设备智能管理服务物联网平台系统设计

钱依祎，杨露霞

(重庆川仪软件有限公司，重庆 401121)

0 引言

随着工业生产技术的发展，我国的生产技术水平也随之不断提升。生产设备的正常运行是一个企业利益增长的基础，也是企业运作的基本保障。然而，随着时间的推移，生产设备长时间高强度运转，容易出现设备故障[1]，甚至导致停机，造成其利用率不可控制。设备利用率，是工业总产出对生产设备的比率，是实际发挥生产作用的生产能力。设备利用率是一项重要的指标[2]。重庆某制造企业有若干职能不同的分厂，各个分厂下有不同的生产线与设备，存在分厂多、设备数量大的情况，设备运行状况难以统计。为了更好地提升公司产能，清楚地掌握各产线设备运行状况，设计了设备智能管理服务平台。通过该平台，提供完整详尽的、以数据为支撑的设备运行情况，并且加强设备故障监测，第一时间发现并排除故障，减少维修时间，提升设备利用率，进而提高企业利益以及知名度。

1 企业设备利用率管理现状分析

重庆某制造企业主要产品为流量计、执行器、压力变送器、温度变送器等自动化仪表设备以及控制系统。该企业所生产的设备广泛应用于石油化工、电力、水力、市政及国防等领域。由于产品类别多，产线较为分散，且产品数量大，使得管理困难。该企业在设备利用率管理方面存在以下不足。

①对生产设备的管理较落后。

由于分厂多、产线广的特点，企业无法宏观运维管理，也无法集中查看设备运行状态及数据分析。而企业采取的管理方式为纸质化文档管理，对于突发事件处理、应急调度、维修等不能及时响应，增加停工时间，降低运作效率，同时，维修管理耗时较长，影响产能。维修记录以及点检记录等资料无法快速查阅与分析，随着时间累计，响应与处理速度越来越慢。

②对生产设备的运行数据分析不足。

在生产过程中，各生产设备的运行状态、动态参数等数据无法被有效收集，因此无法对生产过程中的动态数据进行统计分析，从而掌控设备运行时的状况。这样就无法第一时间对生产设备的故障或停机等情况进行处理，导致影响产品生产工期，并且提高了成本。

③对生产设备的维修管理流程落后。

企业生产线中的设备出现故障的维修流程是发现故障、报告设备部、由设备部派相关维修人员到现场进行维修。其流程间隔较长，且维修时间视设备情况而定。

对于以上生产过程中存在的缺陷和不完善，设备智能管理服务平台能进行宏观运维管理，实现对生产设备的运行管理、数据分析以及维修管理，最终达成多维度的监测、预防。

2 设备智能管理服务平台架构

基于物联网的设备智能管理服务平台设计有总览(包含集团总览、分公司总览)、在线监测、统计分析、设备管理、系统管理等功能模块，清晰呈现各分厂、各生产线设备开停机及故障状态[3]，可有效减少设备意外停机时间、提高设备利用率。

根据生产设备运行的具体情况，对设备智能管理服务平台架构设计如下。①数据采集层:可编程逻辑控制器(programmable logic controller，PLC)装置、信号采集装置。②网络传输层。③云服务平台及分析层。④终端监测设备[2]。设备智能管理服务平台系统架构如图1所示。

图1 设备智能管理服务平台系统架构图

①数据采集层。

通过各分厂、各产线上的生产设备所连接的就地仪表，将压力表、温度计等设备的电流、电压、温度、压力直接传输至采集模块，将开关量等相关参数传输至PLC。PLC再将参数汇集到无线采集模块，最后将采集模块中的数据传输至上层云服务器平台进行管理、分析。

②网络传输层。

网络传输层包括数据层、控制层、应用层。①数据层：就地仪表所采集到的设备相关参数，与PLC控制器的通信与数据传输。②控制层:PLC控制器接收生产设备的相关参数，并与无线采集模块通信。③应用层:无线采集模块将汇集的所有数据通过无线网络传输至云服务器平台[4]应用，并连接其他第三方终端设备进行运用。

