淺議建設數字化企業時設備管理如何實現數字化

劉博

（英國東安格利亞大學-諾維奇商學院）

我國在“十三五”發展規劃綱要中，推出了“中國制造2025”、“互聯網+”和實現工業化和信息化的深度融合等一系列國家戰略舉措，并配套制訂了《國家智能制造標準體系建設指南》等指導性文件。同時，多個世界發達國家也從國家方面提出了類似的戰略規劃。在這種大環境下，建成數字化企業已經成為企業的戰略目標。

1 設備管理的數字化是建成數字化企業的重要工作

產品是通過設備加工出來的。從整個生產過程看，給設備輸入材料、能源和人員，就會輸出產量、質量、交貨期、成本、安全、環保、工作情緒等。設備凝聚著人類社會最高的科學技術，具有自動化、集成化、精密化、高速化、智能化、柔性化等特點，企業科研生產的順利進行，越來越依賴設備能否正常運行。在GB/T37393《數字化車間 通用技術要求》就有設備管理的專門規定。所以，實現設備管理數字化是建成數字化企業的重要工作。

2 遵循設備綜合管理的理念，因地制宜地開展設備管理數字化建設

企業花費巨資開展數字化建設是為了獲得更好的經營效益。按照設備綜合管理的理念開展設備管理數字化建設，有利于實現設備壽命周期費用LCC最佳，符合企業的初衷。

注：設備綜合管理，即根據企事業的生產目標，通過采取技術、經濟、組織措施，從設備規劃選型、購置、安裝驗收、使用、維護、修理改造、更新、報廢的全過程進行綜合管理，追求設備壽命周期費用最佳。它是我國在80年代，在前蘇聯的計劃預修體制基礎上，吸收生產維修工程（Maintenance Engineering）、設備綜合工程學（Terotechnology）、后勤工程（Logistics Engineering）和日本全員生產維修TPM等內容，提出的一種設備管理理念。

建設數字化企業不能一蹴而就，開展設備管理數字化建設應因地制宜。因為企業數字化建設不是在“一張白紙”上實施，需避免對現有生產的影響，多采取 “全員參與、小步快跑、先局部再全面”的策略。多從生產計劃、工藝、財務、物資等領域先開展數字化建設，但這樣也造成了企業內多個數字管理系統共存的情況，例如，在生產計劃領域就有MES制造執行系統、DCS分布式控制系統和MDC數據管理系統等。在這些不同的管理系統中散布著各種設備的信息，如設備的狀態（工作、空閑、故障維修）、實時技術參數和累計遠轉臺時等。

2.1 建設全覆蓋的設備管理數字化系統的方式

數字化的設備管理系統應既涵蓋設備一生的工作流程，又能監控采集設備的實時信息。

首先，企業遵循設備綜合管理的理念，圍繞追求設備壽命周期費用LCC最佳，統籌規劃，由設備部門發揮專業優勢“牽針引線”，組織確定企業各部門在設備的“選型、購置、安裝調試驗收、使用維護、修理改造、事故處理和報廢等”一生環節的職責、業務流程和工作標準，以及應采集設備信息的名單和考核指標等。并且實現日常管理信息化（無紙化）。其次，企業實施其他數字系統如涉及設備時，其工作流程應符合既定的設備管理流程，凡在名單內的設備信息均應采集（如下面舉例的MDC數據管理系統），并能傳輸到另一個指定的平臺/信息系統。企業將這些采集的設備數據和流程整合開發，形成企業的設備數字管理系統。該系統應具備涵蓋設備一生的工作流程、采集設備實時狀態信息和統計分析功能等。

2.2 統籌策劃，從“源頭”抓起

企業應統籌規劃，讓設備部門盡早參與涉及設備的數字化管理系統調研選型階段的工作，發揮其專業優勢“牽針引線”，遵循設備綜合管理的理念，提出有關設備管理的要求。

例如，生產計劃部門牽頭實施MDC數據管理系統（以下簡稱系統）項目時，設備部門可圍繞設備綜合效率OEE中的時間開動率、性能開動率、合格品率和維修費用等提出應采集的有關設備的信息：（1）系統設計原則應遵循國內、國際和相關的行業標準，如《國家智能制造標準體系建設指南》和GB/T37393《數字化車間 通用技術要求》等；（2）系統可對車間內數控設備進行聯網、監控、采集、數據傳輸、分析和展示；（3）系統的信息可導出，也可與企業現有的其他管理系統實現數據互通；（4）可進行后續開發。充分考慮建成的系統具有擴展性和互聯性，既滿足當前可實現的應用要求，又能適應今后系統擴展的需要；（5）系統支持市場主流的多種數控設備控制系統，能夠監控設備的實時狀態（工作、空閑、故障、維修）、報警信息、聯網狀態、電壓、電流、主軸轉速、各軸坐標信息等，并可以一條程序運行過程的形式展示相關數據；（6）聯網設備自身配置的數控系統，應具有自身監測和狀態故障診斷的功能，并能傳輸信息；（7）系統可關聯或配備設備技術狀態劣化（故障）模型和策略的“專家庫”，實現設備故障分析及故障預測功能。支持對設備報警信息和故障狀態進行記錄（包括歷史故障查詢、故障時間分布、故障概率分布、全部設備故障對照等），實時顯示故障設備信息和報警，對采集的數據可以從數據庫中導出，并以Excel等結構化格式進行保存；（8）系統具備計算設備綜合效率OEE、設備的平均故障間隔期MTTR、平均修理時間MTBF、停機待修時間MWT、單臺設備可利用率等指標統計功能。實時獲知每臺設備當前加工的工件和工件生產數量、工件的實際加工時間。實現設備歷史狀態展示，可查詢出某時間點設備加工的產品，以及某段時間內設備加工的產品；（9）系統具備數據傳出和導入功能，采集的數據可實時傳輸到企業制定的信息系統（平臺）；當從財務系統導入維修數據時，系統具備統計維修開支的功能，將每次設備故障和修理所發生的各種費用應關聯顯示；（10）做到目視化管理要求：可根據車間現場的設備布局情況設計制作布局圖，并直觀展現現場設備的實時狀態。支持以餅圖、柱圖、統計表格等多種形式計算展示設備開機率、設備故障率和廢品率等信息。

