建立設備維護4.0正逢其時

特約撰稿人/重慶精本科技發展有限公司 賀 勇

·業界視點·

建立設備維護4.0正逢其時

特約撰稿人/重慶精本科技發展有限公司 賀 勇

云計算、物聯網、大數據、移動互聯網等新興信息技術的飛躍發展，引發了新一輪的科技革命和產業革命。德國推出工業4.0概念、美國實施“再工業化”戰略、我國擬定中國制造2025藍圖，都寄希望借助于信息技術發展來提升本國的制造業。制造業的提升必然是設備的智能化，那么工業4.0時代該進行怎樣的設備維護呢？本文提出設備維護4.0概念，拋磚引玉供業內參考。

賀勇，生于1957年，自動化控制高級工程師，成都自動化研究會理事，現就任重慶精本科技發展有限公司常務副總經理。長期從事項目管理和自動控制工作，先后在中石化四川維尼綸廠、中科院成都地奧制藥公司和重慶精本科技發展有限公司工作，具有豐富的設備維修維護管理實踐經驗和自動化專業技術造詣，多年的實踐積累形成了對設備專業維修維護的獨特建樹。

設備維護4.0 概念提出誘因

探討設備維護4.0首先要了解工業4.0。工業4.0是德國推出的概念，與之相應的，美國推行“工業互聯網”服務，我國制定“中國制造2025”規劃，這三者本質上都是一致的，其核心就是智能制造。簡而言之，“互聯網+制造”就是工業4.0，是第四次工業革命。

對于人類社會發生的四次工業革命可簡單歸結如下。

工業4.0將對設備管理將產生巨大的影響。在工業4.0時代，各種終端設備、應用軟件之間的數據信息交換、識別、處理，通過互聯網完成工廠縱向集成和端到端集成后，整個工廠、甚至若干工廠間的設備形成互聯的網絡，呈現出人、機器、資源互聯互通的網絡化社會，高效的設備管理與維護是制造出高質量產品的前提，系統必將自動拉動所有人員進行設備維護。如何保障工業4.0中企業制造設備的可靠運行，是工業4.0設備維護管理很重要的一環，這必須基于一套管理體系，即建立與工業4.0相應的設備維護4.0 。

設備維護4.0特點

設備維護從概念上講是設備維修與保養的有機結合。每一次工業革命都帶來了設備維護的變革。與工業4.0相應的設備維護應該是具有“人+物聯網”的一種維護模式，是人通過物聯網獲得維護管理信息、維護字典、專家診斷系統，以及包括集合機器人在內各種智能工具的一種維護形式。

人員：在維護4.0時代，一些新技術應用必將提升維護技術進步，例如通信技術、計算機技術、互聯網技術等，智能化生產使人擔當更有挑戰性的角色，如創新、規劃、監督和協調機器的運作。維護管理也要求人員除了在維護1.0～3.0階段需要掌握的本專業設備維護傳統知識與技能之外，知識型員工是維護4.0對人員需求的熱點，因此工業4.0的維護4.0將朝著更加專業化方向邁進，企業的維護模式、組織結構、員工素質等方面都將會變化，設備維護將由專業設備維護公司向企業提供維護服務將成為主流方向。

技術：設備維護技術的發展必然朝著以計算機技術、信號處理技術、測試技術、表面工程技術等現代技術為依托，以設備狀態監測與故障診斷技術為先導，以機電一體化為背景，以滿足工業4.0智能制造日益提高的要求為目標，以不斷完善的維護技術為手段的方向發展。

工具：工業進步的本質是生產力的進步，在生產力系統中，勞動者是人的要素，生產資料是物的要素。人是能動的要素，生產資料只有同勞動者相結合才能發揮作用。工具作為生產資料的基本要素，對人類進步的重要性不言而喻，在工業4.0的進程中也必將有新型工具的涌現。在從手工工具經機器工具到智能工具發展的路徑中，智能工具將成為智能制造的關鍵競爭力，但智能工具也不可能是唯一的，手工工具、機械工具、電動液動工具和智能工具并存，通用工具和專用工具并存，所以在未來的維護4.0包括機器人在內的智能工具應用,將使智慧工廠成為可能。