③云服务器应用平台。

云服务器平台即设备智能管理服务物联网平台，可实现设备连接、统计分析、在线监测、实时数据可视化、设备管理、点检/巡检管理等。

④终端监控设备。

终端监控设备包括通过广域网或局域网连接的第三方设备，如计算机、手机APP、Web大屏显示或其他展示设备等。

3 设备智能管理服务平台架构设计

设备智能管理服务平台系统功能架构如图2所示，主要包含采集层、数据层、服务层和应用层。

图2 设备智能管理服务平台功能架构图

采集层为源数据来源，包括就地仪表、PLC和采集模块。就地仪表监测生产设备的各项参数，将其传输至PLC，原始数据汇集到采集模块中，最终形成采集层。

数据层主要包含数据库和数据采集接口。采集层所采集到的数据通过数据采集接口传输到数据库进行存储及应用，为上层业务提供数据支撑。

服务层包括数据分析服务、预警服务、数据查询服务和运行数据分析服务，生产管理人员与设备维修人员可以通过设备的基本信息和数据分析信息，清晰、直观地了解、监测设备的各项状态，实现故障早发现、早排除，从而提升设备利用率。

应用层指的是设备智能管理服务平台系统[5-7]。其通过下层数据支撑，将生产设备相关数据呈现，并为平台系统用户提供操作界面。

4 设备智能管理服务平台功能模块设计

设备智能管理服务平台主要由以下七大功能模块组成。各模块对各分厂及各产线的设备进行全方位监测及管理，最大程度减少故障停机时间和维修时间，从而提高设备的利用率。

4.1 总览

以集约化管控理念为核心，将工业仪表所监测设备对应的分公司、子公司作为一个对象。对集团或总厂当前上线的公司数量、公司名称、总监测设备数、总监测点数、最高利用率/能耗单位进行统计呈现。以各分公司、子公司为一小单元，统计并呈现设备总数、设备启停数、昨日最高/低利用率、今日运行时长、公司所在地等参数。总览模块包含集团总览和分公司总览。集团总览为集团级的全域管控中心，也是进入各分子公司设备监测详情的访问入口。分公司总览则以精炼的方式显示生产线中杯监测设备当前运行情况和前一日利用率。

4.2 在线监测

在线监测是以监测设备为核心，实时显示设备所处的管理层级位置、设备的开关机状态、电流、运行时长、运行时间统计趋势、利用率统计趋势等。所有的数据为设备利用率、能耗和可靠性提供定量依据，呈现各分厂各产线所有设备的动态数据，最终实现故障早发现、早维修。

4.3 统计分析

统计分析分为关键绩效指标(key performance indicators,KPI)和报表分析。通过对设备在不同时间间隔内的利用率统计、运行时间趋势统计、利用率排名统计、利用率同比与环比统计，以及不同设备同一维度的KPI对比，以曲线、报表的方式全方位清晰、直观地呈现设备的历史运行情况。这样便于分析设备在不同时间段以及不同设备在同一时间段的状态，达到提升设备利用率、增加产能的目标。

4.4 设备管理

设备管理是围绕设备的全生命周期跟踪管理，帮助企业实现设备的全面信息化管理，降低设备故障率，保持设备稳定性，实现企业资产效益的全面提升。此模块呈现所有设备的基本信息，并且实现增、删、改、查等功能，对设备的属性参数进行管理，形成设备台账，便于查询设备各项资料。

4.5 系统管理

系统管理主要分为用户管理和权限管理，多个分公司/分厂/车间等之间的数据独立，集团公司可管理所有数据；功能权限和数据权限独立设置；子公司内部可按部门、负责人再划分数据权限。

4.6 维修管理

维修管理主要围绕维修/检修对设备进行管理，记录各分厂各产线设备的维修状况、上次维修时间、本次故障原因以及设备的运行时长等基本信息，并按照设备类型对于故障频率进行统计。这样便于检修人员分析设备早期故障，缩短设备停工检修时间，提高其利用率，最终为企业带来利益增长。

4.7 报警管理

报警管理主要围绕设备故障报警进行管理。当设备发生故障报警时，报警信息将会在平台系统显示，并通过短信形式通知相应设备负责人，大大缩短了设备停机检修时间，提升设备利用率，同时为企业带来利益增长。

5 结论

本文立足于某仪表制造企业，分析其设备利用率管理现状，针对目前生产设备利用率低、运营成本高、出现故障不能第一时间发现并处理、维修/检修时间周期长等一系列问题，设计了设备智能管理服务平台系统。该平台系统有效地监测了设备利用率，实现了监控可视化。通过平台系统报警管理等功能模块，大大地缩短了故障停机时间与检维修时间，提高了设备的利用率，最终为公司带来利益增长。