袁 毅，黃相行，程 亮，熊超群，丁原彥

（1.北京星航機(jī)電裝備有限公司，北京 100074；2.北京英迪致遠(yuǎn)科技有限責(zé)任公司，北京 100102）

1 引言

降本增效，獲取企業(yè)的最大利潤(rùn)，是企業(yè)經(jīng)營(yíng)的根本之道。為此，各企業(yè)經(jīng)營(yíng)者在此投入了大量精力，尋找各種降本增效之法，如5S、6S、7S、6西格瑪和PDCA等概念應(yīng)運(yùn)而生，持續(xù)改進(jìn)的思維是精益制造的核心理念，但對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際狀態(tài)如盲人摸象，所采用的改善手段、方法往往南轅北轍，并未對(duì)生產(chǎn)實(shí)際產(chǎn)生有效的推動(dòng)。實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確以及客觀的收集到現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際狀態(tài)信息，從而為現(xiàn)場(chǎng)持續(xù)改進(jìn)提供充分的數(shù)據(jù)支撐，這個(gè)問(wèn)題困擾了企業(yè)經(jīng)營(yíng)者多年，想了很多方法，如人工賬本、手動(dòng)描圖描點(diǎn)等方法，但收效甚微。

其實(shí)，在企業(yè)內(nèi)部涉及到的成本包括采購(gòu)成本，生成制造成本，倉(cāng)儲(chǔ)成本，運(yùn)輸成本，庫(kù)存成本，人力成本和管理成本等。涉及到的效率包括采購(gòu)效率，作業(yè)效率，運(yùn)輸效率，財(cái)務(wù)結(jié)算效率，系統(tǒng)處理效率，庫(kù)存周轉(zhuǎn)效率和響應(yīng)效率等。

上述七項(xiàng)成本與七項(xiàng)效率之間的控制也是相互促進(jìn)、相互制約的關(guān)系，本文只討論其中關(guān)鍵的制造成本、人力成本控制及其作業(yè)效率改進(jìn)的問(wèn)題。

老式生產(chǎn)設(shè)備一般沒(méi)有對(duì)外輸出接口，或只有數(shù)顯顯示，好一點(diǎn)有熱敏打印機(jī)并口輸出，再好一點(diǎn)有串口（RS232/485等）遵循MODBUS協(xié)議輸出。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，除了設(shè)備本身的生產(chǎn)能力、精度等不斷提高外，生產(chǎn)設(shè)備與外界的通信能力也不斷提高，越來(lái)越開(kāi)放，普遍具備了網(wǎng)口，可支持各類TCP/IP通信協(xié)議。近年來(lái)，隨著工業(yè)4.0、智能制造理念的不斷推進(jìn)，企業(yè)對(duì)設(shè)備通信協(xié)議的方便性、規(guī)范性也都提出了更高要求，像OPC、MTCONNECT等協(xié)議已成為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)備間的通信互聯(lián)也就更加方便，各類高級(jí)應(yīng)用如雨后春筍般層出不窮。

本文試圖從對(duì)各類設(shè)備數(shù)據(jù)采集的角度來(lái)闡述數(shù)據(jù)采集的目的、意義，幫助企業(yè)經(jīng)營(yíng)者去解讀這些實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)，從中發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)所存在的問(wèn)題，讓企業(yè)的生產(chǎn)改進(jìn)措施有的放矢。

2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)說(shuō)明

2.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

近年來(lái)，隨著對(duì)萬(wàn)物物聯(lián)的需求不斷增加，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)也得到快速發(fā)展，其邏輯架構(gòu)如圖1所示。

2.2 采集內(nèi)容

在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，需要采集的信息類型主要包括人、機(jī)、料、法、環(huán)、測(cè)等，其中：

1）人員數(shù)據(jù)：人員編碼、排班情況和上下班情況等。

2）設(shè)備數(shù)據(jù)：設(shè)備各種狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)等。