數據：維護4.0強調數據就是物質。在智能生產中各種智能設備的互聯互通可以隨時隨地感知、測量、捕獲和傳遞設備、系統或流程的信息和數據，將這些信息收集、儲存并整理分析進行交互和多方共享，從而更好地對設備管理和設備維護狀況進行實時監控，從全局的角度分析形勢并實時解決問題，使得設備維護工作可以通過多方協作來完成，從而徹底地改變企業資產管理和設備維護的運作方式。

設備與維護管理的變革

設備與維護管理的每次重大進步，總是與技術裝備的發展密切相關，新管理理念和新技術方法的出現，都是將已有設備管理的主要理論和方法與新技術應用進行結合的結果。由于工業4.0時代的設備互聯屬性所決定，設備維護工作不是對著一個設備單體在開展而顯得更加復雜，設備管理與維護的流程將因此發生巨大改變。

信息共享，優化流程。系統在制定流程的前期就有充分和有效的數據為決策者提供依據，再配以有效的分析系統，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過物聯網的方式直接在工作終端(設備)中得到，管理者可以根據所有設備的實時狀態進行生產計劃和配置，設備備品配件的統籌管理和使用，在實際運維中系統只需按照流程設定程序，在條件滿足時就會嚴格按照設定的維護計劃自動發出指導和報警，提醒相關執行者完成任務，如設備一旦發生故障,系統會馬上通知維管人員，同時系統也會在不同的時間點自動給不同的管理者發送信息。流程的執行過程會由系統主導，不會給任何執行者推諉的理由，所有人員將被拉入嚴格的設備管理與維護標準化工作狀態中，這都將大大提升設備的使用效率和快速響應速度。

維護管理系統MMS

建立與工業4.0適應的設備維護4.0，必須基于一套科學的管理體系，這個體系應該是設備管理理論、技術方法和信息控制能力融合在一起的數字化平臺，這個MMS的數字化平臺作為制造執行系統MES的一部分，它能將設備檢維修、故障、工單、運行、計劃、備件、庫存、費用、績效、安全、人力資源管理等集成在數據共享的平臺上，實現各業務功能模塊之間的無縫集成和各專業系統ERP、OA、DCS、CBM等接口融合，實現數據自動采集和一次錄入、實時同步、多處應用，從而完善設備預防性維修體系，由預防性維修走向以可靠性為中心的維修。

MES系統的功能可以根據不同行業，同行業的不同企業的特殊需求進行深度開發定制，但是基礎的功能是通用的。這十大功能模塊包括：工序詳細調度、資源分配和狀態管理、生產單元分配、文檔控制、產品跟蹤和清單管理、性能分析、設備維護管理、過程管理、質量管理、數據采集。

其中，設備維護管理是通過對設備的狀態監測、數據收集和維護指導等相關措施，保證機器設備和相關資產的正常運轉。MES中設備維護管理模塊也是設備維護在工業4.0中MES與維護4.0的專業接口。

MMS數字化集成平臺是實現設備（資產）全生命周期管理的信息化規模效益，最終降低企業設備維修成本，實現企業利潤最大化的有效途徑。

數據與信息的大舞臺

提升設備與維護管理有效性的核心問題，不再僅僅是檢維修體系的管理效能和行為控制問題，而是對設備運行和管理行為中產生的數據信息進行采集、分析和應用。檢維修管理效能提升取決于數據信息采集的精確性和完備性、傳遞的及時性和有效性、分析的正確性和透徹性以及應用的全面性和深入化，包括故障分析、劣化分析、技術狀態分析、可靠性評價、元器件的功能和性能評價、運行價值和績效評價等各類方法應用的效果。

