(yè)任務， 進入故障報修流程，待設(shè)備故障解除后，車間現(xiàn)場繼續(xù)作業(yè)任務。從而減少了車間現(xiàn)場的報修流程，縮短了因設(shè)備故障導致的停機時間。

功能實現(xiàn)

針對上述系統(tǒng)的設(shè)計方案，對設(shè)備維保管理模塊5 大功能實現(xiàn)如下。

4.1 設(shè)備臺賬管理

設(shè)備臺賬管理模塊匯集了設(shè)備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、設(shè)備保全記錄、設(shè)備故障維修和備品備件等模塊的信息，幫助企業(yè)建立完備的設(shè)備電子檔案。在本解決方案中，設(shè)備分為設(shè)備類、設(shè)備和單機設(shè)備3 個層級，各個層級的顆粒度根據(jù)企業(yè)對設(shè)備管理的規(guī)范性進行劃分。單機設(shè)備主要包含3 類信息，如圖3 所示。

設(shè)備基礎(chǔ)信息，如設(shè)備編碼、設(shè)備名稱、設(shè)備規(guī)格、設(shè)備型號、設(shè)備類、設(shè)備ABC 分類、標準裝備標識、特種設(shè)備標識、供應商、單機設(shè)備數(shù)量、設(shè)備原值、凈值和折舊年限等屬性；設(shè)備附件信息，可提供設(shè)備圖片、文檔及附件的上傳和預覽查看功能；設(shè)備履歷信息，能夠根據(jù)設(shè)備唯一編碼，檢索到該設(shè)備歷史運行維護情況， 匯集設(shè)備維修記錄，支持按照不同的故障、原因形成設(shè)備維修經(jīng)驗庫。

圖3 單機設(shè)備信息

完整的設(shè)備臺賬，讓設(shè)備檔案信息一目了然，輸入設(shè)備唯一編碼，即可檢索出設(shè)備的資產(chǎn)信息、附件信息和履歷信息。另外，設(shè)備臺賬信息，跟生產(chǎn)管理緊密相連，計劃排產(chǎn)時，“故障”“保全”“停機”狀態(tài)的設(shè)備， 將無法進行生產(chǎn)任務的指派，從而在設(shè)備層面保障生產(chǎn)計劃的順利執(zhí)行，從源頭消除設(shè)備因素為生產(chǎn)管理帶來的不確定性。

4.2 設(shè)備保全管理

設(shè)備保全管理模塊，據(jù)保全責任方的不同，分為由操作工進行的自主保全和由專業(yè)的維修人員進行計劃保全。

設(shè)備管理人員根據(jù)設(shè)備類型，提前定義設(shè)備的保全類型、保全日歷、松弛時間和保全方法，包括維護易損件的更換等項目。保全規(guī)則制定完成后，系統(tǒng)可針對不同的設(shè)備，根據(jù)保全日歷自動批量創(chuàng)建保全任務給指定人員，對于臨時發(fā)起的保全任務可手動創(chuàng)建。

保全人員可在現(xiàn)場終端執(zhí)行保全任務，觸發(fā)設(shè)備狀態(tài)變更為“保全”，同時記錄保全任務的操作人、點檢、潤滑和備件更換等操作記錄。在點檢時發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障， 還可一鍵創(chuàng)建報修單，并通過站內(nèi)信和短信方式發(fā)送給相關(guān)維修人員，縮短設(shè)備等待時間。

為滿足生產(chǎn)靈活性要求，對于需要緊急保全的情況， 可手動制定保全任務；還可提前設(shè)定保全計劃的松弛時間，允許在松弛時間內(nèi)完成保全任務，對于延遲的保全任務，系統(tǒng)會通過站內(nèi)信和短信給相關(guān)人，提醒按時完成保全任務，在一定程度上增加了保全任務的柔性，解決了設(shè)備生產(chǎn)任務和保全任務在時間方面的沖突。

流程化的設(shè)備保全機制，避免了設(shè)備保全的不規(guī)范、不及時和漏檢的情況發(fā)生，讓設(shè)備處于健康的保全 狀態(tài)。

4.3 設(shè)備維修管理

在執(zhí)行保全任務或現(xiàn)場作業(yè)時，設(shè)備發(fā)生故障，可通過工人執(zhí)行生產(chǎn)任務的現(xiàn)場作業(yè)工作臺一鍵創(chuàng)建故障報修單，記錄設(shè)備名稱、故障現(xiàn)象和故障位置等信息。

