王國富　汪建余　連杰

摘 要：沖壓壓力機(jī)作為汽車制造行業(yè)表面件加工的設(shè)備，具有多工況，變載荷、重載荷的特點，在零件加工過程中需要持續(xù)往復(fù)運行。隨著設(shè)備的負(fù)荷不斷增大使用年限地不斷增長，一些大型的機(jī)械故障也因為磨損、疲勞以及維護(hù)保養(yǎng)不及時徹底等因素而開始出現(xiàn)，且出現(xiàn)頻次逐漸增高。在既有的正常點巡檢和例行檢修保養(yǎng)的前提下，一些故障和問題仍無法及時發(fā)現(xiàn)或提前預(yù)判，從而造成了大量的非計劃停機(jī)時間、人工成本、備件成本的投入。為此，引入了智能設(shè)備的概念，開發(fā)MDDP系統(tǒng)，實現(xiàn)設(shè)備自主監(jiān)控、診斷、決策和預(yù)測。

關(guān)鍵詞：沖壓線 智能設(shè)備 MDDP系統(tǒng) 監(jiān)控 診斷 決策 預(yù)測

Development of Intelligent Press Line Based on MDDP System

Wang Guofu，Wang Jianyu，Lian Jie

Abstract：As a surface part processing equipment in the automobile manufacturing industry， stamping presses have the characteristics of multiple working conditions， variable loads， and heavy loads. They need to continuously reciprocate during the processing of parts. As the load of equipment continues to increase and the service life continues to grow， some large-scale mechanical failures have also begun to appear due to factors such as wear， fatigue， and lack of timely and thorough maintenance， and the frequency of occurrence has gradually increased. Under the premise of the existing normal point inspection and routine maintenance， some faults and problems cannot be detected in time or predicted in advance， which has caused a large amount of unplanned downtime， labor costs， and spare parts costs. To this end， the concept of intelligent equipment is introduced， and the MDDP system is developed to realize equipment independent monitoring， diagnosis， decision making， prediction.

Key words：press line， intelligent equipment， MDDP system， monitoring， diagnosis， decision making， prediction

1 引言

放眼整個沖壓行業(yè)，由于無法實時掌握設(shè)備的運行狀態(tài)，普遍存在設(shè)備維護(hù)不及時或過度維護(hù)的問題。維護(hù)不及時是指沒有根據(jù)設(shè)備的特點和使用工況制定及時的維護(hù)計劃，導(dǎo)致設(shè)備長期處于不健康的運行狀態(tài)，極易出現(xiàn)重大異常停臺。過度維護(hù)是指頻繁的對設(shè)備進(jìn)行保養(yǎng)，頻繁拆裝，導(dǎo)致設(shè)備原有配合關(guān)系和精度破壞，加快老化、失效進(jìn)程。

因此，我們需要實時掌控設(shè)備的運行狀態(tài)，將其運行數(shù)據(jù)可視化、趨勢化、預(yù)警化，這樣就可以及時、準(zhǔn)確的進(jìn)行設(shè)備維護(hù)，將異常性停臺轉(zhuǎn)化為預(yù)防性維修。自主開發(fā)設(shè)備監(jiān)控診斷決策預(yù)測系統(tǒng)應(yīng)運而生。

目前一汽-大眾沖壓車間已通過各種途徑開始了設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控工作。就掌握的信息可知，主要有兩個方向：

（1）佛山分公司沖壓車間于2019年上線一套設(shè)備預(yù)測維修項目，通過在主要電機(jī)（主泵、控制泵）、離合器選裝給油裝置等位置安裝了振動傳感器，同時監(jiān)控設(shè)備界面獲取相關(guān)溫度，將巡檢項目從80項優(yōu)化至14項。（2）成都分公司與2018年開始進(jìn)行壓機(jī)狀態(tài)監(jiān)控和故障診斷預(yù)防維修探索，與西安交大、西安因聯(lián)科技一起通過項目立項，校企合作，共同開發(fā)運用一套監(jiān)控診斷系統(tǒng)，對壓機(jī)主傳動系統(tǒng)的運行狀態(tài)和故障診斷有了一定的理論和案例積累。

2 MDDP系統(tǒng)的框架

針對重點設(shè)備、重點部位自主開發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、故障預(yù)警、方案決策、壽命預(yù)測，實現(xiàn)以下目的：

