周躍進，蘇新斌，沈舫濤，程 萌，朱金霞

(南京大學(xué)工程管理學(xué)院，江蘇 南京 210093)

設(shè)備是企業(yè)生產(chǎn)的主要物質(zhì)基礎(chǔ)和必要條件[1]，設(shè)備管理是一門將技術(shù)、經(jīng)濟、管理等諸因素綜合起來對設(shè)備進行全面研究的學(xué)科，它的研究對象是設(shè)備;它的目的是追求設(shè)備壽命周期費用最經(jīng)濟及設(shè)備綜合效能最高;它的任務(wù)是采取一系列措施對設(shè)備進行綜合管理，保持設(shè)備完好，利用修理、改造和更新等手段，恢復(fù)設(shè)備的精度和性能，保證產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量以及設(shè)備的安全運行，降低消耗和成本，提高企業(yè)經(jīng)濟效益。

某大型車輛制造企業(yè)因特殊要求開發(fā)了定制化的設(shè)備管理信息系統(tǒng)，并將其與企業(yè)使用的商品化的ERP系統(tǒng)實現(xiàn)了集成，但在使用中遇到了以下問題。當設(shè)備發(fā)生故障時，操作者填寫設(shè)備故障信息單，然后將故障信息單提交給車間設(shè)備管理人員，由設(shè)備管理人員通知維修人員來維修，并將故障信息單上的信息錄入到設(shè)備管理信息系統(tǒng)中。此時，設(shè)備的狀態(tài)由“完好”變成“在修”。由于設(shè)備管理人員工作繁忙無法實時錄入設(shè)備故障信息單，導(dǎo)致設(shè)備管理信息系統(tǒng)中的設(shè)備狀態(tài)信息與實際設(shè)備狀態(tài)信息不一致，設(shè)備管理信息系統(tǒng)難以發(fā)揮應(yīng)有的作用。為了解決這一難題，本研究嘗試采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)設(shè)備故障狀態(tài)信息的實時采集與更新。

國外許多商品化的設(shè)備管理信息系統(tǒng)軟件，如SAP系統(tǒng)中的PM(Plant Maintenance)模塊結(jié)合SAP系統(tǒng)其他模塊功能，實現(xiàn)設(shè)備全生命周期的管理，能基于設(shè)備的資產(chǎn)價值信息做出更加合理的維修決策[2]。國內(nèi)也有一些商品化的設(shè)備管理信息系統(tǒng)軟件，如陽光通用設(shè)備管理系統(tǒng)(Sunshine EAM)，基本包含了設(shè)備管理的全部內(nèi)容，并能實現(xiàn)工作流控制，此外還有起點科技設(shè)備管理軟件、維克設(shè)備管理系統(tǒng)等。

不少企業(yè)根據(jù)自己的特殊需求，開發(fā)定制化設(shè)備管理軟件，其優(yōu)點是完全符合企業(yè)的設(shè)備管理習(xí)慣和要求，缺點是開發(fā)周期較長，開發(fā)成功后的維護升級需要開發(fā)者的幫助。

無論是商品化的設(shè)備管理軟件還是定制化的設(shè)備管理軟件，存在的共同問題是難以實時采集設(shè)備的故障狀態(tài)信息，導(dǎo)致設(shè)備管理信息系統(tǒng)中的設(shè)備狀態(tài)信息與實際設(shè)備狀態(tài)不一致，難以發(fā)揮設(shè)備管理信息系統(tǒng)的效能。這個問題不解決，設(shè)備管理信息系統(tǒng)就難以真正發(fā)揮作用。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述

1.1 物聯(lián)網(wǎng)的基本概念

物聯(lián)網(wǎng)是通過射頻識別(RFID)、無線傳感網(wǎng)絡(luò)(WSN)、全球定位系統(tǒng)(GPRS)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任意物品的信息與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)對物品的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)[3－4]。

