建立设备维护4.0正逢其时

特约撰稿人/重庆精本科技发展有限公司 贺 勇

·业界视点·

建立设备维护4.0正逢其时

特约撰稿人/重庆精本科技发展有限公司 贺 勇

云计算、物联网、大数据、移动互联网等新兴信息技术的飞跃发展，引发了新一轮的科技革命和产业革命。德国推出工业4.0概念、美国实施“再工业化”战略、我国拟定中国制造2025蓝图，都寄希望借助于信息技术发展来提升本国的制造业。制造业的提升必然是设备的智能化，那么工业4.0时代该进行怎样的设备维护呢？本文提出设备维护4.0概念，抛砖引玉供业内参考。

贺勇，生于1957年，自动化控制高级工程师，成都自动化研究会理事，现就任重庆精本科技发展有限公司常务副总经理。长期从事项目管理和自动控制工作，先后在中石化四川维尼纶厂、中科院成都地奥制药公司和重庆精本科技发展有限公司工作，具有丰富的设备维修维护管理实践经验和自动化专业技术造诣，多年的实践积累形成了对设备专业维修维护的独特建树。

设备维护4.0 概念提出诱因

探讨设备维护4.0首先要了解工业4.0。工业4.0是德国推出的概念，与之相应的，美国推行“工业互联网”服务，我国制定“中国制造2025”规划，这三者本质上都是一致的，其核心就是智能制造。简而言之，“互联网+制造”就是工业4.0，是第四次工业革命。

对于人类社会发生的四次工业革命可简单归结如下。

工业4.0将对设备管理将产生巨大的影响。在工业4.0时代，各种终端设备、应用软件之间的数据信息交换、识别、处理，通过互联网完成工厂纵向集成和端到端集成后，整个工厂、甚至若干工厂间的设备形成互联的网络，呈现出人、机器、资源互联互通的网络化社会，高效的设备管理与维护是制造出高质量产品的前提，系统必将自动拉动所有人员进行设备维护。如何保障工业4.0中企业制造设备的可靠运行，是工业4.0设备维护管理很重要的一环，这必须基于一套管理体系，即建立与工业4.0相应的设备维护4.0 。

设备维护4.0特点

设备维护从概念上讲是设备维修与保养的有机结合。每一次工业革命都带来了设备维护的变革。与工业4.0相应的设备维护应该是具有“人+物联网”的一种维护模式，是人通过物联网获得维护管理信息、维护字典、专家诊断系统，以及包括集合机器人在内各种智能工具的一种维护形式。

人员：在维护4.0时代，一些新技术应用必将提升维护技术进步，例如通信技术、计算机技术、互联网技术等，智能化生产使人担当更有挑战性的角色，如创新、规划、监督和协调机器的运作。维护管理也要求人员除了在维护1.0～3.0阶段需要掌握的本专业设备维护传统知识与技能之外，知识型员工是维护4.0对人员需求的热点，因此工业4.0的维护4.0将朝着更加专业化方向迈进，企业的维护模式、组织结构、员工素质等方面都将会变化，设备维护将由专业设备维护公司向企业提供维护服务将成为主流方向。

技术：设备维护技术的发展必然朝着以计算机技术、信号处理技术、测试技术、表面工程技术等现代技术为依托，以设备状态监测与故障诊断技术为先导，以机电一体化为背景，以满足工业4.0智能制造日益提高的要求为目标，以不断完善的维护技术为手段的方向发展。

工具：工业进步的本质是生产力的进步，在生产力系统中，劳动者是人的要素，生产资料是物的要素。人是能动的要素，生产资料只有同劳动者相结合才能发挥作用。工具作为生产资料的基本要素，对人类进步的重要性不言而喻，在工业4.0的进程中也必将有新型工具的涌现。在从手工工具经机器工具到智能工具发展的路径中，智能工具将成为智能制造的关键竞争力，但智能工具也不可能是唯一的，手工工具、机械工具、电动液动工具和智能工具并存，通用工具和专用工具并存，所以在未来的维护4.0包括机器人在内的智能工具应用,将使智慧工厂成为可能。

