姜典保

(上海拖拉機(jī)內(nèi)燃機(jī)有限公司，上海 200433)

0 引言

汽車(chē)產(chǎn)業(yè)最近幾年在中國(guó)快速發(fā)展，但由于人力成本的快速上升，使汽車(chē)產(chǎn)業(yè)快速進(jìn)入機(jī)器人自動(dòng)化時(shí)代，最具有代表性的是白車(chē)身焊接。當(dāng)前在白車(chē)身焊接工廠，機(jī)器人的使用率大大超過(guò)人工，保守估計(jì)焊接工藝的自動(dòng)化比例超過(guò)60%，在江浙滬一帶用工成本高的地區(qū)，焊接工藝自動(dòng)化比例估計(jì)超過(guò)80%，當(dāng)前部分高端整車(chē)廠和高端白車(chē)身零部件廠的焊接工藝自動(dòng)化比例達(dá)到90%以上。

在以往人工焊接時(shí)代，設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單，維修、維護(hù)及管理難度不大，且由于設(shè)備故障影響的產(chǎn)量可以通過(guò)人工進(jìn)行彌補(bǔ)。在當(dāng)前機(jī)器人大量代替人的情況下，高自動(dòng)化對(duì)設(shè)備維護(hù)管理的要求將大大提高，自動(dòng)化設(shè)備本身比手工設(shè)備要復(fù)雜很多，且由于設(shè)備停機(jī)影響的產(chǎn)量只有通過(guò)延長(zhǎng)工作時(shí)間彌補(bǔ)，將直接影響工廠運(yùn)營(yíng)效益。

因此，設(shè)備的運(yùn)行管理效率、質(zhì)量將會(huì)直接影響工廠運(yùn)營(yíng)效率，作者從設(shè)備常規(guī)管理入手，結(jié)合當(dāng)前的物聯(lián)網(wǎng)及大數(shù)據(jù)技術(shù)，對(duì)機(jī)器人等自動(dòng)化設(shè)備的智能化管理進(jìn)行初步研究，探討如何有效降低設(shè)備故障率，提升設(shè)備利用率，從而提升效益。

1 常規(guī)設(shè)備管理

常規(guī)的設(shè)備管理主要分為三部分，首先是建立設(shè)備管理臺(tái)賬，包括設(shè)備維修記錄及備件管理和更換記錄等；其次做好設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)工作，對(duì)設(shè)備不同的部件定期進(jìn)行不同的檢查或維護(hù)保養(yǎng)；最后是出現(xiàn)設(shè)備緊急故障做應(yīng)急維修。

目前市面上設(shè)備管理專(zhuān)業(yè)軟件比較多，這些設(shè)備管理軟件基本都能有效解決當(dāng)前設(shè)備管理的主要問(wèn)題，如臺(tái)賬、按計(jì)劃維護(hù)保養(yǎng)、備件及應(yīng)急維修等，同時(shí)也可以形成相關(guān)的分析報(bào)表，供管理者進(jìn)行決策。同時(shí)也有運(yùn)行RFID(Radio Frequency Identification)技術(shù)以及WiFi技術(shù)構(gòu)建包含設(shè)備借還信息、設(shè)備盤(pán)點(diǎn)、維修、報(bào)表信息等要素的設(shè)備日常管理平臺(tái)[1]。但這些常規(guī)設(shè)備管理軟件對(duì)于設(shè)備停機(jī)及維修情況等全靠維修人員主動(dòng)申報(bào)，主觀性太強(qiáng)，不能有效避免人為因素的干擾，且設(shè)備停機(jī)情況及維護(hù)保養(yǎng)情況與保養(yǎng)計(jì)劃等無(wú)法形成深度有效智能關(guān)聯(lián)，不利于校驗(yàn)維修情況與設(shè)備完好之間的關(guān)系。即設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)與產(chǎn)線或設(shè)備本身無(wú)法有效結(jié)合，形成系統(tǒng)的設(shè)備管理解決方案。