從技術(shù)架構(gòu)上來看，物聯(lián)網(wǎng)分為3層:感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。感知層由各種傳感器以及傳感器網(wǎng)關(guān)構(gòu)成，用來識別物體，采集物體的狀態(tài)信息;網(wǎng)絡(luò)層由各種私有網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)、有線和無線通信網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)等組成，負責(zé)傳輸和處理感知層獲取的信息;應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)和用戶的接口，它與行業(yè)需求結(jié)合，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的具體智能化應(yīng)用[5]。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用

目前，物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)涉及到綠色農(nóng)業(yè)、工業(yè)監(jiān)控、公共安全、城市管理、遠程醫(yī)療、智能家居、智能交通和環(huán)境監(jiān)測等，而且已經(jīng)有了一些成功應(yīng)用的案例。

根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)理念，針對設(shè)備故障狀態(tài)監(jiān)控問題，可以通過在車間設(shè)備上部署傳感器網(wǎng)絡(luò)等物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)裝備，通過人工干預(yù)方式實現(xiàn)設(shè)備故障狀態(tài)信息實時采集，并利用應(yīng)用層的設(shè)備管理信息系統(tǒng)進行信息的匯聚、交互、整合、挖掘、應(yīng)用等，向設(shè)備使用單位、設(shè)備管理部門、安全監(jiān)管部門等用戶提供信息服務(wù)，以信息化手段實現(xiàn)高效、實時的設(shè)備管理。

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和理念，在已經(jīng)開發(fā)的設(shè)備管理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，嵌入無線傳感網(wǎng)絡(luò)，當設(shè)備發(fā)生故障時，由操作者在智能設(shè)備報修終端上按下相應(yīng)的按鈕，設(shè)備故障狀態(tài)信息即可通過傳感網(wǎng)傳送到智能設(shè)備管理服務(wù)器，再通過企業(yè)局域網(wǎng)傳送到設(shè)備管理信息系統(tǒng)中，設(shè)備的狀態(tài)信息就能被實時更新，從而確保設(shè)備狀態(tài)信息與設(shè)備實際狀態(tài)相一致。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備管理信息系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括企業(yè)局域網(wǎng)(以太網(wǎng))和無線傳感網(wǎng)。無線傳感網(wǎng)包括智能設(shè)備報修終端和管理服務(wù)器。智能設(shè)備報修終端具有2.4G無線通訊功能，實現(xiàn)與智能設(shè)備管理服務(wù)器的實時通訊;在智能設(shè)備報修終端上可任意定義一組設(shè)備，并對每個設(shè)備具有故障申報與修復(fù)完成的信息播報功能。管理服務(wù)器具有LED顯示功能并有RS－232通訊接口，可實現(xiàn)與智能設(shè)備報修終端的無線通訊和與以太網(wǎng)的通訊(采用TCP/IP協(xié)議);管理服務(wù)器記錄、處理并存儲智能設(shè)備報修終端發(fā)送的信息，并將信息通過以太網(wǎng)傳送到設(shè)備管理信息系統(tǒng)中。

圖1 設(shè)備管理管理信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

企業(yè)局域網(wǎng)上運行多個企業(yè)管理信息系統(tǒng)，其中包括設(shè)備管理信息系統(tǒng)。這種系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，方便企業(yè)管理信息系統(tǒng)與智能設(shè)備報修系統(tǒng)實現(xiàn)松耦合連接。如果企業(yè)的某一個車間希望實現(xiàn)智能設(shè)備報修，配上智能設(shè)備報修終端和管理服務(wù)器即可，系統(tǒng)通過識別其ID號，自動識別相對應(yīng)的設(shè)備，其中設(shè)備與智能報修終端可以靈活定義。

2.2 系統(tǒng)功能設(shè)計

根據(jù)企業(yè)需求和設(shè)備管理實際，設(shè)備管理信息系統(tǒng)一般包含以下功能模塊:設(shè)備資產(chǎn)管理、設(shè)備前期管理、設(shè)備狀態(tài)與故障管理、設(shè)備維護維修管理、設(shè)備備件管理、人員管理、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理和系統(tǒng)管理，如圖2所示。