数据：维护4.0强调数据就是物质。在智能生产中各种智能设备的互联互通可以随时随地感知、测量、捕获和传递设备、系统或流程的信息和数据，将这些信息收集、储存并整理分析进行交互和多方共享，从而更好地对设备管理和设备维护状况进行实时监控，从全局的角度分析形势并实时解决问题，使得设备维护工作可以通过多方协作来完成，从而彻底地改变企业资产管理和设备维护的运作方式。

设备与维护管理的变革

设备与维护管理的每次重大进步，总是与技术装备的发展密切相关，新管理理念和新技术方法的出现，都是将已有设备管理的主要理论和方法与新技术应用进行结合的结果。由于工业4.0时代的设备互联属性所决定，设备维护工作不是对着一个设备单体在开展而显得更加复杂，设备管理与维护的流程将因此发生巨大改变。

信息共享，优化流程。系统在制定流程的前期就有充分和有效的数据为决策者提供依据，再配以有效的分析系统，以提高流程制定的效率和效果。信息收集和信息分析都可以通过物联网的方式直接在工作终端(设备)中得到，管理者可以根据所有设备的实时状态进行生产计划和配置，设备备品配件的统筹管理和使用，在实际运维中系统只需按照流程设定程序，在条件满足时就会严格按照设定的维护计划自动发出指导和报警，提醒相关执行者完成任务，如设备一旦发生故障,系统会马上通知维管人员，同时系统也会在不同的时间点自动给不同的管理者发送信息。流程的执行过程会由系统主导，不会给任何执行者推诿的理由，所有人员将被拉入严格的设备管理与维护标准化工作状态中，这都将大大提升设备的使用效率和快速响应速度。

维护管理系统MMS

建立与工业4.0适应的设备维护4.0，必须基于一套科学的管理体系，这个体系应该是设备管理理论、技术方法和信息控制能力融合在一起的数字化平台，这个MMS的数字化平台作为制造执行系统MES的一部分，它能将设备检维修、故障、工单、运行、计划、备件、库存、费用、绩效、安全、人力资源管理等集成在数据共享的平台上，实现各业务功能模块之间的无缝集成和各专业系统ERP、OA、DCS、CBM等接口融合，实现数据自动采集和一次录入、实时同步、多处应用，从而完善设备预防性维修体系，由预防性维修走向以可靠性为中心的维修。

MES系统的功能可以根据不同行业，同行业的不同企业的特殊需求进行深度开发定制，但是基础的功能是通用的。这十大功能模块包括：工序详细调度、资源分配和状态管理、生产单元分配、文档控制、产品跟踪和清单管理、性能分析、设备维护管理、过程管理、质量管理、数据采集。

其中，设备维护管理是通过对设备的状态监测、数据收集和维护指导等相关措施，保证机器设备和相关资产的正常运转。MES中设备维护管理模块也是设备维护在工业4.0中MES与维护4.0的专业接口。

MMS数字化集成平台是实现设备（资产）全生命周期管理的信息化规模效益，最终降低企业设备维修成本，实现企业利润最大化的有效途径。

数据与信息的大舞台

提升设备与维护管理有效性的核心问题，不再仅仅是检维修体系的管理效能和行为控制问题，而是对设备运行和管理行为中产生的数据信息进行采集、分析和应用。检维修管理效能提升取决于数据信息采集的精确性和完备性、传递的及时性和有效性、分析的正确性和透彻性以及应用的全面性和深入化，包括故障分析、劣化分析、技术状态分析、可靠性评价、元器件的功能和性能评价、运行价值和绩效评价等各类方法应用的效果。