2 物聯(lián)網(wǎng)及大數(shù)據(jù)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)實(shí)際就是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”，它有兩層意思：第一，物聯(lián)網(wǎng)的核心基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上延伸和擴(kuò)展的一種網(wǎng)絡(luò)；第二，其用戶端延伸和擴(kuò)展到了任何物品之間，進(jìn)行信息交換和通信。

大數(shù)據(jù)是融合物理世界(Physical World)、信息空間和人類(lèi)社會(huì)(Human Society)三元世界的紐帶[2]。大數(shù)據(jù)技術(shù)是利用生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)中大量的數(shù)據(jù)，對(duì)當(dāng)前已經(jīng)發(fā)生的事情進(jìn)行深度分析，分析其發(fā)生的原因。機(jī)械大數(shù)據(jù)已經(jīng)成為揭示機(jī)械故障演化過(guò)程及本質(zhì)的重要資源，數(shù)據(jù)量的規(guī)模、解釋運(yùn)用的能力也將成為當(dāng)代機(jī)械故障診斷最為重要的部分[3]。通過(guò)機(jī)器深度學(xué)習(xí)技術(shù)，可避免后續(xù)發(fā)生重復(fù)問(wèn)題，并預(yù)測(cè)將會(huì)發(fā)生什么，到最終使預(yù)期正確的事情發(fā)生，從而預(yù)知未來(lái)。

如何使設(shè)備管理與物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)有效結(jié)合，有效體現(xiàn)設(shè)備使用規(guī)律及使用狀態(tài)，并根據(jù)當(dāng)前使用狀態(tài)和歷史維護(hù)情況，預(yù)測(cè)后續(xù)的潛在風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)、維護(hù)重點(diǎn)及備件應(yīng)用等。

3 機(jī)器人焊接設(shè)備智能化管理

根據(jù)目前白車(chē)身行業(yè)的特點(diǎn)及設(shè)備管理難點(diǎn)，結(jié)合機(jī)器人產(chǎn)線PLC系統(tǒng)及機(jī)器人等設(shè)備的運(yùn)行大數(shù)據(jù)，結(jié)合設(shè)備維護(hù)維修保養(yǎng)等，使設(shè)備運(yùn)行大數(shù)據(jù)與設(shè)備維護(hù)維修保養(yǎng)產(chǎn)生關(guān)聯(lián)，研發(fā)該機(jī)器人焊接設(shè)備智能化管理系統(tǒng)。

3.1 機(jī)器人焊接設(shè)備智能化管理系統(tǒng)簡(jiǎn)介

白車(chē)身焊接產(chǎn)線機(jī)器人應(yīng)用比較廣泛，且此類(lèi)產(chǎn)線均由PLC系統(tǒng)控制，PLC系統(tǒng)和設(shè)備之間可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接或是直接信號(hào)線連接的方式。由于直接信號(hào)線連接會(huì)造成接線比較多，布線繁瑣，因此近幾年，大多數(shù)機(jī)器人焊接產(chǎn)線均采用網(wǎng)絡(luò)連接方式，如Device net、Internet IP或Profibus等網(wǎng)絡(luò)連接方式。但不管采用何種網(wǎng)絡(luò)方式，PLC系統(tǒng)均可以實(shí)現(xiàn)將設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)在PLC系統(tǒng)中進(jìn)行提取并暫存。

對(duì)于機(jī)器人焊接產(chǎn)線來(lái)說(shuō)，最重要的有三大類(lèi)數(shù)據(jù)：(1)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，如機(jī)器人運(yùn)行時(shí)間、報(bào)警停機(jī)原因及時(shí)間、設(shè)備運(yùn)行速度、產(chǎn)線元器件狀態(tài)等；(2)產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)，根據(jù)設(shè)備檢測(cè)系統(tǒng)所反饋出的焊點(diǎn)焊接質(zhì)量等；(3)產(chǎn)品產(chǎn)量數(shù)據(jù)，根據(jù)PLC系統(tǒng)自身計(jì)算出的產(chǎn)品產(chǎn)量數(shù)據(jù)，包括消耗的零部件數(shù)量和消耗的輔料數(shù)量等。

