智能制造视角下设备信息化管理

孙小轲+林维柏

设备是企业资产的重要组成部分，通过预防性维护、过程监控等措施提升设备及产品质量可靠性，提升设备综合利用效率及延迟使用寿命，成为当前及今后设备管理的重点之一。在《中国制造2025》战略中明确提出促进工业化与智能化融合，提出到2025年在关键设备数控化率、全员生产劳动生产效率等指标，着力推进制造过程智能化，实现人机智能化、制造工艺的数字化控制、状态信息实施监测及自适应控制等目标，由此，设备信息化管理成为智能制造的基础之一。随着产品同质化竞争加剧，产品质量可靠及稳定性成为关键因素之一，机械设备又是产品质量与可靠性保障的主要手段，实施设备预防性维护、加强设备过程监控成为保障产品质量与可靠性的主要措施。而通過延长设备使用寿命来提升设备可利用率，以降低企业设备投入，从而提高企业的经济效益。

一、智能制造视角下设备信息化管理进展

1.设备自主维护与专业维护研究。设备维护按不同维护参与者分为以设备操作者为主的自主维护及以设备维修人员为主的专业维护，许多学者研究了设备维修的重要性及其方法，齐二石、周海波（2007）随着生产设备自动化程度提高，生产过程对设备的依赖程度加大，设备影响成为生产效率、产品质量、制造成本等指标的关键因素，建立设备全员维护体系来保证设备平稳运行显得至关重要。周武静、徐学军、叶飞（2012）通过员工参与、准时制生产、全面质量管理、设备全员性维护等精益生产要素进行建设性检验，证实员工参与正向影响设备全员性维护效果，同时设备全员性维护又有助于准时制生产的实现。宋杰书（2010）将5S与设备自主维护相结合，培育现场设备自主维护的企业文化，实现了企业的经济效益、现场环境效益、社会效益、员工收入和个人能力提升的多赢局面，降低了制造成本并提升了企业综合竞争能力。罗红新（2008）推行企业设备全员自主维护存在两方面障碍，一方面是设备操作工人缺乏长期自主参与设备预防性维护的积极性，另一方面是设备操作工人文化素质较低，越是精度要求高等先进设备维护难以达成，因此需要建立设备操作工人自主维护的培训体系来提升其设备维护技能。设备维护按照维修时间分为设备故障发生前的预防性维护与设备故障发生后的事后维护。许多学者认识到了事后维修的不足及其影响，李华飞（2013）企业在对设备进行故障检修的过程中， 采取事后维修的方式，没有体现时效性， 工作往往处于滞后的状态， 对生产经营的连续性造成影响，直接影响到企业的经济利益。曹志娟（2009）我国煤矿企业采取定期维护、事后维修的方式，缺乏针对性，对设备故障运行的保障能力较弱，同一设备的同一故障模式可能会有不同的后果，而预防不同的故障后果需要不同的维修策略。邵斐（2012）针对设备维护活动的技术含量高而设备专业维护人员少的困境，若每台设备都编制预防性维护计划，可能预防性维护活动的可操作小，因此根据设备对生产或产品的重要程度分为关键设备的全面设备维护及普通设备的预防性维护。在设备预防性维护管理中存在一个困境：预防性维护周期的确定，许多学者通过定性与定量相结合等方法来确定预防性维护周期，周晓军、奚立峰、李杰（2005）传统的等周期预防性维护策略会使设备的可靠性随着未出次数及使用年限的增加而逐步降低，考虑了使用周期递减因子和故障率递增因子，引入混合型的故障率演化规则，建立基于设备可靠性的顺序预防性维护模型。周炳海、高忠顺（2012）提出带缓冲区的设备预防性维护优化建模方法，以预防性性维护时刻点作为随机变量包含期望预防性维修成本、期望维护成本、期望持有成本及期望缺货成本的期望成本模型，通过模型中多个参数的敏感性分析，在恰当的时刻进行预防性维护，能有效减少下游设备的缺货概率及降低生产成本。张春霞（2015）根据设备故障各阶段特点，建立威布尔分布函数模型，利用预防性维护调整因子法对设备进行“修复非新“建模，由威布尔分布的参数估计方法确定设备故障率分布函数，由此确定设备预防性维护周期。

2.设备全生命周期管理研究。设备生命周期包含设备采购安装的前期管理阶段、投入生产后设备运行阶段及报废后处置阶段，不同生命阶段设备管理重点各有差异，现有研究成果中主要集中在设备运行管理阶段。刘盛轲（2010）设备管理中目前存在设备管理的定位不准确、方法不规范、缺乏理论指导等问题，亟需进行以信息化设备管理信息系统的设备全生命周期管理，来指导设备采购、运行监控及设备处置流程。张胜、张云翔（2015）针对设备运行中出现的故障建立电力设备全生命周期缺陷库，收集设备在制造、抽检、施工、验收及运行维护等过程的缺陷信息，并从多个维度描述缺陷和消缺结果，形成设备缺陷档案，评价设备的健康状况，为设备运维策略和风险评估提供数据支持。方彦军等（2014）构建三维虚拟可视化平台提出火电厂设备全生命周期管理系统，在三维虚拟平台上查询设备各类信息，利用这些信息对火电厂设备的实时状态和历史状态进行对比分析，从而预测设备运行趋势。李春梅、曾富洪（2013）依据设备全寿命周期管理理念， 构建设备管理的功能模型和信息模型， 设计开发出基于JZEE构架的设备管理系统，有效实现信息集成、资源共享。蒋晓菲（2016）设备全生命周期管理产生的海量数据，对这些数据进行分析和挖掘，找出隐藏在数据背后的规律，进一步完善设备和人员管理制度，及时发现存在的问题，在一定程度上提高设备的利用率。

3.设备过程监控与履历研究。建立设备履历管理，提升设备信息数据化与集成化，肖兴等人（2013）传统的纸质履历存在信息引入不准、不全、不详的问题，纸质履历信息共享率低，梳理履历信息化过程具备的条件和关联性，提出以信息化履历为中心的ATP车载设备信息管理模型实现履历信息共享，有效提高了设备信息管理效率和科学化水平。白海荣（2016）设备履历实现设备管理数据化、信息化，实时了解设备运行状态和空间位置信息，为设备管理人员及事故抢修指挥人员制定最佳抢修方案提供及时、准确的决策依据，保障设备的稳定运行。由于设备手工台账及ERP系统对设备管控的结果导向，在实践中许多企业通过MES（制造执行系统）对生产过程的监控来实现设备过程监控，李照兰、张永亮、仲梁维（2014）根据设备的具体运行状况、故障记录、先前故障登记，以及重要监测点的检查数据等信息，并结合实际生产经验，实现设备维护、保养计划的自动生成，规范设备维护、保养预警提示信息及故障处理措施。陈磊、高春能、潘庭龙（2015）建立设备数据三维模型，对设备进行全过程、全生命动态和静态管理，实现了小麦加工企业设备管理的信息化、规范化和可追溯性，实现设备成本、效率等管控目标。

二、智能制造视角下设备信息化管理展望

综合现有研究成果来看，学界与企业界已经逐步开展设备信息化管理研究及应用，在设备过程控制及维护方面已经取得一定的经验及成果。在未来的研究中，需要通过加强智能设备集成化控制、设备数据分析及处理、设备状态检测及自适应等方面研究，由点到面地实现设备与生产线的智能化升级，促进设备过程稳定性提升产品质量与可靠性，通过设备预防维护及在线状态检测实现设备过程可视化管控等。

（作者单位：湖南工业大学商学院）endprint