（1）合理制定維修計劃：一方面可以隨時了解設(shè)備的運行情況，從而解決了“是否需要維修的問題”;另一方面可以分析設(shè)備的故障原因，從而解決了“該如何維修的問題”。（2）減少備件庫存：在線監(jiān)測系統(tǒng)通過了解設(shè)備現(xiàn)狀和故障原因可以很好的預(yù)測設(shè)備運行壽命，所以可以制定出合理的備件采購計劃和備件庫存數(shù)量。（3）避免突發(fā)事故造成的停機(jī)損失：不僅可以大大降低維護(hù)成本還可以減少設(shè)備停機(jī)維護(hù)時間，降低因設(shè)備長時間停機(jī)對生產(chǎn)造成的影響。（4）保障現(xiàn)場人員安全：減少現(xiàn)場工作人員進(jìn)行巡檢頻次并可以及時發(fā)現(xiàn)故障，保障了現(xiàn)場工作人員的安全。

2.1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系如下圖1所示。系統(tǒng)的信息流為如下圖2所示。

2.2 功能層面需求

整個系統(tǒng)按照功能分為4個層面：

（1）實時性-由被動需求時監(jiān)控變?yōu)樵O(shè)備自主實施監(jiān)控，信息更加全面，對比性更強(qiáng)，提高故障處理效率。（2）可視化-監(jiān)控內(nèi)容以及進(jìn)程在交互界面顯示。（3）全面性-囊括溫度、震動、流量等多種監(jiān)控信息。（4）對照性-將液壓、啟動圖紙嵌入顯示界面，在設(shè)備工作時，根據(jù)動作時序，在圖紙上直觀展現(xiàn)出來。

（1）超閾值警告-超過設(shè)定報警值提醒并停機(jī)。（2）趨勢報警-不良趨勢持續(xù)指定時間報警提醒。（3）突變報警-監(jiān)控信號出現(xiàn)大的轉(zhuǎn)折圖片報警并停機(jī)。

（1）提示處理解決方案-積累故障，建立對應(yīng)解決方案數(shù)據(jù)庫。

（1）部件生命周期預(yù)測提醒-積累大量樣本。下圖3為系統(tǒng)整體框架。

3 MDDP系統(tǒng)的實現(xiàn)

3.1 監(jiān)控層面—實現(xiàn)可視化

在監(jiān)控層面將設(shè)備重點部位的壓力、震動、溫度、流量等參數(shù)做到WINCC界面中，實現(xiàn)實時監(jiān)控。

3.2 診斷層面—異常趨勢發(fā)現(xiàn)問題

通過對采集的信息設(shè)定閾值，可以進(jìn)行問題診斷，不同的閾值對應(yīng)不同的反應(yīng)機(jī)制，或預(yù)警或報警。以下為診斷功能實際應(yīng)用案例，通過壓力趨勢異常發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱性漏油問題。

3.3 決策層面—維修知識庫輔助決策

通過積累維修知識庫，將故障用關(guān)鍵詞或地址分類。故障出現(xiàn)時自動匹配，彈出維修策略。

3.4 預(yù)測層面—大數(shù)據(jù)應(yīng)用預(yù)測備件壽命

預(yù)測主要針對備件壽命，通過關(guān)聯(lián)備件入庫、出庫、安裝和報廢時間，記錄整個生命周期的數(shù)據(jù)。下圖7案例通過對設(shè)備內(nèi)部軸承的震動頻譜進(jìn)行采集分析，結(jié)合SKF 40年軸承制造的數(shù)據(jù)，能夠準(zhǔn)確的得出軸承的健康狀態(tài)和缺陷位置以及缺陷程度，甚至能夠預(yù)測軸承剩余壽命。

4 結(jié)語

MDDP系統(tǒng)的作用主要包含以下幾方面：

優(yōu)化檢修計劃：通過目視化可以直觀的看到設(shè)備各部分的運行狀態(tài)，無需進(jìn)行周期性檢查，累計優(yōu)化檢修項目120項;

避免異常停臺：通過診斷預(yù)警功能提前發(fā)現(xiàn)異常趨勢，累計避免停臺3500min;

優(yōu)化備件費用：通過大數(shù)據(jù)應(yīng)用預(yù)測備件壽命，精確指導(dǎo)采購計劃，僅軸承一項累計節(jié)約30萬元。

后續(xù)將著重在數(shù)據(jù)積累和網(wǎng)聯(lián)化方向努力。通過積累數(shù)據(jù)，能夠形成沖壓車間設(shè)備特有的大數(shù)據(jù)框架，支撐設(shè)備自主決策，自主管理;網(wǎng)聯(lián)化能夠?qū)崿F(xiàn)多終端設(shè)備管理和遠(yuǎn)程輔助。

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