此機(jī)器人焊接產(chǎn)線設(shè)備智能管理系統(tǒng)主要由三部分構(gòu)成：第一部分為設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，主要功能為收集設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，并上傳到服務(wù)器；第二部分為設(shè)備維修、維護(hù)保養(yǎng)系統(tǒng)，其主要功能為由上位客戶端編制設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)計(jì)劃，上傳到服務(wù)器和產(chǎn)線PLC控制系統(tǒng)上；第三部分為智能報(bào)表輸出系統(tǒng)，針對(duì)產(chǎn)線運(yùn)行情況形成停機(jī)、維護(hù)指南及備件報(bào)表，用于指導(dǎo)設(shè)備管理人員更科學(xué)合理地進(jìn)行設(shè)備維護(hù)及備件的準(zhǔn)備等，其架構(gòu)如圖1所示。

3.2 設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)

設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)主要包括控制產(chǎn)線設(shè)備的PLC系統(tǒng)、通過(guò)TCP/IP或RS485串口與上位機(jī)服務(wù)器相連的PLC系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集軟件，如圖2所示。

該系統(tǒng)主要收集主要設(shè)備(如機(jī)器人、焊槍、焊機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備)的運(yùn)行時(shí)間、設(shè)備故障停機(jī)時(shí)間及故障代碼、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)(如機(jī)器人各軸減速機(jī)受力扭矩曲線)、部分焊接參數(shù)等。通過(guò)該數(shù)據(jù)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)收集，最終定期形成報(bào)表，有利于分析設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)狀態(tài)，可以更有針對(duì)性地指導(dǎo)后續(xù)維護(hù)保養(yǎng)計(jì)劃的編制及定期修訂等。

圖2 設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)

3.3 設(shè)備維護(hù)維修保養(yǎng)系統(tǒng)

設(shè)備維護(hù)維修保養(yǎng)系統(tǒng)主要包括設(shè)備管理人員客戶端、設(shè)備維修人員客戶端及本地服務(wù)器和設(shè)備維修維護(hù)系統(tǒng)軟件，如圖3所示。

圖3 設(shè)備維護(hù)維修保養(yǎng)系統(tǒng)

該設(shè)備維護(hù)維修保養(yǎng)系統(tǒng)主要工作功能如下：

首先由設(shè)備管理人員在上位客戶端輸出設(shè)定好的設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)計(jì)劃，由本地服務(wù)器通過(guò)無(wú)線4G網(wǎng)絡(luò)發(fā)布到維修人員手機(jī)客戶端；手機(jī)客戶端維修人員接收到指令后，會(huì)根據(jù)系統(tǒng)提示，在要求的時(shí)間段完成相應(yīng)設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)工作；完成維護(hù)保養(yǎng)工作后，由維修人員在手機(jī)客戶端確認(rèn)某一項(xiàng)維護(hù)指令已完成，系統(tǒng)會(huì)在后臺(tái)記錄完成時(shí)間和完成人。如更換備件，則要求維護(hù)人員選擇備件種類(lèi)及型號(hào)，完成后系統(tǒng)后臺(tái)記錄。

其次，如設(shè)備出現(xiàn)應(yīng)急維修，如產(chǎn)線的停機(jī)故障等，產(chǎn)線PLC系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)記錄停機(jī)時(shí)間，當(dāng)停機(jī)超過(guò)一定的時(shí)間、現(xiàn)場(chǎng)的一般維修人員不能排除故障時(shí)，設(shè)備維修保養(yǎng)系統(tǒng)會(huì)結(jié)合產(chǎn)線運(yùn)行數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)自動(dòng)將警示或提示信息報(bào)送到設(shè)備維修主管或維修經(jīng)理，甚至是公司管理層處，由相應(yīng)的負(fù)責(zé)人協(xié)調(diào)協(xié)同解決設(shè)備問(wèn)題。

