基于時間延遲的MES環境下設備維修模式研究

摘要：本文分析了MES環境下設備管理出現的問題，提出在MES環境下對先進制造設備進行維修管理的方法，并基于時間延遲理論建立了維修模型，確定了設備維修檢查時間。

關鍵詞：MES；時間延遲；設備維修管理；先進制造

作者簡介：張鳳玲，女（1976-），碩士，副教授。

[中圖分類號]：TS958.05[文獻標識碼]：A

[文章編號]：1002-2139(2011)-20-0232-01

1、MES 環境下的設備管理

制造執行系統（Manufacturing Execution System，MES）是企業計劃層與控制層之間的連接層，它為企業提供了快速反應、有彈性、精細化的制造環境。通過MES的應用，企業可以實現降低成本、按期交貨、提高產品和服務的質量。設備是MES中的重要資源之一，直接擔負著企業的日常生產作業。企業的車間環境存在較大的不確定性，經常出現設備故障，這種隨機情況的出現使企業車間正常生產受到影響，而MES必須依靠設備來執行企業的生產任務。目前使用MES企業對設備的維護管理不重視，設備的維修管理現狀不盡如人意。企業設備的各種原始記錄，如設備的故障史、診斷與維修經驗的積累和理論性的總結工作沒有做到，大部分存儲在技術人員和維修工人頭腦中，未形成系統的資料，維修工作的科學性較差。設備管理大都集成性較差，對MES的支持較弱，通常不能根據生產作業計劃的調整進行快速響應。這與MES的使用宗旨是相悖的。因此有必要建立一個新的設備維修模型，以提高MES中設備管理與其他模塊之間的數據集成。

2、MES環境下設備維修管理模式的確定

MES中的設備管理，引入基于設備狀態監測的維護方式，和傳統計劃性維護方式相互補充，并將設備管理中的相關功能模塊與MES環境下的其他系統進行集成、信息共享，以更好地提高企業的管理水平。在MES環境下，企業信息化程度強，在線監測是整合數據的一個好的選擇。計劃性維修是基于固定周期維護的，在使用過程中，生產性質、工作條件及環境等因素的影響，使設備原設計制造時所的功能和技術狀態有所降低或劣化，設備的維護周期發生變化。設備計劃外停機的主要原因有兩類:一是設備運行時出現故障而造成設備停機，簡稱為故障時間。二是為了對設備進行檢查而造成設備停機，簡稱為檢查時間。這兩種時間的確定相互制約。一方面，如果檢查間隔時間過長，雖然可以減少檢查時間，但故障的機會增多，故障時間將相應地增大；另一方面，如果檢查間隔較短，可以有效地防止故障發生，減少故障時間，但由于過頻的檢查使得檢查時間大幅度增加。因此，如何平衡是關鍵。由于設備的延遲時間一般較長，本文利用時間延遲理論構建維修模型，通過對設備的檢查即可發現缺陷的存在，并采取相應措施，防止設備故障的發生，目的就是在故障時間和檢查時間二者之間尋找平衡點，確定出合理的維修間隔期，使得單位時間內總的停機時間期望值最小。

3、維修優化模型

設備維修優化模型的基本假定有：(1)每隔T周期進行一次檢查，檢查停機時間為tp·T；(2)檢查是完全的，所有缺陷在檢查時都能被發現并排除；(3)缺陷發生率為λ；(4)缺陷的發生率g(u)在（0，T）上服從均勻分布；(5)缺陷延遲時間h，對應的概率密度函數為f(h)；(6)缺陷發生點u和時間延遲h相互獨立。根據上面的分析， 建立目標函數:，其中：ED(T)：維修間隔期為T時， 單位時間內總的停機時間期望值；tf：故障的平均停機時間；ENf(T)：維修間隔期為T時，在T時間內發生故障次數的期望值；tp：檢查停機時間的均值。式中的tf、tp可根據以往的維修數據記錄，統計分析和計算得出。從(1)式也可確定出合理維修間隔期的關鍵是求出間隔期T內發生故障次數的期望值ENf(T)，以最終得到維護周期T，使得單位時間內總停機時間最小。

假如在(0，T)期間有一個缺陷發生，且缺陷的延遲時間在(h，h+dh)期間內，那么該事件發生的概率為f(h)dh，缺陷出現在(0，T-h)期間的概率為，由假定條件所知，p(0

4、實例分析

以某廠數控車間設備維修管理為例，采用狀態監測與計劃性維護相結合的方式進行維修管理。針對數控車床，在MES環境下引入CAXA軟件解決數控設備生產加工過程監測及設備狀態監測。如：加工起始、結束、工時，設備的開機率、利用率，設備的故障報警信息、主軸轉速、進給、位移等信息。計劃性維護管理方式主要以該廠數控車間生產線10年的檢修數據為基礎，通過調查分析可以得到，故障的平均停機時間為tf=0.847h，缺陷發生率為 λ=0.234，檢查的平均停機時間tp=0.51h，運用MATLAB軟件進行參數估計，得到指數分布函數中α=0.066，延遲時間分布函數為.

參考文獻：

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