浅议建设数字化企业时设备管理如何实现数字化

2022-02-10刘博

中国设备工程 2022年2期

刘博

（英国东安格利亚大学-诺维奇商学院）

我国在“十三五”发展规划纲要中，推出了“中国制造2025”、“互联网+”和实现工业化和信息化的深度融合等一系列国家战略举措，并配套制订了《国家智能制造标准体系建设指南》等指导性文件。同时，多个世界发达国家也从国家方面提出了类似的战略规划。在这种大环境下，建成数字化企业已经成为企业的战略目标。

1 设备管理的数字化是建成数字化企业的重要工作

产品是通过设备加工出来的。从整个生产过程看，给设备输入材料、能源和人员，就会输出产量、质量、交货期、成本、安全、环保、工作情绪等。设备凝聚着人类社会最高的科学技术，具有自动化、集成化、精密化、高速化、智能化、柔性化等特点，企业科研生产的顺利进行，越来越依赖设备能否正常运行。在GB/T37393《数字化车间通用技术要求》就有设备管理的专门规定。所以，实现设备管理数字化是建成数字化企业的重要工作。

2 遵循设备综合管理的理念，因地制宜地开展设备管理数字化建设

企业花费巨资开展数字化建设是为了获得更好的经营效益。按照设备综合管理的理念开展设备管理数字化建设，有利于实现设备寿命周期费用LCC最佳，符合企业的初衷。

注：设备综合管理，即根据企事业的生产目标，通过采取技术、经济、组织措施，从设备规划选型、购置、安装验收、使用、维护、修理改造、更新、报废的全过程进行综合管理，追求设备寿命周期费用最佳。它是我国在80年代，在前苏联的计划预修体制基础上，吸收生产维修工程（Maintenance Engineering）、设备综合工程学（Terotechnology）、后勤工程（Logistics Engineering）和日本全员生产维修TPM等内容，提出的一种设备管理理念。

建设数字化企业不能一蹴而就，开展设备管理数字化建设应因地制宜。因为企业数字化建设不是在“一张白纸”上实施，需避免对现有生产的影响，多采取 “全员参与、小步快跑、先局部再全面”的策略。多从生产计划、工艺、财务、物资等领域先开展数字化建设，但这样也造成了企业内多个数字管理系统共存的情况，例如，在生产计划领域就有MES制造执行系统、DCS分布式控制系统和MDC数据管理系统等。在这些不同的管理系统中散布着各种设备的信息，如设备的状态（工作、空闲、故障维修）、实时技术参数和累计远转台时等。

2.1 建设全覆盖的设备管理数字化系统的方式

数字化的设备管理系统应既涵盖设备一生的工作流程，又能监控采集设备的实时信息。

首先，企业遵循设备综合管理的理念，围绕追求设备寿命周期费用LCC最佳，统筹规划，由设备部门发挥专业优势“牵针引线”，组织确定企业各部门在设备的“选型、购置、安装调试验收、使用维护、修理改造、事故处理和报废等”一生环节的职责、业务流程和工作标准，以及应采集设备信息的名单和考核指标等。并且实现日常管理信息化（无纸化）。其次，企业实施其他数字系统如涉及设备时，其工作流程应符合既定的设备管理流程，凡在名单内的设备信息均应采集（如下面举例的MDC数据管理系统），并能传输到另一个指定的平台/信息系统。企业将这些采集的设备数据和流程整合开发，形成企业的设备数字管理系统。该系统应具备涵盖设备一生的工作流程、采集设备实时状态信息和统计分析功能等。

