設備智能管理服務物聯網平臺系統設計

錢依祎，楊露霞

(重慶川儀軟件有限公司，重慶 401121)

0 引言

隨著工業生產技術的發展，我國的生產技術水平也隨之不斷提升。生產設備的正常運行是一個企業利益增長的基礎，也是企業運作的基本保障。然而，隨著時間的推移，生產設備長時間高強度運轉，容易出現設備故障[1]，甚至導致停機，造成其利用率不可控制。設備利用率，是工業總產出對生產設備的比率，是實際發揮生產作用的生產能力。設備利用率是一項重要的指標[2]。重慶某制造企業有若干職能不同的分廠，各個分廠下有不同的生產線與設備，存在分廠多、設備數量大的情況，設備運行狀況難以統計。為了更好地提升公司產能，清楚地掌握各產線設備運行狀況，設計了設備智能管理服務平臺。通過該平臺，提供完整詳盡的、以數據為支撐的設備運行情況，并且加強設備故障監測，第一時間發現并排除故障，減少維修時間，提升設備利用率，進而提高企業利益以及知名度。

1 企業設備利用率管理現狀分析

重慶某制造企業主要產品為流量計、執行器、壓力變送器、溫度變送器等自動化儀表設備以及控制系統。該企業所生產的設備廣泛應用于石油化工、電力、水力、市政及國防等領域。由于產品類別多，產線較為分散，且產品數量大，使得管理困難。該企業在設備利用率管理方面存在以下不足。

①對生產設備的管理較落后。

由于分廠多、產線廣的特點，企業無法宏觀運維管理，也無法集中查看設備運行狀態及數據分析。而企業采取的管理方式為紙質化文檔管理，對于突發事件處理、應急調度、維修等不能及時響應，增加停工時間，降低運作效率，同時，維修管理耗時較長，影響產能。維修記錄以及點檢記錄等資料無法快速查閱與分析，隨著時間累計，響應與處理速度越來越慢。

②對生產設備的運行數據分析不足。

在生產過程中，各生產設備的運行狀態、動態參數等數據無法被有效收集，因此無法對生產過程中的動態數據進行統計分析，從而掌控設備運行時的狀況。這樣就無法第一時間對生產設備的故障或停機等情況進行處理，導致影響產品生產工期，并且提高了成本。

③對生產設備的維修管理流程落后。

企業生產線中的設備出現故障的維修流程是發現故障、報告設備部、由設備部派相關維修人員到現場進行維修。其流程間隔較長，且維修時間視設備情況而定。

對于以上生產過程中存在的缺陷和不完善，設備智能管理服務平臺能進行宏觀運維管理，實現對生產設備的運行管理、數據分析以及維修管理，最終達成多維度的監測、預防。

2 設備智能管理服務平臺架構

基于物聯網的設備智能管理服務平臺設計有總覽(包含集團總覽、分公司總覽)、在線監測、統計分析、設備管理、系統管理等功能模塊，清晰呈現各分廠、各生產線設備開停機及故障狀態[3]，可有效減少設備意外停機時間、提高設備利用率。

根據生產設備運行的具體情況，對設備智能管理服務平臺架構設計如下。①數據采集層:可編程邏輯控制器(programmable logic controller，PLC)裝置、信號采集裝置。②網絡傳輸層。③云服務平臺及分析層。④終端監測設備[2]。設備智能管理服務平臺系統架構如圖1所示。

圖1 設備智能管理服務平臺系統架構圖

①數據采集層。

通過各分廠、各產線上的生產設備所連接的就地儀表，將壓力表、溫度計等設備的電流、電壓、溫度、壓力直接傳輸至采集模塊，將開關量等相關參數傳輸至PLC。PLC再將參數匯集到無線采集模塊，最后將采集模塊中的數據傳輸至上層云服務器平臺進行管理、分析。

②網絡傳輸層。

網絡傳輸層包括數據層、控制層、應用層。①數據層：就地儀表所采集到的設備相關參數，與PLC控制器的通信與數據傳輸。②控制層:PLC控制器接收生產設備的相關參數，并與無線采集模塊通信。③應用層:無線采集模塊將匯集的所有數據通過無線網絡傳輸至云服務器平臺[4]應用，并連接其他第三方終端設備進行運用。

