基于iMOM 的离散制造机加工车间的设备维保管理功能的设计与实现

离散制造的机加工工艺属于设备密集型工艺类型，设备的稳定可用是保证产能的关键因素。但离散制造企业普遍具有多品种、小批量的特点，造成生产节奏不稳定，容易对设备维保任务执行的及时性、规范性产生影响，造成设备故障等突发因素，进而进一步影响后续生产任务的安排。为解决上述问题，本文提出基于智能制造运营管理系统iMOM 实现面向离散制造机加工车间的设备维保管理解决方案，使得设备维保管理与车间生产管理紧密集成，既支持设备维保任务规范执行， 又确保设备维修保养与生产任务安排产生有效互动，保证车间生产的顺畅性。

引言

生产设备是企业生产顺利进行的重要保障，是企业资产的重要组成部分，是决定企业生产效率和质量的关键因素。在设备密集型的离散制造企业，随着企业生产订单和品种增多、生产组织变得更为复杂，生产管理的不确定性越来越凸显。设备的健康状态，成为生产计划排产和现场作业波动的一个重要因素。

机加工工艺是离散制造业常见的工艺类型，计划排产较为复杂和困难。对于典型的机加工车间，设备的产能决定整个车间的产能。因此，机加工车间生产效率的提升通常从2 个方面着手，一是提升计划排产的合理性和可执行性，二是保证设备的稳定可靠运转。这2 个方面都与设备运维及设备管理有着紧密的关系。

如今市场经济快速发展，科学技术不断进步，离散制造业的智能化也不断升级，设备维保管理既要满足流程化、自动化、智能化的要求，又要满足生产管理灵活性的需求， 为计划排产和现场作业实时提供生产能力信息。

问题分析

离散制造的产品多为多品种小批量，生产组织复杂， 计划排产困难，需要综合考虑人机料各种因素。另外， 临时插单多，多数订单具有定制化特点，车间质量、工艺等异常多，造成生产节奏不稳定，进而影响设备维保执行的及时性、规范性，造成设备的突发故障较多。若设备的可用、维修和保全等状态不能实时传递给生产管理人员，会影响计划的可执行性，进一步造成车间生产的临时调整，加剧车间生产的无序性。总的来说，主要体现在以下几个方面。

2.1 　设备维保管理未与生产管理有效集成，设备异常状态易影响计划排产的可执行性

离散制造机加工车间，设备数量众多，种类繁多， 采用独立的设备管理系统无法实现与生产管理系统有效的集成与信息交互。企业在进行生产计划排产时，无法实时获取设备的状态信息，导致生产计划的可落地性差， 加剧了生产管理的不确定性。

2.2 　设备保全计划执行的规范性难以保证

设备保全计划靠纸质管理的情况下，缺少确保是否按计划执行的有效管控手段。保全计划执行条件较差， 靠表格勾画记录检查结果，检查过程不规范，漏检、重检经常发生；不同类型设备的保全结果很难实时共享和查询。在使用独立的设备维保系统的情况下，设备保全周期不同，手工制定的保全计划，很难如期安排保养， 容易遗漏和逾期，特别是当生产任务与设备保全任务的时间冲突时，容易出现设备连续投入生产而忽略按时保全的情况，埋下故障隐患，导致设备故障增多，进而加剧了生产节奏的不稳定。

2.3 　设备数据统计困难，很难形成知识库

与设备相关的数据采集，如每台设备的运行情况、维修次数、保全周期和频率等，靠纸质管理或者采用独立的设备维保系统的情况下，设备维护保养履历与生产过程数据分布零散，造成数据统计困难，历史数据的记录和存储无法进行追溯和跟踪，数据处理和分析需要人工进行汇总分析，很难为企业的生产实绩及设备维保的持续改进提供综合数据支撑。

系统设计

针对离散制造机加工车间设备维保的以上问题，本文以国机智能技术研究院自主研发的智能制造运营管理平台iMOM 为框架，对设备维保管理的相关功能进行设计和实现，构造设备维保管理与生产管理紧密结合，建立透明的现场设备维保管理体系，为生产管理的有效性、灵活性提供有效的流程和数据支撑。