3）工裝數(shù)據(jù)：工裝編碼、工裝狀態(tài)、刀具壽命和刀補(bǔ)參數(shù)等。

4）物料信息：物料編碼、位置和狀態(tài)等。

5）生產(chǎn)數(shù)據(jù)：任務(wù)單號(hào)、產(chǎn)成品數(shù)和各類生產(chǎn)過(guò)程信息等。

6）質(zhì)量數(shù)據(jù)：各種檢驗(yàn)（首檢、序檢和終檢）結(jié)果信息。

工單信息、人員信息和物料信息等可以通過(guò)條碼掃描、刷卡和RFID等手動(dòng)方式來(lái)采集，簡(jiǎn)單直接。原來(lái)的條碼或RFID需要人工輔助刷碼才可以實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)在也可通過(guò)在固定地點(diǎn)安裝刷碼器自動(dòng)刷碼，實(shí)現(xiàn)對(duì)這些信息的自動(dòng)追蹤。

設(shè)備信息除了本身的各種基本狀態(tài)，如開(kāi)關(guān)機(jī)、運(yùn)行和故障等，還包括設(shè)備的各類運(yùn)行參數(shù)信息以及大量的控制信息，非常復(fù)雜。以下重點(diǎn)對(duì)設(shè)備的狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)的采集來(lái)闡述。

質(zhì)量數(shù)據(jù)早期以手動(dòng)測(cè)量、手動(dòng)錄入為主，現(xiàn)在則更多地依據(jù)高準(zhǔn)確度的檢測(cè)設(shè)備來(lái)完成，如三坐標(biāo)、氣動(dòng)量?jī)x等。同時(shí)，隨著圖像識(shí)別技術(shù)的不斷完善，在自動(dòng)化生產(chǎn)線上已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)在線圖像識(shí)別式在線檢測(cè)，雖然準(zhǔn)確度還不是很高，但已經(jīng)可以滿足大部分生產(chǎn)的需要，而且在線檢測(cè)在效率的提升非常明顯?？傊?，質(zhì)量數(shù)據(jù)也是歸結(jié)到檢測(cè)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集。各類工裝（含夾具，刀具等）也可以歸結(jié)為設(shè)備，屬于生產(chǎn)輔助設(shè)備。

綜上所述，在現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集中的最常規(guī)的工作就是對(duì)設(shè)備的各種相關(guān)信息的采集。在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)有各種各樣的生產(chǎn)類設(shè)備及其輔助設(shè)備，如各類機(jī)加設(shè)備（車(chē)床、銑床和加工中心等），各類檢驗(yàn)檢測(cè)設(shè)備，下料設(shè)備，成形設(shè)備（如沖壓設(shè)備、折彎設(shè)備等），運(yùn)輸設(shè)備，焊接設(shè)備，電子板卡類生產(chǎn)設(shè)備（貼片、層壓、絲網(wǎng)、點(diǎn)膠、波峰焊和回流焊等），熱處理設(shè)備，裝配設(shè)備，存儲(chǔ)設(shè)備（各式貨架、立體庫(kù)）等，所有這些設(shè)備的通信接口形態(tài)、通信協(xié)議和傳輸內(nèi)容等各不相同，為了滿足所有這些設(shè)備的信息采集，需要根據(jù)設(shè)備具體形態(tài)開(kāi)發(fā)對(duì)應(yīng)的采集應(yīng)用系統(tǒng)，構(gòu)成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集平臺(tái)。

2.3 采集方法

生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的信息采集方式多種多樣，比較常用的主要有以下幾種方式：

（1）TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)模式

隨著技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控設(shè)備配置以太網(wǎng)功能已是大勢(shì)所趨，而以太網(wǎng)方式的信息采集內(nèi)容更加豐富，甚至可以做到遠(yuǎn)程控制，是未來(lái)CNC的發(fā)展方向。目前各主要數(shù)控系統(tǒng)廠商均配備了局域網(wǎng)口，并提供了大量與其他系統(tǒng)方便集成的接口，據(jù)此可開(kāi)發(fā)出方便快捷的各項(xiàng)設(shè)備狀態(tài)及監(jiān)控功能。

（2）數(shù)據(jù)集成模式

除了上述具備以太網(wǎng)開(kāi)發(fā)包的數(shù)控設(shè)備外，在現(xiàn)場(chǎng)還有大量采用Windows 、LINUX操作系統(tǒng)帶以太網(wǎng)接口的設(shè)備，但沒(méi)有給第三方軟件開(kāi)發(fā)商提供開(kāi)發(fā)接口，如大量的激光切割機(jī)、高精尖的檢驗(yàn)檢測(cè)設(shè)備（三坐標(biāo)，氣動(dòng)量?jī)x）等，這些設(shè)備可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸生產(chǎn)需求的各類文檔（如NC程序、設(shè)計(jì)圖紙和生產(chǎn)任務(wù)信息等），也可以及時(shí)傳輸檢驗(yàn)檢測(cè)報(bào)告，方便進(jìn)行SPC質(zhì)量控制。這其中還有些設(shè)備已經(jīng)將各種狀態(tài)信息、運(yùn)行參數(shù)信息實(shí)時(shí)保存到本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中，如自動(dòng)立體庫(kù)、生產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)等，可以很方便的與數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行集成即可滿足實(shí)時(shí)采集要求。