報修單創(chuàng)建后，系統(tǒng)自動發(fā)送站內(nèi)信和短信給設(shè)備維修人員，設(shè)備維修人員對報修單進行確認，系統(tǒng)自動觸發(fā)設(shè)備的狀態(tài)由“正?！弊兏鼮椤肮收稀?，同時對計劃排產(chǎn)模塊進行預警，計劃排產(chǎn)將凍結(jié)該設(shè)備的工序計劃和作業(yè)任務。維修人員將創(chuàng)建維修任務，下發(fā)給具體的維修工人。維修工人在執(zhí)行設(shè)備維修的過程中，對故障原因分析及對策、維修結(jié)果、備件更換信息和維修人員工時明細等信息進行記錄和反饋，最終生成單機設(shè)備的維修記錄。維修結(jié)束后，系統(tǒng)通過站內(nèi)信或短信通知相關(guān)人員對維修結(jié)果進行審核確認，并對其維修工作進行驗收。

若驗收時發(fā)現(xiàn)故障尚未解決，則重新進行維修；若設(shè)備恢復正常，完成驗收，同時設(shè)備狀態(tài)自動由“故障” 變更為“正常”，同時解除計劃排產(chǎn)模塊的預警。

上述流程操作，支持在PC 端和移動端操作。及時維修處理機制，極大縮短了設(shè)備的維修時長，讓設(shè)備發(fā)生故障后能快速投入生產(chǎn)。同時，詳細的維修記錄，可供設(shè)備管理人員進行詳實的故障分析，根據(jù)故障位置和故障原因，及時調(diào)整設(shè)備保全規(guī)則，對常見的故障進行預防， 從而避免設(shè)備處于搶修的狀態(tài)。

4.4 備品備件管理

備品備件管理模塊，包含備品備件的更換、出庫管理和入庫管理。

設(shè)備在執(zhí)行保全任務或維修任務時，若需要進行備品備件更換，系統(tǒng)可發(fā)起備品備件更換流程（可提前定義備品備件更換規(guī)則，或根據(jù)實際情況進行指定備品備件的更換），進而觸發(fā)備品備件的出庫申請流程，執(zhí)行備品備件出庫，記錄備品備件出庫的庫區(qū)、庫位、批次和數(shù)量信息后，執(zhí)行記賬操作，更新庫存賬。

其中備品備件更換記錄會記錄備品備件更換時間， 結(jié)合備品備件設(shè)備最大運行時間和設(shè)備運行累計時間， 可用于備品備件時效性管理，對超出設(shè)備最大運行時間的備品備件，通過系統(tǒng)信息和短信的方式，給相關(guān)人員相應的提示信息，進行設(shè)備故障的預防。

另外，備品備件更換記錄中備品備件成本，可形成當前單機設(shè)備的維修耗材成本。

4.5 設(shè)備KPI 管理

設(shè)備KPI 管理模塊，可根據(jù)設(shè)備運行數(shù)據(jù)進行科學的數(shù)據(jù)分析，隨時隨地輸出多維度的分析報表或圖表， 直觀地發(fā)現(xiàn)問題，及時對異常情況做出反饋，避免由此帶來的浪費，提高設(shè)備管理水平。設(shè)備維保管理解決方案提供的關(guān)鍵業(yè)績指標包括設(shè)備完好率、設(shè)備故障率、設(shè)備可用率、設(shè)備的平均故障間隔期MTBF、設(shè)備綜合效率OEE、設(shè)備平均恢復時間MTTR 和設(shè)備停機時間等。設(shè)備KPI 部分指標如圖4 所示。

圖4 設(shè)備KPI 部分指標

系統(tǒng)支持對設(shè)備KPI 指標的一鍵導出，為企業(yè)分析設(shè)備和制定相關(guān)策略提供完備的數(shù)據(jù)支撐。

結(jié)論

基于iMOM 的離散制造機加工車間設(shè)備維保管理解決方案具有實時性、靈活性和集成性的特點。一方面， 基于iMOM 的設(shè)備維保管理模塊，將設(shè)備維保管理流程化、規(guī)范化的同時，也將設(shè)備的運行狀態(tài)和健康狀態(tài)， 通過數(shù)據(jù)的形式進行實時展現(xiàn)，讓企業(yè)管理者實時了解設(shè)備的各種信息，發(fā)現(xiàn)問題，及時分析和調(diào)整，用數(shù)據(jù)為生產(chǎn)決策提供依據(jù)，保證生產(chǎn)效率；另一方面，將設(shè)備維保管理業(yè)務與企業(yè)生產(chǎn)管理業(yè)務基于iMOM 平臺進行緊密集成，把企業(yè)的設(shè)備狀態(tài)信息及時反饋給生產(chǎn)管理人員，跟企業(yè)的生產(chǎn)管理和車間作業(yè)緊密關(guān)聯(lián)，從設(shè)備維度確保生產(chǎn)計劃及執(zhí)行的順暢性，同時又避免生產(chǎn)一線人員操作MOM 和設(shè)備管理兩套系統(tǒng)的問題。