工业4.0将基于信息物理系统、物联网和物联网服务所产生的大量大数据流，通过大数据、云计算、物联网深入分析收集的数据，以获取更加新颖、系统且全面的洞察来解决特定的问题。使用先进的理论与技术（如数据挖掘和分析工具、科学模型和功能强大的运算系统）来处理复杂的数据分析、汇总和计算，以便整合和分析海量的跨地域、跨部门、跨工种的数据和信息，并将特定的知识应用到特定的业务、特定的场景、特定的解决方案中以更好地支持决策和行动。

维护字典包括故障字典和解决方案库两个部分，其应用是基于案例的维修方案推理机制。设备故障字典存储和记录各设备经常发生故障的部位、需要更换的备件、故障原因、常用维修方法等信息；维修解决方案库是通过对设备的运行状况记录和分析，在数据不断积累的过程中，从中找出规律，优化设备维护过程，完善设备预防性维修管理，提高设备的维修技能。并且通过对维护数据的分析，也可以对设备的备件数量进行优化管理，提前准备好相关备件，减少设备维修时间，从而给出最佳的维修方案，提供维修决策支持。维护字典是故障字典中维修方法扩展和细化，通过整合维修案例和相应的维修方法来实现维修解决方案库的扩充和完善。使得设备的维护经验和故障信息可以得到更充分地共享和交流。

专家系统(expert system)是一种具有大量专门知识与经验的程式系统。它运用人工智能技术和信息技术，根据某领域一个或多个专家提供的知识和经验，进行推理和判断，模拟人类专家的分析决策过程，解决那些需要人类专家才能解决好的复杂问题。在工业4.0体系中建立设备故障诊断专家系统，可使操作人员依据故障现象，利用专家系统得出故障原因和解决方案，是维护4.0的一种智能化体现。

专业化服务公司的机遇与挑战

随着工业4.0步伐的迈进，现代设备构成越来越复杂，功能越来越强大，技术越来越先进，对设备维护的要求也越来越高，不仅需要越来越先进的维修技术，而且需要越来越多高水平的维管人员。

传统的设备维管模式采用的是预防性维修的大修、中修和小修等设备检修制度，企业的维管人员配置是以设备大修为基础，其过长的检修周期造成设备维管人员配置臃肿，并导致设备维管人员技术水平下降。因此，在传统自成一体的设备维护体制下，企业仅靠自身资源难以满足需求，必须采取更先进的管理模式与手段，综合配置、利用社会的设备维护技术和资源，从而获得高质量、低成本的设备维护服务。

设备维护外包作为业务流程外包的一种具体形式，是设备维护职能的社会化、专业化分工，已经成为设备维护的发展趋势，让最具优势的单位承担相应的设备维护职能，是提升设备维护效能的有力手段。作为一种管理模式的变革，设备维护外包是企业降低设备维护成本、精简维护机构、提高设备管理水平，进而增强竞争力的有效途径。

设备智能化程度的不断提高，要求设备管理人员和技术人员不断地更新自己的知识，工业4.0时代，单一的专业知识无法胜任设备维护职责，机械、电气、自控、计算机、互联网等多专业知识的融合才是出路，维护4.0需要复合型人才的加入。人员结构会发生改变，复合型高端人才成为建立智能化维护系统的关键，他们能用本专业知识+CPS知识（包括计算机、互联网、大数据、云计算等）将复杂的问题变得简单化和流程化；而操作人员则将按照智能化维护系统给出的指令和流程完成各种设备维护任务。

工业4.0时代的设备管理更加复杂，在设备互联形成的网络中，故障原因不会仅限于局部，可能更加隐蔽，不易查找，因此，未来的设备维护需要更加广泛、更深入地专业协同。如果不借助信息化手段，即先进的信息系统进行有效地计划和控制，就可能造成极大的无序和失控因小错而铸大错。因此利用信息技术对传统的维护管理升级，用互联网技术建立共享信息平台，在工业4.0背景下开展MMS、维护字典和专家系统建设，这是实现维护4.0必需的要素。