设计策略

实施智能设备联网，建立参照制造企业信息化的管理思路，整合公司以及外部管理专家建议，结合多年的管理信息化项目经验和信息化成果，包括服务器端与网络建设、服务器端软件开发、设备端的程序开发、设备与服务器端标准接口文件的设计，连接公司的MES和SAP来进行数据交换，MDAS端接口和报表系统的开发。

通过大量前期调研和试用国内外、各行业的机加工设备应用，依据变速器产品全生命周期技术和管理要求，选取了适用于汽车零部件制造行业，国内外知名软件商的行业标杆软件平台。在信息化方面，本设计实现了信息化、自动化、智能化与生产制造过程的紧密结合。

整体方案

设备自动化控制系统PLC定义的标准接口协议（OPC协议）及接口定义进行通信：实现MES与PLC之间包括工件到位、保存数据、保存完成及验证完成四个信号交互，其他信息通过PLC或者MES实时地写入定义好的DB地址，由PLC或者MES到标准的DB地址获取对应的信息，实现数据采集、设备监控、生产控制等相应的功能。系统设计如图1所示。

图１ 设备系统设计

具体实施内容如下：

１）MDAS根据需求和相关规则，自动分解出自制件缺件数和日生产计划数（投料），由生产调度确认后，下达计划。

２）各车间生产领班定期维护排产相关参数。

３）MDAS根据需求数据、当前在制品和库存数据，考虑排产参数和规则，自动生成设备排产计划，经车间领班确认后，生成生产作业指令。

４）设备排产计划作为后续实际设备OEE计算的基准，并与生产实绩进行跟踪。

５）通过企业微信发送生产安排。

６）设备关键故障信息，通过企业微信进行推送。

网络部署

设备联机采用私有网络，设备通过私有网络连接到服务器机房总交换机，不影响现有生产设备网络，方便维护和管理。

生产局域网络系统所采用的元器件均为国内外知名品牌产品。硬件设备采用经过严格测试的、符合工业环境的硬件产品，抗干扰性和运行环境温度都满足工业现场标准。以太网线等传输介质符合工业现场要求，具有良好的抗干扰性、抗拉伸、抗挤压性。

数据仓库区是平台的核心，为关系型数据提供业务逻辑复杂的计算服务和存储，数据仓库是基于MPP体系架构的。在数据仓库区建立企业级的数据模型，以范式化加工后的数据模型供统计分析类应用使用，包括基础数据、业务数据和指标数据。

实时分析区是实时/准实时业务需求，提供结构化数据或非结构化数据的实时加工处理分析，支撑生产设备的在线实时监测、生产过程监控等应用。实时分析区的分析结果也可以作为数据仓库区的数据源。

设备实施功能

（1）实时监控

展示车间各设备采集的实时数据（图2），包括主轴电流、刀具速度等，可以实时展示该设备采集点明细，并显示该采集点最近10min的实时数据和最近1h的历史数据。在历史数据项，可以选择任意时间段，查询该时间段内的历史数据曲线。同时系统支持多采集点对比展示。同时，超出设备预警线，系统会自动报警，并通过企业微信推送相关人员。

图2 实时监控图

（2）生产报工

汽车零部件制造型的生产属于典型的离散制造模式，针对此情况，该系统实施生产报工及智能排产。系统展示设备主数据、设备维保计划数据，由SAP向MDAS定期同步。在制品数据、订单工艺路线、生产订单和看板数据由MES定期同步到MDAS，并考虑热前第一道工序单张看板数量和单次生产经济批量：单张看板数量的整数倍，根据班产参数和可用的第一个班次开始时间，计算第一道工序计划，超过该班产的数量安排到下一个可排班次上，优先安排当前工序的在制品数计划，然后再根据上道工序的计划完成时间，计算未来当前工序的设备排产计划，各工序从前往后、按照时间先后顺序进行，各工序依此类推。

领班对车间设备排产调整确认，当前生产班次不允许修改；车间领班确认后的设备排产计划，生成或导出生产作业指令：系统自动采集设备已加工零件数量，实时显示在“设备自动计完工数”文本框。若设备自动计完工数>看板卡可报工数，设备自动采集的完工数记到下一看板卡。

（3）设备维护

在设备正常生产时间内，系统识别设备的状态，包括运行、空闲、故障及关机，由操作工对非正常设备状态进行维护，维护的设备状态原因参考车间板报上的JPH损失分类，包括设备故障、检验、待料、产品切换、工装切换、刀具切换、其他及调试首件等。

JPH(每小时工作量)=合格零件数/净运行时间（1）在车间机床设备上的IPC屏幕软件中，设置了当前班次JPH数据查询入口，显示当前班次开始截止到当前时间前一个时间段的JPH数据，对于未达标的数据以红色的颜色醒目展示。

同时，在当前窗口中，以滚动消息的形式，提示操作工有未达标的JPH数据（图3），注意及时维护损失原因状态。

图３ JPH监控图

（4）OEE报表

OEE(全局设备效率)是TPM(全员设备维护)的一个常用指标。它作为设备损失的一个关键指标，由日本设备维护协会(JapanInstituteofPlantMaintenance，JIPM)创建。OEE是对投资价值的一个测量。OEE测量设备的可用率、性能效率和质量合格率。监控和改善OEE的目的是寻找改善机会和归档预期的设备利用率增加，进而增加产出(收入)，降低成本，降低库存(要求的运作资金)和降低净固定资产(提高投资效率)。监控和改善OEE的目标是提高设备的整体利用。这会引起高产品产出、低成本、降低的库存和净固定资产(提高投资效率)出来，同时也包含其相应损失。

ΣOEE（设备综合效率）=Σ可利用率*Σ性能效率*Σ质量合格率（2）Σ可利用率=Σ实际运行时间/Σ应运行时间（3）=（Σ班次时间-Σ计划停机时间-Σ非计划停机时间）/（Σ班次时间-Σ计划停机时间）Σ性能效率=Σ理想加工时间/Σ实际运行时间（4）

该系统从组织结构上来看可以是工厂－车间－班组－设备这样来区分，用户可以选择时间维度（日、周、月、年）进行OEE累计查询，系统生成不同车间的OEE累计指标；系统支持点击某个车间的柱状图形，生成该车间下的分班组OEE累计指标；系统支持点击某个班组的柱状图形，生成该班组下的分设备OEE累计指标。

按照工厂进行统计，展示每天表现最差的前10个OEE设备数据，显示包括OEE指标（图4）、设备运行效率、性能效率、不合格率各类指标数据，然后用户点击某台设备，下面显示该设备在这一天的损失情况。

图4 OEE报表

结束语

本文是充分利用智能设备联网技术软件优势、特点，实施数据采集，结合产品确定车间需求，充分考虑未来发展方向、应用数字化和智能化场景落地，形成高效智能的设备联网技术，监控设备状态，优化生产报工及智能排产，实时展示设备OEE；本系统能够有效地帮助工厂进行生产管理、提高生产效率、开展智能化转型，为后续的智能制造奠定了研究基础。

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