③云服務器應用平臺。

云服務器平臺即設備智能管理服務物聯網平臺，可實現設備連接、統計分析、在線監測、實時數據可視化、設備管理、點檢/巡檢管理等。

④終端監控設備。

終端監控設備包括通過廣域網或局域網連接的第三方設備，如計算機、手機APP、Web大屏顯示或其他展示設備等。

3 設備智能管理服務平臺架構設計

設備智能管理服務平臺系統功能架構如圖2所示，主要包含采集層、數據層、服務層和應用層。

圖2 設備智能管理服務平臺功能架構圖

采集層為源數據來源，包括就地儀表、PLC和采集模塊。就地儀表監測生產設備的各項參數，將其傳輸至PLC，原始數據匯集到采集模塊中，最終形成采集層。

數據層主要包含數據庫和數據采集接口。采集層所采集到的數據通過數據采集接口傳輸到數據庫進行存儲及應用，為上層業務提供數據支撐。

服務層包括數據分析服務、預警服務、數據查詢服務和運行數據分析服務，生產管理人員與設備維修人員可以通過設備的基本信息和數據分析信息，清晰、直觀地了解、監測設備的各項狀態，實現故障早發現、早排除，從而提升設備利用率。

應用層指的是設備智能管理服務平臺系統[5-7]。其通過下層數據支撐，將生產設備相關數據呈現，并為平臺系統用戶提供操作界面。

4 設備智能管理服務平臺功能模塊設計

設備智能管理服務平臺主要由以下七大功能模塊組成。各模塊對各分廠及各產線的設備進行全方位監測及管理，最大程度減少故障停機時間和維修時間，從而提高設備的利用率。

4.1 總覽

以集約化管控理念為核心，將工業儀表所監測設備對應的分公司、子公司作為一個對象。對集團或總廠當前上線的公司數量、公司名稱、總監測設備數、總監測點數、最高利用率/能耗單位進行統計呈現。以各分公司、子公司為一小單元，統計并呈現設備總數、設備啟停數、昨日最高/低利用率、今日運行時長、公司所在地等參數。總覽模塊包含集團總覽和分公司總覽。集團總覽為集團級的全域管控中心，也是進入各分子公司設備監測詳情的訪問入口。分公司總覽則以精煉的方式顯示生產線中杯監測設備當前運行情況和前一日利用率。

4.2 在線監測

在線監測是以監測設備為核心，實時顯示設備所處的管理層級位置、設備的開關機狀態、電流、運行時長、運行時間統計趨勢、利用率統計趨勢等。所有的數據為設備利用率、能耗和可靠性提供定量依據，呈現各分廠各產線所有設備的動態數據，最終實現故障早發現、早維修。

4.3 統計分析

統計分析分為關鍵績效指標(key performance indicators,KPI)和報表分析。通過對設備在不同時間間隔內的利用率統計、運行時間趨勢統計、利用率排名統計、利用率同比與環比統計，以及不同設備同一維度的KPI對比，以曲線、報表的方式全方位清晰、直觀地呈現設備的歷史運行情況。這樣便于分析設備在不同時間段以及不同設備在同一時間段的狀態，達到提升設備利用率、增加產能的目標。

4.4 設備管理

設備管理是圍繞設備的全生命周期跟蹤管理，幫助企業實現設備的全面信息化管理，降低設備故障率，保持設備穩定性，實現企業資產效益的全面提升。此模塊呈現所有設備的基本信息，并且實現增、刪、改、查等功能，對設備的屬性參數進行管理，形成設備臺賬，便于查詢設備各項資料。

4.5 系統管理

系統管理主要分為用戶管理和權限管理，多個分公司/分廠/車間等之間的數據獨立，集團公司可管理所有數據；功能權限和數據權限獨立設置；子公司內部可按部門、負責人再劃分數據權限。

4.6 維修管理

維修管理主要圍繞維修/檢修對設備進行管理，記錄各分廠各產線設備的維修狀況、上次維修時間、本次故障原因以及設備的運行時長等基本信息，并按照設備類型對于故障頻率進行統計。這樣便于檢修人員分析設備早期故障，縮短設備停工檢修時間，提高其利用率，最終為企業帶來利益增長。

4.7 報警管理

報警管理主要圍繞設備故障報警進行管理。當設備發生故障報警時，報警信息將會在平臺系統顯示，并通過短信形式通知相應設備負責人，大大縮短了設備停機檢修時間，提升設備利用率，同時為企業帶來利益增長。

5 結論

本文立足于某儀表制造企業，分析其設備利用率管理現狀，針對目前生產設備利用率低、運營成本高、出現故障不能第一時間發現并處理、維修/檢修時間周期長等一系列問題，設計了設備智能管理服務平臺系統。該平臺系統有效地監測了設備利用率，實現了監控可視化。通過平臺系統報警管理等功能模塊，大大地縮短了故障停機時間與檢維修時間，提高了設備的利用率，最終為公司帶來利益增長。