基于物联网的企业设备管理信息系统研究

周跃进，苏新斌，沈舫涛，程 萌，朱金霞

(南京大学工程管理学院，江苏 南京 210093)

设备是企业生产的主要物质基础和必要条件[1]，设备管理是一门将技术、经济、管理等诸因素综合起来对设备进行全面研究的学科，它的研究对象是设备;它的目的是追求设备寿命周期费用最经济及设备综合效能最高;它的任务是采取一系列措施对设备进行综合管理，保持设备完好，利用修理、改造和更新等手段，恢复设备的精度和性能，保证产品的产量、质量以及设备的安全运行，降低消耗和成本，提高企业经济效益。

某大型车辆制造企业因特殊要求开发了定制化的设备管理信息系统，并将其与企业使用的商品化的ERP系统实现了集成，但在使用中遇到了以下问题。当设备发生故障时，操作者填写设备故障信息单，然后将故障信息单提交给车间设备管理人员，由设备管理人员通知维修人员来维修，并将故障信息单上的信息录入到设备管理信息系统中。此时，设备的状态由“完好”变成“在修”。由于设备管理人员工作繁忙无法实时录入设备故障信息单，导致设备管理信息系统中的设备状态信息与实际设备状态信息不一致，设备管理信息系统难以发挥应有的作用。为了解决这一难题，本研究尝试采用物联网技术实现设备故障状态信息的实时采集与更新。

国外许多商品化的设备管理信息系统软件，如SAP系统中的PM(Plant Maintenance)模块结合SAP系统其他模块功能，实现设备全生命周期的管理，能基于设备的资产价值信息做出更加合理的维修决策[2]。国内也有一些商品化的设备管理信息系统软件，如阳光通用设备管理系统(Sunshine EAM)，基本包含了设备管理的全部内容，并能实现工作流控制，此外还有起点科技设备管理软件、维克设备管理系统等。

不少企业根据自己的特殊需求，开发定制化设备管理软件，其优点是完全符合企业的设备管理习惯和要求，缺点是开发周期较长，开发成功后的维护升级需要开发者的帮助。

无论是商品化的设备管理软件还是定制化的设备管理软件，存在的共同问题是难以实时采集设备的故障状态信息，导致设备管理信息系统中的设备状态信息与实际设备状态不一致，难以发挥设备管理信息系统的效能。这个问题不解决，设备管理信息系统就难以真正发挥作用。

1 物联网技术概述

1.1 物联网的基本概念

物联网是通过射频识别(RFID)、无线传感网络(WSN)、全球定位系统(GPRS)、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任意物品的信息与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络[3－4]。

从技术架构上来看，物联网分为3层:感知层、网络层和应用层。感知层由各种传感器以及传感器网关构成，用来识别物体，采集物体的状态信息;网络层由各种私有网络、互联网、有线和无线通信网、网络管理系统等组成，负责传输和处理感知层获取的信息;应用层是物联网和用户的接口，它与行业需求结合，实现物联网的具体智能化应用[5]。

1.2 物联网应用

目前，物联网的应用领域已经涉及到绿色农业、工业监控、公共安全、城市管理、远程医疗、智能家居、智能交通和环境监测等，而且已经有了一些成功应用的案例。

根据物联网技术理念，针对设备故障状态监控问题，可以通过在车间设备上部署传感器网络等物联网感知技术装备，通过人工干预方式实现设备故障状态信息实时采集，并利用应用层的设备管理信息系统进行信息的汇聚、交互、整合、挖掘、应用等，向设备使用单位、设备管理部门、安全监管部门等用户提供信息服务，以信息化手段实现高效、实时的设备管理。

基于物联网技术和理念，在已经开发的设备管理信息系统的基础上，嵌入无线传感网络，当设备发生故障时，由操作者在智能设备报修终端上按下相应的按钮，设备故障状态信息即可通过传感网传送到智能设备管理服务器，再通过企业局域网传送到设备管理信息系统中，设备的状态信息就能被实时更新，从而确保设备状态信息与设备实际状态相一致。

2 基于物联网的设备管理信息系统

2.1 系统网络结构

系统网络结构如图1所示，包括企业局域网(以太网)和无线传感网。无线传感网包括智能设备报修终端和管理服务器。智能设备报修终端具有2.4G无线通讯功能，实现与智能设备管理服务器的实时通讯;在智能设备报修终端上可任意定义一组设备，并对每个设备具有故障申报与修复完成的信息播报功能。管理服务器具有LED显示功能并有RS－232通讯接口，可实现与智能设备报修终端的无线通讯和与以太网的通讯(采用TCP/IP协议);管理服务器记录、处理并存储智能设备报修终端发送的信息，并将信息通过以太网传送到设备管理信息系统中。

图1 设备管理管理信息系统网络结构图

企业局域网上运行多个企业管理信息系统，其中包括设备管理信息系统。这种系统网络结构，方便企业管理信息系统与智能设备报修系统实现松耦合连接。如果企业的某一个车间希望实现智能设备报修，配上智能设备报修终端和管理服务器即可，系统通过识别其ID号，自动识别相对应的设备，其中设备与智能报修终端可以灵活定义。

2.2 系统功能设计

根据企业需求和设备管理实际，设备管理信息系统一般包含以下功能模块:设备资产管理、设备前期管理、设备状态与故障管理、设备维护维修管理、设备备件管理、人员管理、基础数据管理和系统管理，如图2所示。