2.3 通過數字化建設，實現設備管理精細化

設備管理實現數字化后，管理的策略和方法都有改變和提升，維護修理實現了精益化和透明化，更有利于追求壽命周期費用LCC最佳。

（1）實現狀態維修CBM，避免設備“突發”故障。企業通過數字化建設實現了實時、全面和連續采集設備技術狀態信息，設備部門可實時掌握設備技術狀態和劣化趨勢，可及時準確地制訂和安排設備的維護修理和更新改造等工作，提高維修效率，減少維修停機時間，避免設備“突發”故障而影響生產。設備日常維護修理工作從以時間為基礎的預防維修和事后維修轉變為狀態維修CBM。

（2）實現設備管理透明化。通過數字管理系統可對設備一生各個環節的工作進行實時查詢和展示，便于全方位的監督和考核。

（3）建立和數字系統關聯的設備技術狀態劣化（故障）模型和策略的專家庫，提高故障診斷的準確性和工作效率。設備部門組織設備維修人員維護組、操作者、工藝技術人員和調度人員，甚至借用設備生產廠家的力量，用故障樹分析法FTA、故障模式影響與嚴重性分析法FMECA、“頭腦風暴法”和5W2H等科學方法，找出設備每個可能的故障、故障機理、對應的修理技術方案工藝要求、監測項目和數值范圍。要求如下：①全面查找確定設備可能發生的故障，尤其是影響產品質量和產量，導致人身安全事故、環境污染的設備事故和故障，以及修理周期長、維修復雜，備件供應困難的設備故障；②查找確定設類備故障的早期征兆，以及能夠反映掌握設備技術狀態的項目（判斷和預測設備故障劣化的發展趨勢和嚴重程度）；③確定監測的設備部位、方法、監測周期、基礎數據（正常、預警、故障）等；④確定的監測采集信息項目要定量化。

專家庫應是開放性的，可以和企業任何數字管理系統關聯；要做到PDCA循環和持續改進，定期檢查并補充完善。

2.4 制定更科學的管理目標

實現設備管理數字化后，應制訂更科學的管理目標，促使生產計劃、車間、工藝和物資供應等部門和設備管理部門齊心合力做好設備管理工作。如采用國際上常用的設備綜合效率OEE。其公式如下。

公式顯示，如果由于日常維護保養和修理不善會造成設備性能劣化或故障，會導致時間開動率、性能開動率和合格品率下降，體現出對企業生產經營的影響；可指導日常維護修理等工作，以及開展追求設備壽命周期費用LCC最佳的活動。其它指標還有平均故障間隔期MTTR、平均修理時間MTBF、停機待修時間MWT、單臺設備可利用率等。

2.5 其他

（1）企業數字化建設是一項長期性工作，涉及企業各方面，包含技術、管理和服務等方面，且數字系統上運行的不少信息涉及企業的核心機密。企業必須建立一個可靠可信、懂技術會管理的部門負責日常管理，如軟硬件的日常維護、改造、二次開發和保密等。（2）確定重點設備時，應依據數字管理信息系統獲得的設備日常使用頻率、承擔的產品和工序等真實情況。（3）設備實現數值化實時監控后，維護組和設備部門仍應開展日常現場檢查。（4）企業要舍得給設備配備監測傳輸儀器。有統計數據就顯示，鋼鐵、電力、化工等設備先進、資金密集、連續運轉的行業，給設備配套的監測傳輸儀器的投入一般只占設備初期總費用的1%～5%，與突發故障停機造成的損失比較非常小。（5）企業開展數字化建設要善于“借助外腦”以少走彎路。如多外出調研取經學習，根據自身實際情況慎重挑選數字化的合作伙伴等。

3 結語

設備管理實現數字化，是建設數字化企業工作的重點，也是設備管理的提升。其建設需要統籌策劃和全員參與，應從思想、組織、人、財、物等方面予以保障。