圖2 基于物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備管理信息系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

2.3 智能設(shè)備報修系統(tǒng)

設(shè)備管理信息系統(tǒng)實施的難點在于設(shè)備故障的自動檢測和設(shè)備狀態(tài)的實時更新，最好有一種技術(shù)能實時檢測到設(shè)備故障并及時更新設(shè)備管理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，使設(shè)備狀態(tài)信息與設(shè)備實際狀態(tài)相一致。但研究發(fā)現(xiàn)，目前很難找到這種全自動化的技術(shù)。退而求其次，借助物聯(lián)網(wǎng)，采用人工干預(yù)方式，當操作者識別設(shè)備故障時，給傳感網(wǎng)發(fā)出信息，由傳感網(wǎng)自動將該信息傳送到設(shè)備管理信息系統(tǒng)中，從而實現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)的自動實時更新。這在當前的技術(shù)條件下，不僅是可行的，而且是最經(jīng)濟、有效的方法。

智能設(shè)備報修系統(tǒng)包括無線傳感網(wǎng)絡(luò)和與企業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)(互聯(lián)網(wǎng))的連接與通訊。無線傳感網(wǎng)絡(luò)負責(zé)實現(xiàn)設(shè)備故障的自動申報和故障修復(fù)后的自動恢復(fù)，它由若干個智能呼叫終端組成，每個智能呼叫終端定義若干個設(shè)備，智能呼叫終端上對應(yīng)有設(shè)備編號，有“故障”按鈕和“修復(fù)”按鈕，智能呼叫終端采用鋁電池供電，放在設(shè)備旁。智能呼叫終端被智能設(shè)備管理服務(wù)器管理，實現(xiàn)自動信息采集和實時通訊。在設(shè)備管理信息系統(tǒng)中定義管理服務(wù)器ID和智能呼叫終端ID及其所對應(yīng)的設(shè)備，實時記錄智能呼叫終端發(fā)出的故障申報和修復(fù)信息，并將信息通過以太網(wǎng)實時發(fā)送到設(shè)備管理信息系統(tǒng)中。

設(shè)備管理信息系統(tǒng)服務(wù)器實時檢測是否與智能設(shè)備管理服務(wù)器建立連接，并通過驗證管理服務(wù)器的ID(對應(yīng)到設(shè)備所在的車間)檢驗連接的合法性，當發(fā)現(xiàn)掉線時，需要重新建立連接;當接收到管理服務(wù)器發(fā)來的數(shù)據(jù)包時，自動進行解析，對于故障申報信息，根據(jù)設(shè)備編號，將故障申報時間寫入“設(shè)備故障申報”數(shù)據(jù)庫中，并將設(shè)備狀態(tài)由“完好”變?yōu)椤霸谛蕖?對于故障修復(fù)信息，根據(jù)設(shè)備編號，將設(shè)備交付使用時間寫入“設(shè)備故障維修記錄”數(shù)據(jù)庫中，同時將設(shè)備狀態(tài)由“在修”改為“完好”，從而保證了設(shè)備的實際狀態(tài)與設(shè)備管理信息系統(tǒng)中的狀態(tài)相一致。

3 應(yīng)用效果

該系統(tǒng)已經(jīng)在南京某大型企業(yè)實際使用，除了能夠滿足企業(yè)的設(shè)備管理基本業(yè)務(wù)需求外，還具有以下應(yīng)用效果。

a.提高了設(shè)備管理效率。

在未使用設(shè)備管理信息系統(tǒng)前，企業(yè)的設(shè)備管理部門——資產(chǎn)管理部工作繁重，一方面是各車間的設(shè)備故障與維修，需要及時處理，工作像救火;另一方面是日常的設(shè)備管理工作，如設(shè)備采購、設(shè)備維修、備件管理、設(shè)備操作者管理等，有大量的文件、表格需要填寫、審批與匯總統(tǒng)計。資產(chǎn)管理部的管理人員，加班加點，還是無法按時完成設(shè)備管理任務(wù)。使用設(shè)備管理信息系統(tǒng)之后，大量的文件通過網(wǎng)絡(luò)傳遞，不僅節(jié)約了紙張，而且極大地提高了工作效率。比如設(shè)備的采購申請，過去需要花費1周甚至更長的時間，現(xiàn)在1天內(nèi)就可以完成。