工業4.0將基于信息物理系統、物聯網和物聯網服務所產生的大量大數據流，通過大數據、云計算、物聯網深入分析收集的數據，以獲取更加新穎、系統且全面的洞察來解決特定的問題。使用先進的理論與技術（如數據挖掘和分析工具、科學模型和功能強大的運算系統）來處理復雜的數據分析、匯總和計算，以便整合和分析海量的跨地域、跨部門、跨工種的數據和信息，并將特定的知識應用到特定的業務、特定的場景、特定的解決方案中以更好地支持決策和行動。

維護字典包括故障字典和解決方案庫兩個部分，其應用是基于案例的維修方案推理機制。設備故障字典存儲和記錄各設備經常發生故障的部位、需要更換的備件、故障原因、常用維修方法等信息；維修解決方案庫是通過對設備的運行狀況記錄和分析，在數據不斷積累的過程中，從中找出規律，優化設備維護過程，完善設備預防性維修管理，提高設備的維修技能。并且通過對維護數據的分析，也可以對設備的備件數量進行優化管理，提前準備好相關備件，減少設備維修時間，從而給出最佳的維修方案，提供維修決策支持。維護字典是故障字典中維修方法擴展和細化，通過整合維修案例和相應的維修方法來實現維修解決方案庫的擴充和完善。使得設備的維護經驗和故障信息可以得到更充分地共享和交流。

專家系統(expert system)是一種具有大量專門知識與經驗的程式系統。它運用人工智能技術和信息技術，根據某領域一個或多個專家提供的知識和經驗，進行推理和判斷，模擬人類專家的分析決策過程，解決那些需要人類專家才能解決好的復雜問題。在工業4.0體系中建立設備故障診斷專家系統，可使操作人員依據故障現象，利用專家系統得出故障原因和解決方案，是維護4.0的一種智能化體現。

專業化服務公司的機遇與挑戰

隨著工業4.0步伐的邁進，現代設備構成越來越復雜，功能越來越強大，技術越來越先進，對設備維護的要求也越來越高，不僅需要越來越先進的維修技術，而且需要越來越多高水平的維管人員。

傳統的設備維管模式采用的是預防性維修的大修、中修和小修等設備檢修制度，企業的維管人員配置是以設備大修為基礎，其過長的檢修周期造成設備維管人員配置臃腫，并導致設備維管人員技術水平下降。因此，在傳統自成一體的設備維護體制下，企業僅靠自身資源難以滿足需求，必須采取更先進的管理模式與手段，綜合配置、利用社會的設備維護技術和資源，從而獲得高質量、低成本的設備維護服務。

設備維護外包作為業務流程外包的一種具體形式，是設備維護職能的社會化、專業化分工，已經成為設備維護的發展趨勢，讓最具優勢的單位承擔相應的設備維護職能，是提升設備維護效能的有力手段。作為一種管理模式的變革，設備維護外包是企業降低設備維護成本、精簡維護機構、提高設備管理水平，進而增強競爭力的有效途徑。

設備智能化程度的不斷提高，要求設備管理人員和技術人員不斷地更新自己的知識，工業4.0時代，單一的專業知識無法勝任設備維護職責，機械、電氣、自控、計算機、互聯網等多專業知識的融合才是出路，維護4.0需要復合型人才的加入。人員結構會發生改變，復合型高端人才成為建立智能化維護系統的關鍵，他們能用本專業知識+CPS知識（包括計算機、互聯網、大數據、云計算等）將復雜的問題變得簡單化和流程化；而操作人員則將按照智能化維護系統給出的指令和流程完成各種設備維護任務。

工業4.0時代的設備管理更加復雜，在設備互聯形成的網絡中，故障原因不會僅限于局部，可能更加隱蔽，不易查找，因此，未來的設備維護需要更加廣泛、更深入地專業協同。如果不借助信息化手段，即先進的信息系統進行有效地計劃和控制，就可能造成極大的無序和失控因小錯而鑄大錯。因此利用信息技術對傳統的維護管理升級，用互聯網技術建立共享信息平臺，在工業4.0背景下開展MMS、維護字典和專家系統建設，這是實現維護4.0必需的要素。