對(duì)于這類設(shè)備需要根據(jù)設(shè)備的具體接口、工作形態(tài)等隨機(jī)應(yīng)變，盡可能簡(jiǎn)單、快捷地提取到設(shè)備的各類狀態(tài)及運(yùn)行參數(shù)信息。

（3）數(shù)據(jù)采集卡

此方法與生產(chǎn)設(shè)備的控制系統(tǒng)類型無(wú)關(guān)，只要能與生產(chǎn)設(shè)備的相關(guān)I/O點(diǎn)、對(duì)應(yīng)的傳感器能連接上，采用專用的采集卡即可采集到相關(guān)生產(chǎn)信息，目前可以采集的內(nèi)容有設(shè)備上電、設(shè)備斷電、運(yùn)行開(kāi)始、運(yùn)行結(jié)束、設(shè)備故障以及設(shè)備的各種運(yùn)行參數(shù)，如主軸功率、各種壓力、扭力和溫度等信息。

此種方式適用系統(tǒng)為無(wú)串口、無(wú)局域網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，目前主要有以下兩種方式：

1）開(kāi)關(guān)量采集卡：主要采集設(shè)備的開(kāi)關(guān)機(jī)，運(yùn)行的開(kāi)始、結(jié)束、報(bào)警等信息。

2）模擬量采集卡：主要采集設(shè)備主軸功率、溫度、壓力等模擬量。

（4）組態(tài)軟件采集

對(duì)于非數(shù)控類的采用PLC控制類的設(shè)備可以采用組態(tài)軟件（比如：WINCC、組態(tài)王、力控組態(tài)、海得組態(tài)等）來(lái)直接讀取PLC中的相關(guān)信息，包括PLC中保存的各種狀態(tài)的I/O點(diǎn)信息和模擬量信息（如溫度、壓力等），只要將讀取的這些I/O點(diǎn)信息和模擬量信息存入我們?cè)O(shè)計(jì)好的數(shù)據(jù)庫(kù)中。

（5）人工輔助方式

對(duì)于很多非自動(dòng)化設(shè)備（或某些不具備自動(dòng)信息采集條件時(shí)），可以采用的手工填表、手持終端人工操作等模式實(shí)現(xiàn)。

1）人工輔助方式采集雖然由于人工的介入，不可避免會(huì)帶入人為的誤差，還會(huì)影響數(shù)據(jù)的客觀性，在數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性上均有缺陷，但非常靈活方便，這種方式在數(shù)據(jù)的豐富性、適應(yīng)性上是自動(dòng)采集所無(wú)法比擬的，彌補(bǔ)了自動(dòng)采集的相關(guān)不足，是自動(dòng)采集必要的補(bǔ)充，二者相輔相成。 手工填表。填表設(shè)備既可以使用專用的設(shè)備，也可以使用普通PC＋軟件的方式（即HMI方式）實(shí)現(xiàn)，此時(shí)需要在車(chē)間放置若干采集終端，可以一臺(tái)設(shè)備配置一臺(tái)終端機(jī)（簡(jiǎn)稱MES終端），也可以幾臺(tái)設(shè)備共用一臺(tái)終端機(jī)，此時(shí)計(jì)算機(jī)的配置不是很高，建議采用工控機(jī)，起到防塵、防干擾、抗高溫等作用。人機(jī)交互終端（HMI）如圖2所示。

2）手持終端、手機(jī)上報(bào)。也可以采用移動(dòng)手持終端PAD、手機(jī)來(lái)采集上報(bào)，目前支持安卓和MOBIL兩種系統(tǒng)。

特別是采用手機(jī)方式，可以靈活地利用手機(jī)的拍照、條碼掃描、移動(dòng)通信等多種優(yōu)勢(shì)，可及時(shí)、有效地反饋現(xiàn)場(chǎng)的各種過(guò)程化信息。