b.確保設(shè)備狀態(tài)信息的實時性。

企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)和車間領(lǐng)導(dǎo)每天都很關(guān)心設(shè)備的狀態(tài)，需要及時了解有多少設(shè)備在運行，有多少設(shè)備在維修，以判斷生產(chǎn)任務(wù)是否能按時完成，并根據(jù)此信息來制定車間作業(yè)計劃。在未使用設(shè)備管理信息系統(tǒng)時，企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)只能通過打電話來了解這一信息，不僅不及時、不同步，而且不準確、不直觀。使用設(shè)備管理信息系統(tǒng)之后，尤其是采用了傳感網(wǎng)之后，設(shè)備的狀態(tài)信息一目了然。只要打開設(shè)備管理信息系統(tǒng)的設(shè)備狀態(tài)，系統(tǒng)自動顯示當時的所有完好設(shè)備和在修設(shè)備，并能查看在修設(shè)備的修理細節(jié)，如開始修理時間、修理次數(shù)等。

c.方便統(tǒng)計設(shè)備管理績效數(shù)據(jù)。

設(shè)備管理的績效是反映企業(yè)績效的重要指標，目前有4個關(guān)鍵設(shè)備管理績效指標:設(shè)備故障停機率、設(shè)備完好率、平均故障修復(fù)時間和平均故障間隔時間。過去用手工方式統(tǒng)計這4個指標時，各車間要花費相當長的時間，資產(chǎn)管理部匯總之后，還要進行繁瑣的計算，才能得到統(tǒng)計結(jié)果，計算過程中還容易出錯。使用設(shè)備管理信息系統(tǒng)之后，系統(tǒng)自動、隨時統(tǒng)計單臺、全車間、全企業(yè)的設(shè)備管理績效指標，并自動生成統(tǒng)計報表，極大地體現(xiàn)了信息系統(tǒng)的優(yōu)勢——快捷、方便、高效。

d.方便設(shè)備管理實時決策。

由于設(shè)備管理信息系統(tǒng)提供了實時的設(shè)備狀態(tài)與故障數(shù)據(jù)，車間和資產(chǎn)管理部門根據(jù)設(shè)備管理信息系統(tǒng)提供的信息，可以進行實時的維修保養(yǎng)決策，從而確保了設(shè)備完好率的提高;生產(chǎn)管理部門可以根據(jù)設(shè)備狀態(tài)信息，及時調(diào)整生產(chǎn)計劃，確?？蛻粲唵蔚陌磿r完成。

4 結(jié)束語

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和成熟，基于物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用已經(jīng)越來越普及。在工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中，由于有噪聲、振動、灰塵、污染等，對傳感網(wǎng)系統(tǒng)有特殊的要求，不僅要求其硬件具有良好的性能和抗干擾能力，而且要求其軟件具有更大的柔性和適應(yīng)性。在人－機交互方式下，還要考慮避免人為出錯的情況發(fā)生。只有多管齊下才能確保系統(tǒng)安全、可靠地工作。當然，對于經(jīng)濟實力強大的大型工業(yè)企業(yè)，采用完全自動化的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測在技術(shù)上也是可以實現(xiàn)的。

本研究應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，利用人工干預(yù)方式解決設(shè)備管理中的故障實時申報問題，確保設(shè)備管理信息系統(tǒng)中的設(shè)備狀態(tài)與實際設(shè)備狀態(tài)相一致，所需的硬件投入非常低。經(jīng)過企業(yè)實際使用，取得了明顯成效。

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