2.2 统筹策划，从“源头”抓起

企业应统筹规划，让设备部门尽早参与涉及设备的数字化管理系统调研选型阶段的工作，发挥其专业优势“牵针引线”，遵循设备综合管理的理念，提出有关设备管理的要求。

例如，生产计划部门牵头实施MDC数据管理系统（以下简称系统）项目时，设备部门可围绕设备综合效率OEE中的时间开动率、性能开动率、合格品率和维修费用等提出应采集的有关设备的信息：（1）系统设计原则应遵循国内、国际和相关的行业标准，如《国家智能制造标准体系建设指南》和GB/T37393《数字化车间通用技术要求》等；（2）系统可对车间内数控设备进行联网、监控、采集、数据传输、分析和展示；（3）系统的信息可导出，也可与企业现有的其他管理系统实现数据互通；（4）可进行后续开发。充分考虑建成的系统具有扩展性和互联性，既满足当前可实现的应用要求，又能适应今后系统扩展的需要；（5）系统支持市场主流的多种数控设备控制系统，能够监控设备的实时状态（工作、空闲、故障、维修）、报警信息、联网状态、电压、电流、主轴转速、各轴坐标信息等，并可以一条程序运行过程的形式展示相关数据；（6）联网设备自身配置的数控系统，应具有自身监测和状态故障诊断的功能，并能传输信息；（7）系统可关联或配备设备技术状态劣化（故障）模型和策略的“专家库”，实现设备故障分析及故障预测功能。支持对设备报警信息和故障状态进行记录（包括历史故障查询、故障时间分布、故障概率分布、全部设备故障对照等），实时显示故障设备信息和报警，对采集的数据可以从数据库中导出，并以Excel等结构化格式进行保存；（8）系统具备计算设备综合效率OEE、设备的平均故障间隔期MTTR、平均修理时间MTBF、停机待修时间MWT、单台设备可利用率等指标统计功能。实时获知每台设备当前加工的工件和工件生产数量、工件的实际加工时间。实现设备历史状态展示，可查询出某时间点设备加工的产品，以及某段时间内设备加工的产品；（9）系统具备数据传出和导入功能，采集的数据可实时传输到企业制定的信息系统（平台）；当从财务系统导入维修数据时，系统具备统计维修开支的功能，将每次设备故障和修理所发生的各种费用应关联显示；（10）做到目视化管理要求：可根据车间现场的设备布局情况设计制作布局图，并直观展现现场设备的实时状态。支持以饼图、柱图、统计表格等多种形式计算展示设备开机率、设备故障率和废品率等信息。

2.3 通过数字化建设，实现设备管理精细化

设备管理实现数字化后，管理的策略和方法都有改变和提升，维护修理实现了精益化和透明化，更有利于追求寿命周期费用LCC最佳。

（1）实现状态维修CBM，避免设备“突发”故障。企业通过数字化建设实现了实时、全面和连续采集设备技术状态信息，设备部门可实时掌握设备技术状态和劣化趋势，可及时准确地制订和安排设备的维护修理和更新改造等工作，提高维修效率，减少维修停机时间，避免设备“突发”故障而影响生产。设备日常维护修理工作从以时间为基础的预防维修和事后维修转变为状态维修CBM。

（2）实现设备管理透明化。通过数字管理系统可对设备一生各个环节的工作进行实时查询和展示，便于全方位的监督和考核。

（3）建立和数字系统关联的设备技术状态劣化（故障）模型和策略的专家库，提高故障诊断的准确性和工作效率。设备部门组织设备维修人员维护组、操作者、工艺技术人员和调度人员，甚至借用设备生产厂家的力量，用故障树分析法FTA、故障模式影响与严重性分析法FMECA、“头脑风暴法”和5W2H等科学方法，找出设备每个可能的故障、故障机理、对应的修理技术方案工艺要求、监测项目和数值范围。要求如下：①全面查找确定设备可能发生的故障，尤其是影响产品质量和产量，导致人身安全事故、环境污染的设备事故和故障，以及修理周期长、维修复杂，备件供应困难的设备故障；②查找确定设类备故障的早期征兆，以及能够反映掌握设备技术状态的项目（判断和预测设备故障劣化的发展趋势和严重程度）；③确定监测的设备部位、方法、监测周期、基础数据（正常、预警、故障）等；④确定的监测采集信息项目要定量化。

专家库应是开放性的，可以和企业任何数字管理系统关联；要做到PDCA循环和持续改进，定期检查并补充完善。

2.4 制定更科学的管理目标

实现设备管理数字化后，应制订更科学的管理目标，促使生产计划、车间、工艺和物资供应等部门和设备管理部门齐心合力做好设备管理工作。如采用国际上常用的设备综合效率OEE。其公式如下。

公式显示，如果由于日常维护保养和修理不善会造成设备性能劣化或故障，会导致时间开动率、性能开动率和合格品率下降，体现出对企业生产经营的影响；可指导日常维护修理等工作，以及开展追求设备寿命周期费用LCC最佳的活动。其它指标还有平均故障间隔期MTTR、平均修理时间MTBF、停机待修时间MWT、单台设备可利用率等。

2.5 其他

（1）企业数字化建设是一项长期性工作，涉及企业各方面，包含技术、管理和服务等方面，且数字系统上运行的不少信息涉及企业的核心机密。企业必须建立一个可靠可信、懂技术会管理的部门负责日常管理，如软硬件的日常维护、改造、二次开发和保密等。（2）确定重点设备时，应依据数字管理信息系统获得的设备日常使用频率、承担的产品和工序等真实情况。（3）设备实现数值化实时监控后，维护组和设备部门仍应开展日常现场检查。（4）企业要舍得给设备配备监测传输仪器。有统计数据就显示，钢铁、电力、化工等设备先进、资金密集、连续运转的行业，给设备配套的监测传输仪器的投入一般只占设备初期总费用的1%～5%，与突发故障停机造成的损失比较非常小。（5）企业开展数字化建设要善于“借助外脑”以少走弯路。如多外出调研取经学习，根据自身实际情况慎重挑选数字化的合作伙伴等。