2.4 數(shù)據(jù)展現(xiàn)應(yīng)用價(jià)值

（1）設(shè)備狀態(tài)掌握

實(shí)施數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)后，企業(yè)管理者對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)了如指掌，使管理人員真正了解設(shè)備運(yùn)行效率，找到設(shè)備運(yùn)行的瓶頸，從而找到有針對(duì)性的改進(jìn)措施，提高企業(yè)綜合效率。

（2）停機(jī)原因掌握

實(shí)施網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測(cè)采集功能后，可以將設(shè)備停機(jī)原因和停機(jī)時(shí)間進(jìn)行監(jiān)測(cè)、統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)各類停機(jī)所產(chǎn)生的生產(chǎn)工時(shí)損失了如指掌，幫助企業(yè)管理者改進(jìn)管理措施，挖掘自身潛能，有效提高企業(yè)的生產(chǎn)能力。由此帶來(lái)的產(chǎn)能增加約5%。

（3）設(shè)備有效采購(gòu)

應(yīng)用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)后，明晰設(shè)備運(yùn)行效率低下的根源，不再盲目采購(gòu)設(shè)備，通過(guò)改善現(xiàn)有設(shè)備的的產(chǎn)能即可滿足生產(chǎn)的需要，而設(shè)備無(wú)需采購(gòu)，僅此一項(xiàng)為企業(yè)節(jié)約成本5%，生產(chǎn)改進(jìn)的效率提高更是可觀，保守估計(jì)10%。

（4）運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化

通過(guò)長(zhǎng)期積累設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)有充分的了解，通過(guò)大數(shù)據(jù)分析為下一步運(yùn)行參數(shù)的優(yōu)化等提供充分支撐。這些智能化手段給企業(yè)帶來(lái)的效率的提升也是難以估量的。

（5）預(yù)防性維護(hù)

通過(guò)長(zhǎng)期積累設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)設(shè)備的故障狀態(tài)與關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)的相關(guān)性充分了解，通過(guò)大數(shù)據(jù)分析為下一步預(yù)防性維護(hù)/維修提供充分支撐。

3 應(yīng)用驗(yàn)證

本文在此以某公司在啞設(shè)備改造（含能耗管理）的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)為案例，說(shuō)明公司通過(guò)這個(gè)項(xiàng)目的實(shí)施給自身所帶來(lái)的降本增效的效果。

某公司剛開(kāi)始對(duì)車(chē)間數(shù)控設(shè)備實(shí)施數(shù)據(jù)采集時(shí)只采集了網(wǎng)卡類數(shù)控機(jī)床，并且也只采集了設(shè)備的基本狀態(tài)，對(duì)設(shè)備的運(yùn)行關(guān)鍵參數(shù)未作深入關(guān)注。后來(lái)，為響應(yīng)智能制造和物聯(lián)網(wǎng)的要求，嘗試將部分普通生產(chǎn)設(shè)備（即啞設(shè)備）進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控，并將采集數(shù)據(jù)上傳到航天云網(wǎng)上，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備上云，為后續(xù)更大范圍內(nèi)的資源共享、能力協(xié)同奠定了基礎(chǔ)。

對(duì)于公司內(nèi)原有的網(wǎng)卡類數(shù)控機(jī)床（如FANUC，SIEMENS840D/DSL），通過(guò)相關(guān)CNC所支持的通信協(xié)議，如FOCASS、OPC和OPC-UA等來(lái)采集設(shè)備的各種基本狀態(tài)（如設(shè)備開(kāi)關(guān)機(jī)、運(yùn)行和故障等），同時(shí)對(duì)設(shè)備的關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行詳盡的數(shù)據(jù)采集，如常見(jiàn)的進(jìn)給、倍率、轉(zhuǎn)速和刀具信息（含刀具壽命、刀具補(bǔ)償數(shù)據(jù)）等，也采集了原來(lái)比較少見(jiàn)的主軸/伺服軸負(fù)載、主軸溫度和總體能耗等信息。同時(shí)，為了更完整、真實(shí)的反應(yīng)設(shè)備的停機(jī)原因，將停機(jī)分為計(jì)劃停機(jī)和非計(jì)劃停機(jī)兩大類，有計(jì)劃的、每天固定時(shí)段的必須停機(jī)定義為計(jì)劃停機(jī)，如早例會(huì)、中午操作工午休吃飯和下午交班前的交接等，其他類型的停機(jī)即為非計(jì)劃停機(jī)。結(jié)合數(shù)控設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)通信功能，要求現(xiàn)場(chǎng)操作工人對(duì)于超過(guò)15分鐘以上的非計(jì)劃停機(jī)必須上報(bào)停機(jī)原因。

