制造企业生产设备运行维护实时管理系统_设备管理_企业
管理
1 引 言
生产设备是制造企业的重要资源。设备运行维护管理的好坏直接影响车间生产任务的质量和进度，是制约生产的重要因素。而现行制造业中设备的运行维护管理大多数还处在比较落后的阶段，主要体现在：1）以手工方式处理数据，维护费时费力；2）设备状态、能力、负荷等动态信息反馈不及时，且现行管理手段无法向管理人员提供相应的运行维护数据分析、运行提示和报警信息；3）设备的保养、维修等业务缺乏规范化管理。目前，设备管理的功能研究大多集中在比较独立的业务处理上（如设备维修、备件、管理等），没有从整体上对设备管理进行深入研究，并且维护管理与设备日常运行数据缺乏关联，因此很难通过对生产设备运行效能的实时数据采集和关键绩效指标的计算进行科学决策。
笔者结合制造型企业生产设备的应用特点，通过对设备管理业务流程的整合、优化，提出了一个基于“设备综合效率（Overall Equipment Effectiveness，OEE）”和“设备功能区块图”的设备实时监控系统四层结构框架，该框架既适用于独立的设备实时监控系统的开发，也可以应用于生产制造执行系统
（Manufacturing Execution System，MES）中设备管理子系统的设计，不仅可以实现对生产设备状态的实时监控、提高设备运维管理能力，还可以强化其它MES子系统的功能。
2 支持实时监控的设备运行维护管理框架
由于科技的进步，制造设备的功能更为复杂，数量更加庞大，维护人员往往面对繁琐的工作以及应对措施的不确定性，提高了错误发生的可能。对于大型制造企业，运行维护的主要目的是要提高设备可用度，减少设备停机时间（Downtime），使设备尽量处于生产状态中二因此维护响应的实时性以及调度管理的合理性就显得非常重要。因此，对设备进行实时维护管理所应具备的主要功能包括：1）对设备状态的实时反馈；2）对设备制造参数的有效控制；3）对设备停机模式的有效分析；4）维护和修理工作的标准化；5）对设备停机原因的追踪与分析；6）对设备运行效能指标的计算；7）对运行维护历史数据的统计记录；8）对维护工单的有效管理；9）对维护任务的有效安排。
要实现“设备状态的实时反馈”与“设备制造参数的有效控制”，系统就必须具有实时监控功能，而要实现“设备停机模式的有效分析”、“维护和管理工作的标准化”、“设备停机原因的追踪与分析”、“设备运行效能指标的计算”等功能，本研究认为采用基于“设备综合效率（Overall Equipment
Effectiveness，OEE）计算”的方法，将可以达到目标。对于“运行维护历史数据的统计记录”、“维护工单的有效管理”这两个方面，系统应该具备电脑化的数据库维护管理能力。对“维护任务的有效安排”功能，则可以采用基于对维护周期的计算来实现.。为了满足以上要求，笔者提出设备运维实时管理的四层结
构框架，包括设备信息采集层（EIC）、实时监控管理层（RTM）、效能分析层（ECA）和设备调度管理层（ESM），如图1所示。
图1 支持设备运行维护实时管理的四层结构框架
3 设备信息采集层与实时监控管理层
对造成设备停机的原因进行自动检测和准确区分，是设计一个智能化的设备管理系统的关键之一，设备信息采集层的主要作用，是与生产设备的电气系统或者控制系统相连接，自动检测设备的运行数据，包括设备参数（如温度、压力、时间等），停机纪录，故障状态等信息。对于复杂程度较高的设备，造成停机可能有多种因素。例如对于“机器人故障”这一事件类别，可能有“传动系统失效”，“控制程序失效”、“外部安全连锁”等等具体的引起停工的原因，因此需要在基于设备状态信息采集的基础之上，对各种停机原因进行逻辑判断和代码定义，对每个事件类别里的所有停机事件进行设置。
实时监控管理层的主要任务，是在统一的软件平台上实时有效地监控所有生产设备的动态信息，并且实现以下功能：1）及时地提供报警信息给维护人员；2）记录停机设备、停机时间、停机代码、停机恢复时间等信息，以便将来的进一步分析；3）提供各种管理报表，作为管理决策的依据。与普通的自动化监控SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系统不同，用于设备管理的实时监控管理系统不仅要反映现场设备的运行状态，还需要记录设备的维修时间、维护频率、维修人员、操作与环境条件等等。设备的实时化管理与生产活动密切相关，因此实时监控管理层还需要具备与生产调度的信息接口（如计划排产、物料装载数量、周期时间等），以及对设备可用状态的各种设置功能（如
生产交班、清洗、停产等）。
OPC是以OLE/COM机制作为应用程序级的通信标准，适用于工厂设备层的信息交换和共享，OPC标准定义了现场设备与上层计算机间交换自动化实时数据的方法。在实际设计的设备信息采集与实时监控管理子系统中，可以包含以下几个功能模块：底层设备数据采集、通信处理，数据处理，设备SCADA监控等，各模块的关系如图2所示。
图2 制造设备运行参数采集与实时监控
4 基于OEE计算的停机与效能分析
OEE（Overall Equipment Effectiveness），即设备综合效率，是一种用于分析设备使用效能的计算工具，可以表现实际的生产能力相对于理论产能的比率，一般在OEE计算中采用的基础时间是计划内的运转时间作为绩效基准。为了更为精确地统计产能利用率，本文引入非设备因素停机的概念，修改了OEE的算法，采用完全有效生产率TEEP（Total Effective Equipment Perfonnanc）指标，把所有与设备有关和无关的因素都考虑在内来全面反映企业设备效率。
4.1 OEE的概念和计算
一般概念上的OEE指的是设备负荷时间内实际产量与理论产量的比值，其计算方式由三个部分组成，分别是：利用率、表现指标和质量指标
（Availability, Performance and Quality），或者称为时间开动率、性能开动率和合格品率。在实际的日常管理中，OEE主要依靠对设备的预防性维护周期机制实现生产能力改进，如图3所示。