面向烟草行业的生产设备管理系统设计

张玮+李飞+王巍

摘要：在分析烟草行业生产特点的基础上，以设备运维为目标，设计生产设备信息采集、处理的方法和流程，建立生产设备信息模型、分析决策模型和设备运维制度，研发出烟草行业的生产设备管理系统。该系统已在国内某烟草企业实施，可以有效降低企业生产成本、设备使用和维修成本，提高企业生产效率和生产管理水平。

关键词：分析决策；信息采集；设备运维

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）10-0023-03

烟草生产设备是烟草企业进行生产经营活动的重要物质基础，对企业的生产效益和生产成本有直接影响。烟草行业生产设备具有种类多、生产设备多、采集信息量大、设备昂贵等特点。

烟草行业为提高企业市场竞争力，不断加强企业的信息化建设。 ERP（Enterprise Resource Planning，企业资源计划）可以有效实现企业管理层的信息化，但对实际生产和车间现场缺乏执行力。MES （manufacturing execution system， 制造执行系统）作为纽带，对上可以有效连接ERP，对下可以无缝对接车间现场，实现生产活动的信息化管理。设备的信息化管理是MES的核心模块之一。

烟草行业的设备管理的信息化主要包括：设备运维管理、设备监控、备件管理、指标分析和数据采集。

为解决烟草行业生产设备管理问题，本系统采用数据采集为基础、设备运维管理为核心的设计方针，该设计可以有效提高生产设备效率，延长设备使用寿命，通过在国内某烟草企业实施，保证了该设计的准确性、实用性。

1 面向烟草行业的生产设备管理系统架构设计

面向烟草行业的生产设备管理系统的设计是以提高企业生产效益、降低生产设备运维成本为目标。系统以可靠性、稳定性、操作便利性和易于实施为设计方针，切合烟草企业实际生产状况，兼顾通用性和个性化定制。

烟草行业是典型的混合流水线加工制造行业，包括制丝生产过程和卷切包生产过程。制丝生产过程是典型的流水线加工过程，卷切包生产过程则是离散型的加工生产过程。因此面向烟草行业的生产设备管理系统除具备传统生产设备管理的基本功能外，还应该满足混合流水生产线对生产设备的要求。

烟草行业的生产设备管理系统以生产设备状态监控，状态信息采集和分析为基础，实现生产设备全生命周期的监控，合理制定生产设备维修计划和备件维修计划。对设备故障、保养信息进行记录和分析，降低设备故障对生产的影响，延长设备和备件使用寿命，提高设备利用率。

为满足上述要求，生产管理系统包括七个功能模块分别是：生产设备状态信息采集、生产设备状态监控、点检管理、生产设备备件管理、生产设备维修管理、生产设备台账管理和生产设备润滑管理。生产管理系统框架如图1所示。

2 关键技术介绍

2.1 生产设备信息采集

生产设备信息采集是指采集生产设备工作和运行的状态数据，实现对设备的监视与控制，并对采集的数据进行分析处理，也可为MES和ERP等其他软件提供数据支持。采集信息包括：生产设备的运行状态，是否空闲、空闲时间、是否加工中、加工时间、正在运行中、故障等信息。采集方式分为在线采集和离线采集。在线采集通过与数控系统、PLC系统的集成[5]，实现对生产设备数据采集部分的自动化执行，避免操作人员的手动操作，这样既保证了数据的实时性，也减少了人工操作产生的失误，保证数据的真实和准确性。离线采集采用移动终端采集设备信息，上传到服务器。