對(duì)于普通機(jī)床， 設(shè)計(jì)了一款采集網(wǎng)關(guān)，采用嵌入式操作系統(tǒng)，集成了開(kāi)關(guān)量采集卡和模擬量采集卡的多項(xiàng)功能，采集普通設(shè)備的基本狀態(tài)和關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)，如進(jìn)給、倍率、轉(zhuǎn)速和設(shè)備負(fù)載等信息，為了保證信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，這款網(wǎng)關(guān)采集上來(lái)的信號(hào)并沒(méi)有像市面上大多數(shù)網(wǎng)關(guān)那樣通過(guò)無(wú)線（3G/4G/5G）信號(hào)將采集信息直接上達(dá)云端，而是采用了的通過(guò)TCP/IP協(xié)議將采集信息上傳到本地服務(wù)器。

通過(guò)這些內(nèi)容的實(shí)施，對(duì)各種設(shè)備的基本狀態(tài)和關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行采集，通過(guò)這些數(shù)據(jù)，為企業(yè)降本增效提供路徑

（1）設(shè)備狀態(tài)的解讀

生產(chǎn)車(chē)間設(shè)備狀態(tài)看板直觀的展現(xiàn)了生產(chǎn)設(shè)備的狀態(tài)及整體車(chē)間設(shè)備狀態(tài)的全貌，如圖3所示。

圖3 生產(chǎn)車(chē)間設(shè)備狀態(tài)看板

首先，從設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)中可以及時(shí)了解設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)，最明顯的好處就是當(dāng)設(shè)備故障時(shí)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障，以便及時(shí)安排設(shè)備維護(hù)人員及時(shí)維修，縮短設(shè)備維修反應(yīng)時(shí)間。同時(shí)通過(guò)查閱設(shè)備故障原因，提前準(zhǔn)備設(shè)備故障維護(hù)的方法、零備件等，以方便及時(shí)修復(fù)。另外，通過(guò)長(zhǎng)期的故障原因的積累，為設(shè)備維修的零備件的準(zhǔn)備都有合理的指導(dǎo)，做到備件采購(gòu)數(shù)量、采購(gòu)時(shí)間合理及時(shí)。其次比較容易忽略的好處是，如果安排了設(shè)備生產(chǎn)任務(wù)，發(fā)現(xiàn)設(shè)備還未進(jìn)入生產(chǎn)狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)這一問(wèn)題可督促現(xiàn)場(chǎng)工人加緊開(kāi)工，也可盡快發(fā)現(xiàn)開(kāi)工延誤問(wèn)題，幫助工人盡快完成生產(chǎn)準(zhǔn)備，及早投入生產(chǎn)。

（2）設(shè)備利用率的解讀

生產(chǎn)車(chē)間設(shè)備利用率統(tǒng)計(jì)分析看板通過(guò)對(duì)采集數(shù)據(jù)的歸集分析得出了準(zhǔn)確的設(shè)備利用率數(shù)據(jù)，同時(shí)采用非常直觀的圖表方式展示給管理者每一臺(tái)套設(shè)備的利用率，如圖4所示。

圖4 生產(chǎn)車(chē)間設(shè)備利用率統(tǒng)計(jì)分析圖表

通過(guò)設(shè)備基本狀態(tài)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，可以計(jì)算出設(shè)備任意時(shí)間段的利用率、OEE等，再展開(kāi)橫向、縱向多維度的比較。分析各設(shè)備、各班組、各車(chē)間的總體、明細(xì)的在不同時(shí)段的利用率情況，分析利用率高和利用率低所屬的時(shí)間段以及原因。與同行業(yè)中的平均利用率對(duì)比，找準(zhǔn)自己的定位。在利用率低時(shí)就不要盲目去采購(gòu)新設(shè)備，減少盲目的投資，盡量挖掘現(xiàn)有設(shè)備的潛力。