基于上述需求，构建设备维保管理解决方案整体运行模型，设备维保系统由设备台账管理、设备保全管理、设备维修管理、备品备件管理和设备KPI 管理5 大模块组成。

上述解决方案中，设备台账管理模块作为核心模块， 汇总设备的所有信息，并将相应的信息反馈到iMOM 的计划排产模块中，实现设备维保管理与生产管理紧密结合，增加生产管理的灵活性，减少车间现场的不确定性。设备维保管理解决方案总体流图如图1 所示。

图1 　设备维保管理解决方案总体流图

设备维保管理与生产管理的紧密结合，主要体现在以下2 个方面：

1）设备保全管理模块增加松弛时间和延迟提醒，保障保全计划的顺利执行。在设备保全管理模块中，设备维保人员可根据现场的实际情况，定义保全计划的松弛时间和延迟提醒，当设备保全计划与生产任务冲突时， 一方面，设备可进行优先级更高的生产任务，确保保全计划在松弛时间内完成即可；另一方面，系统会向相关人发送延迟执行的保全计划，提醒相关人在生产任务结束后及时进行设备保全，确保在最小程度打断生产任务的情况下，保全计划能被有效执行。

2）设备维修管理模块增加与计划排产模块和现场作业模块的信息交互。设备维修管理模块的流程图如图2 所示，当设备发生故障时，系统会向计划排产模块发出预警，计划排产模块接收到预警信息后，将冻结指派到该设备下的工序计划和作业任务，并在后续的计划排产中，不再将工序计划指派到该设备上；当设备故障解除后， 计划排产模块解除预警，解冻该设备的工序计划和作业任务，从设备维度保证生产的顺畅。

图2 　设备维修管理模块流程图

当车间现场的设备发生故障时，可从iMOM 的现场作业工作台触发设备报修，系统自动暂停现场作业任务， 进入故障报修流程，待设备故障解除后，车间现场继续作业任务。从而减少了车间现场的报修流程，缩短了因设备故障导致的停机时间。

功能实现

针对上述系统的设计方案，对设备维保管理模块5 大功能实现如下。

4.1 　设备台账管理

设备台账管理模块汇集了设备基础数据、设备保全记录、设备故障维修和备品备件等模块的信息，帮助企业建立完备的设备电子档案。在本解决方案中，设备分为设备类、设备和单机设备3 个层级，各个层级的颗粒度根据企业对设备管理的规范性进行划分。单机设备主要包含3 类信息，如图3 所示。

设备基础信息，如设备编码、设备名称、设备规格、设备型号、设备类、设备ABC 分类、标准装备标识、特种设备标识、供应商、单机设备数量、设备原值、净值和折旧年限等属性；设备附件信息，可提供设备图片、文档及附件的上传和预览查看功能；设备履历信息，能够根据设备唯一编码，检索到该设备历史运行维护情况， 汇集设备维修记录，支持按照不同的故障、原因形成设备维修经验库。

图3 　单机设备信息

完整的设备台账，让设备档案信息一目了然，输入设备唯一编码，即可检索出设备的资产信息、附件信息和履历信息。另外，设备台账信息，跟生产管理紧密相连，计划排产时，“故障”“保全”“停机”状态的设备， 将无法进行生产任务的指派，从而在设备层面保障生产计划的顺利执行，从源头消除设备因素为生产管理带来的不确定性。

4.2 　设备保全管理

设备保全管理模块，据保全责任方的不同，分为由操作工进行的自主保全和由专业的维修人员进行计划保全。

设备管理人员根据设备类型，提前定义设备的保全类型、保全日历、松弛时间和保全方法，包括维护易损件的更换等项目。保全规则制定完成后，系统可针对不同的设备，根据保全日历自动批量创建保全任务给指定人员，对于临时发起的保全任务可手动创建。

保全人员可在现场终端执行保全任务，触发设备状态变更为“保全”，同时记录保全任务的操作人、点检、润滑和备件更换等操作记录。在点检时发现设备故障， 还可一键创建报修单，并通过站内信和短信方式发送给相关维修人员，缩短设备等待时间。