再次，對(duì)于機(jī)器人和焊槍等自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備，其大部分機(jī)械器件壽命跟其運(yùn)行時(shí)間有關(guān)，設(shè)備維護(hù)維修保養(yǎng)系統(tǒng)會(huì)根據(jù)設(shè)備廠家初始設(shè)定的機(jī)械部件運(yùn)行壽命，再結(jié)合設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)采集到的設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，將維護(hù)或更換信息提前預(yù)測(cè)性地發(fā)送到設(shè)備管理人員處，由設(shè)備管理人員根據(jù)系統(tǒng)提示，計(jì)劃性地安排設(shè)備的大修和大保養(yǎng)計(jì)劃，做到對(duì)設(shè)備壽命的預(yù)先判斷，降低設(shè)備運(yùn)行故障，提高利用率。

最后，該系統(tǒng)可根據(jù)設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)計(jì)劃，結(jié)合設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的收集及維修人員確認(rèn)信息等，對(duì)該設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)及維護(hù)保養(yǎng)數(shù)據(jù)和確認(rèn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可對(duì)維修人員的能力進(jìn)行初步評(píng)價(jià)，同時(shí)可對(duì)設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)計(jì)劃的合理性進(jìn)行評(píng)價(jià)，指導(dǎo)后續(xù)設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)計(jì)劃的設(shè)計(jì)和編排。

3.4 智能報(bào)表輸出系統(tǒng)

該智能報(bào)表輸出系統(tǒng)結(jié)合設(shè)備運(yùn)行系統(tǒng)及設(shè)備維護(hù)維修保養(yǎng)系統(tǒng)，可輸出上述設(shè)備運(yùn)行報(bào)表、設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)效果報(bào)表、設(shè)備備件消耗報(bào)表。同時(shí)可根據(jù)設(shè)備備件消耗等，分析不同供應(yīng)商或不同批次備件的質(zhì)量可靠性。

4 結(jié)論

該機(jī)器人焊接產(chǎn)線設(shè)備智能化管理系統(tǒng)可有效解決當(dāng)前市面上設(shè)備管理系統(tǒng)的缺陷，將產(chǎn)線運(yùn)行情況和設(shè)備管理情況有效結(jié)合起來(lái)，讓設(shè)備管理能力與設(shè)備運(yùn)行狀況產(chǎn)生關(guān)聯(lián)。它的運(yùn)用，可大大提升車(chē)身焊接件廠商的設(shè)備管理水平，并可有效提升機(jī)器人產(chǎn)線設(shè)備利用率，降低設(shè)備故障率，提升工廠效益。

參考文獻(xiàn):

[1]王法玉，張曉洪，陳洪濤，等.RFID及WiFi技術(shù)在實(shí)驗(yàn)設(shè)備管理中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2015，32(5)：274-277.

WANG F Y,ZHANG X H,CHEN H T,et al.Application of RFID and WiFi Technology in Experimental Equipment Management[J].Experimental Technology and Management,2015，32(5)：274-277.

[2]程學(xué)旗，靳小龍，王元卓，等.大數(shù)據(jù)系統(tǒng)和分析技術(shù)綜述[J].軟件學(xué)報(bào),2014，25(9)：1 889-1 908.

CHENG X Q,JIN X L,WANG Y Z,et al.Survey on Big Data System and Analytic Technology[J].Journal of Software,2014，25(9)：1 889-1 908.

[3]雷亞國(guó),賈峰,孔德同,等.大數(shù)據(jù)下機(jī)械智能故障診斷的機(jī)遇與挑戰(zhàn)[J/OL].機(jī)械工程學(xué)報(bào),2017:1-12.[2017-09-11].http://www.cjmenet.com.cn/Jwk_jxgcxb/CN/abstract/abstract

12265.shtml.

LEI Y G,JIA F,KONG D T,et al.Opportunities and Challenges of Machinery Intelligent Fault Diagnosis in Big Data Era[J/OL].Journal of Mechanical Engineering,2017:1-12.[2017-09-11].http://www.cjmenet.com.cn/Jwk_jxgcxb/CN/abstract/abstract12265.shtml.