图2 基于物联网的设备管理信息系统功能结构

2.3 智能设备报修系统

设备管理信息系统实施的难点在于设备故障的自动检测和设备状态的实时更新，最好有一种技术能实时检测到设备故障并及时更新设备管理信息系统数据库，使设备状态信息与设备实际状态相一致。但研究发现，目前很难找到这种全自动化的技术。退而求其次，借助物联网，采用人工干预方式，当操作者识别设备故障时，给传感网发出信息，由传感网自动将该信息传送到设备管理信息系统中，从而实现设备状态的自动实时更新。这在当前的技术条件下，不仅是可行的，而且是最经济、有效的方法。

智能设备报修系统包括无线传感网络和与企业以太网络(互联网)的连接与通讯。无线传感网络负责实现设备故障的自动申报和故障修复后的自动恢复，它由若干个智能呼叫终端组成，每个智能呼叫终端定义若干个设备，智能呼叫终端上对应有设备编号，有“故障”按钮和“修复”按钮，智能呼叫终端采用铝电池供电，放在设备旁。智能呼叫终端被智能设备管理服务器管理，实现自动信息采集和实时通讯。在设备管理信息系统中定义管理服务器ID和智能呼叫终端ID及其所对应的设备，实时记录智能呼叫终端发出的故障申报和修复信息，并将信息通过以太网实时发送到设备管理信息系统中。

设备管理信息系统服务器实时检测是否与智能设备管理服务器建立连接，并通过验证管理服务器的ID(对应到设备所在的车间)检验连接的合法性，当发现掉线时，需要重新建立连接;当接收到管理服务器发来的数据包时，自动进行解析，对于故障申报信息，根据设备编号，将故障申报时间写入“设备故障申报”数据库中，并将设备状态由“完好”变为“在修”;对于故障修复信息，根据设备编号，将设备交付使用时间写入“设备故障维修记录”数据库中，同时将设备状态由“在修”改为“完好”，从而保证了设备的实际状态与设备管理信息系统中的状态相一致。

3 应用效果

该系统已经在南京某大型企业实际使用，除了能够满足企业的设备管理基本业务需求外，还具有以下应用效果。

a.提高了设备管理效率。

在未使用设备管理信息系统前，企业的设备管理部门——资产管理部工作繁重，一方面是各车间的设备故障与维修，需要及时处理，工作像救火;另一方面是日常的设备管理工作，如设备采购、设备维修、备件管理、设备操作者管理等，有大量的文件、表格需要填写、审批与汇总统计。资产管理部的管理人员，加班加点，还是无法按时完成设备管理任务。使用设备管理信息系统之后，大量的文件通过网络传递，不仅节约了纸张，而且极大地提高了工作效率。比如设备的采购申请，过去需要花费1周甚至更长的时间，现在1天内就可以完成。

b.确保设备状态信息的实时性。

企业领导和车间领导每天都很关心设备的状态，需要及时了解有多少设备在运行，有多少设备在维修，以判断生产任务是否能按时完成，并根据此信息来制定车间作业计划。在未使用设备管理信息系统时，企业领导只能通过打电话来了解这一信息，不仅不及时、不同步，而且不准确、不直观。使用设备管理信息系统之后，尤其是采用了传感网之后，设备的状态信息一目了然。只要打开设备管理信息系统的设备状态，系统自动显示当时的所有完好设备和在修设备，并能查看在修设备的修理细节，如开始修理时间、修理次数等。

c.方便统计设备管理绩效数据。

设备管理的绩效是反映企业绩效的重要指标，目前有4个关键设备管理绩效指标:设备故障停机率、设备完好率、平均故障修复时间和平均故障间隔时间。过去用手工方式统计这4个指标时，各车间要花费相当长的时间，资产管理部汇总之后，还要进行繁琐的计算，才能得到统计结果，计算过程中还容易出错。使用设备管理信息系统之后，系统自动、随时统计单台、全车间、全企业的设备管理绩效指标，并自动生成统计报表，极大地体现了信息系统的优势——快捷、方便、高效。

d.方便设备管理实时决策。

由于设备管理信息系统提供了实时的设备状态与故障数据，车间和资产管理部门根据设备管理信息系统提供的信息，可以进行实时的维修保养决策，从而确保了设备完好率的提高;生产管理部门可以根据设备状态信息，及时调整生产计划，确保客户订单的按时完成。

4 结束语

随着物联网技术的发展和成熟，基于物联网的应用已经越来越普及。在工业生产环境中，由于有噪声、振动、灰尘、污染等，对传感网系统有特殊的要求，不仅要求其硬件具有良好的性能和抗干扰能力，而且要求其软件具有更大的柔性和适应性。在人－机交互方式下，还要考虑避免人为出错的情况发生。只有多管齐下才能确保系统安全、可靠地工作。当然，对于经济实力强大的大型工业企业，采用完全自动化的设备状态监测在技术上也是可以实现的。

本研究应用物联网技术，利用人工干预方式解决设备管理中的故障实时申报问题，确保设备管理信息系统中的设备状态与实际设备状态相一致，所需的硬件投入非常低。经过企业实际使用，取得了明显成效。

[1] 张沪军，王巧顺.企业设备管理(上)[M].南京:东南大学出版社，1992.

[2] 靳玉玲.SAP系统PM模块在设备管理中的应用[J].黑龙江科技信息，2012(14):45.

[3] 钟清，阙华坤，陈锐民，等.物联网技术在设备全生命周期管理中的应用[J].计算机工程，2012，38(5):247－250，254.

[4] 郭新鹏，刘丽梅，薛庆，等.基于物联网的特种设备安全管理平台研发[J].工业安全与环保，2012，38(5):70－73.

[5] 杨正洪，周发武.云计算和物联网[M].北京:清华大学出版社，2011.