为满足生产灵活性要求，对于需要紧急保全的情况， 可手动制定保全任务；还可提前设定保全计划的松弛时间，允许在松弛时间内完成保全任务，对于延迟的保全任务，系统会通过站内信和短信给相关人，提醒按时完成保全任务，在一定程度上增加了保全任务的柔性，解决了设备生产任务和保全任务在时间方面的冲突。

流程化的设备保全机制，避免了设备保全的不规范、不及时和漏检的情况发生，让设备处于健康的保全 状态。

4.3 　设备维修管理

在执行保全任务或现场作业时，设备发生故障，可通过工人执行生产任务的现场作业工作台一键创建故障报修单，记录设备名称、故障现象和故障位置等信息。

报修单创建后，系统自动发送站内信和短信给设备维修人员，设备维修人员对报修单进行确认，系统自动触发设备的状态由“正常”变更为“故障”，同时对计划排产模块进行预警，计划排产将冻结该设备的工序计划和作业任务。维修人员将创建维修任务，下发给具体的维修工人。维修工人在执行设备维修的过程中，对故障原因分析及对策、维修结果、备件更换信息和维修人员工时明细等信息进行记录和反馈，最终生成单机设备的维修记录。维修结束后，系统通过站内信或短信通知相关人员对维修结果进行审核确认，并对其维修工作进行验收。

若验收时发现故障尚未解决，则重新进行维修；若设备恢复正常，完成验收，同时设备状态自动由“故障” 变更为“正常”，同时解除计划排产模块的预警。

上述流程操作，支持在PC 端和移动端操作。及时维修处理机制，极大缩短了设备的维修时长，让设备发生故障后能快速投入生产。同时，详细的维修记录，可供设备管理人员进行详实的故障分析，根据故障位置和故障原因，及时调整设备保全规则，对常见的故障进行预防， 从而避免设备处于抢修的状态。

4.4 　备品备件管理

备品备件管理模块，包含备品备件的更换、出库管理和入库管理。

设备在执行保全任务或维修任务时，若需要进行备品备件更换，系统可发起备品备件更换流程（可提前定义备品备件更换规则，或根据实际情况进行指定备品备件的更换），进而触发备品备件的出库申请流程，执行备品备件出库，记录备品备件出库的库区、库位、批次和数量信息后，执行记账操作，更新库存账。

其中备品备件更换记录会记录备品备件更换时间， 结合备品备件设备最大运行时间和设备运行累计时间， 可用于备品备件时效性管理，对超出设备最大运行时间的备品备件，通过系统信息和短信的方式，给相关人员相应的提示信息，进行设备故障的预防。

另外，备品备件更换记录中备品备件成本，可形成当前单机设备的维修耗材成本。

4.5 　设备KPI 管理

设备KPI 管理模块，可根据设备运行数据进行科学的数据分析，随时随地输出多维度的分析报表或图表， 直观地发现问题，及时对异常情况做出反馈，避免由此带来的浪费，提高设备管理水平。设备维保管理解决方案提供的关键业绩指标包括设备完好率、设备故障率、设备可用率、设备的平均故障间隔期MTBF、设备综合效率OEE、设备平均恢复时间MTTR 和设备停机时间等。设备KPI 部分指标如图4 所示。

图4 　设备KPI 部分指标

系统支持对设备KPI 指标的一键导出，为企业分析设备和制定相关策略提供完备的数据支撑。

结论

基于iMOM 的离散制造机加工车间设备维保管理解决方案具有实时性、灵活性和集成性的特点。一方面， 基于iMOM 的设备维保管理模块，将设备维保管理流程化、规范化的同时，也将设备的运行状态和健康状态， 通过数据的形式进行实时展现，让企业管理者实时了解设备的各种信息，发现问题，及时分析和调整，用数据为生产决策提供依据，保证生产效率；另一方面，将设备维保管理业务与企业生产管理业务基于iMOM 平台进行紧密集成，把企业的设备状态信息及时反馈给生产管理人员，跟企业的生产管理和车间作业紧密关联，从设备维度确保生产计划及执行的顺畅性，同时又避免生产一线人员操作MOM 和设备管理两套系统的问题。