2.2 生产设备检查管理

面向烟草行业的设备检查管理主要包括设备点检、设备巡检。设备点检包括设备日常点检和设备定期检查。设备巡检主要针对车间级巡检和抽检。

通过对烟草行业调研，建立定期检查为主、日常点检为辅的点检制度，完善设备点检流程。如图2所示：

设备检修流程：

1） 制定设备定期点检计划和日常点检计划，建立日常点检项目和专业点检项目。

2） 针对点检过程发现的故障和缺陷信息，添加故障记录。

3） 针对已发现故障，实施精密点检，同时对故障和缺陷进行原因分析。

4） 修订点检计划。

设备巡检是指车间巡检和抽检，针对巡检过程中发现的问题，填写设备检查记录表，制定整改和维修计划。

2.3 完善的设备检修流程

本系统针对烟草行业特点，制定完善的设备检修流程，该流程也适合于其他行业的设备检修。设备检修包括3种方式：依据设备监控结果确定设备检修[3]、定期保养确定设备检修和临时故障确定设备检修。依据设备监控结果确定设备检修方式是由设备管理系统对设备当天或者连续一个周期内设备的运行状态进行分析决策，判断设备是否需要进行检修。定期保养确定设备检修方式是指设备/备件在指定周期内的定期检修。临时故障确定设备检修方式是指设备发生故障或者备件损坏，导致设备无法正常生产。而进行的检修。设备监控结果确定设备检修方式和临时故障确定设备检修方式，需要对检修结果进行评价，重新制定保养计划，直接影响定期保养确定设备检修方式。

设备检修流程如图3所示：

3 设备管理业务模块设计

通过对烟草行业的设备运维管理的组成和特点和烟草行业的设备分布情况进行分析，将面向烟草行业的生产设备管理系统设计为基于状态监测的设备管理系统。整个系统采用SOA（Service-Oriented Architecture，面向服务架构）和组态技术[4]，建立在ISA-95的软件标准上，同时在各个层面支持OPC双向工业标准。

SOA（Service-Oriented Architecture，面向服务架构）是一个组件模型，它将应用程序的不同功能单元（称为服务）通过这些服务之间定义良好的接口和契约联系起来。接口是采用中立的方式进行定义，独立于实现服务的硬件平台、操作系统和编程语言。这使得构建在各种各样的系统中的服务可以使用一种统一和通用的方式进行交互。生产设备管理系统采用SOA技术，提高了系统的灵活性，能很好的使用烟草行业系统结构和生产结构的调整，增强了系统的动态性、可重构性和自适应性。

实时数据采集、生产设备状态监控和生产设备运维通过组态技术进行组合，该方案可以降低生产设备管理系统的研发工作量，降低对开发人员的技术要求，提高开发速度。

整个系统采用B/S模式[2]，该方案可以有效降低生产设备管理系统的实施难度和实施工作量。

设备管理业务模块设计如图4所示。

3.1 设备运维管理

在烟草行业，生产设备运维是整个设备管理系统的核心，与企业的生产效益和生产成本有直接关系。设备运维管理主要体现在三个方面：优化生产设备的预防机制、加强生产设备状态监控和提高设备故障诊断和预警机制。优化生产设备的预防机制可以有效降低生产过程中的设备故障概率。加强生产设备状态监控对生产设备状态实时监控，能有效提高事前发现故障的概率，做到事前处理。提高设备故障诊断和预警机制[1]，通过信息技术的决策分析技术可以实现预测故障，重修设备保养计划。

设备运维管理包括：设备维修管理、设备润滑管理、设备检查管理、设备保养管理和备件管理。

设备运维管理功能如图5所示。

3.2 决策和分析

通过OPC双向工业标准，实现对设备数据的实时采集。决策和分析对实时数据进行分析，对设备状态进行跟踪、分析，对设备故障进行预测制定维修建议，并提交上层设备维护人员，由维护人员确定设备维修方案。对实时数据的分析，可以实现停机跟踪、损耗跟踪、生产统计和物料跟踪，为管理人员提供管理参考。

决策和分析功能如图6所示：

4 结束语

烟草行业的设备管理主要体现在设备运维，通过对设备状态监控、决策和分析、故障诊断等技术做到事先预测，事先保养，防患于未然。对设备制定保养计划，建立完善的保养体系，可以有效保护设备，提高设备生命周期，降低设备损耗，降低生产成本，提高生产效益。

该系统在国际标准ISA-95 的基础上，采用先进的SOA技术和组态技术，以烟草行业的设备管理理念为设计指导，有效促进了烟草行业设备管理的制度化、规范化和标准化。

参考文献：

[1] 刘德峰. 现代企业设备管理信息化的技术与方法（三） [ J]. 中国设备工程， 2004 （4）.

[2] 王玲. 基于B/S模式的钢厂设备管理系统的研究与实现[D]. 武汉：武汉科技大学，2012.

[3] 冉征. 基于B/S结构的仪器设备管理系统的设计与实现[D].长春：吉林大学，2012.

[4] 马国华. 监控组态软件及其应用[M] .北京：清华大学出版社，2001：15-33.

[5] 李瑞欣. 基于网络和状态监测的设备管理理论与方法研究[D] .天津：天津大学机械工程学院，2005.