（3）設(shè)備加工記錄的解讀

車(chē)間生產(chǎn)過(guò)程中每臺(tái)設(shè)備的開(kāi)工數(shù)據(jù)、過(guò)程數(shù)據(jù)、完工數(shù)據(jù)的采集和統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表。如圖5所示。

圖5 設(shè)備加工記錄數(shù)據(jù)的采集、歸集和統(tǒng)計(jì)分析表

通過(guò)記錄設(shè)備加工開(kāi)始和加工結(jié)束信號(hào)，得到各個(gè)零件的加工記錄，從分析每個(gè)零件的加工記錄，得到每個(gè)零件的加工時(shí)間，兩個(gè)零件之間的等待時(shí)間。這里的零件加工時(shí)間是零件的實(shí)際加工時(shí)間（即實(shí)際工時(shí)），有實(shí)用價(jià)值，比原來(lái)的理論工時(shí)、計(jì)劃工時(shí)等預(yù)計(jì)和經(jīng)驗(yàn)工時(shí)更準(zhǔn)確、更客觀，可以作為車(chē)間生產(chǎn)排產(chǎn)的重要依據(jù)。兩個(gè)零件之間的等待時(shí)間就是實(shí)際的零件間的準(zhǔn)備工時(shí)，準(zhǔn)備工時(shí)越低說(shuō)明效率越高，需要近可能的減少這期間的準(zhǔn)備工時(shí)時(shí)間。同一臺(tái)設(shè)備在不同時(shí)段、不同的操作工人操作時(shí)實(shí)際工時(shí)、準(zhǔn)備工時(shí)是有差異的，這個(gè)實(shí)際工時(shí)、準(zhǔn)備工時(shí)的差異及穩(wěn)定性展示出不同工人之間的工作態(tài)度、熟練程度。而且分析實(shí)際工時(shí)、準(zhǔn)備工時(shí)的異常值可以預(yù)測(cè)零件的質(zhì)量問(wèn)題，如過(guò)短的實(shí)際工時(shí)可能是工人刻意加大了進(jìn)給倍率、轉(zhuǎn)速等的結(jié)果，可能會(huì)產(chǎn)生質(zhì)量問(wèn)題隱患；而過(guò)長(zhǎng)的實(shí)際工時(shí)則往往預(yù)示著在工作過(guò)程中不順利，有其他停頓延誤等狀態(tài)（如換刀、排屑等操作），同樣存在產(chǎn)生質(zhì)量問(wèn)題的隱患。

（4）設(shè)備停機(jī)的解讀

通過(guò)實(shí)時(shí)采集設(shè)備停機(jī)原因，定期匯總設(shè)備日常停機(jī)的原因，將其發(fā)生的頻率、時(shí)間作從高到低的排序，找出前10項(xiàng)主要停機(jī)原因，作為日后需要改進(jìn)的突破口，如何有效減少前10項(xiàng)不必要的停機(jī)就是生產(chǎn)管理的重點(diǎn)。設(shè)備停機(jī)原因匯總分析表如圖6所示。

圖6 設(shè)備停機(jī)原因匯總分析表

吃飯休息時(shí)間必不可少。原來(lái)的NC程序準(zhǔn)備時(shí)間更長(zhǎng)，后來(lái)實(shí)施DNC系統(tǒng)后已有較大改善，但還是偏高，現(xiàn)正設(shè)計(jì)通過(guò)MES與DNC系統(tǒng)的集成，將會(huì)實(shí)現(xiàn)NC程序在掃碼開(kāi)工后完全自動(dòng)下載，此處的效率提升是可以預(yù)見(jiàn)的。檢驗(yàn)計(jì)量原來(lái)不太順暢，占用了大量的生產(chǎn)等待時(shí)間，下一階段需要重點(diǎn)改進(jìn)。計(jì)劃一方面盡量減少送檢，讓計(jì)量人員多跑現(xiàn)場(chǎng)，另一方面增加現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)的手段和方法，例如在線檢測(cè)、自動(dòng)檢測(cè)等，提高現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)的效率。刀量具的準(zhǔn)備時(shí)間問(wèn)題一直是個(gè)難題，車(chē)間也上報(bào)了刀具管理的實(shí)施項(xiàng)目，計(jì)劃將對(duì)刀儀的輸出數(shù)據(jù)直接與CNC系統(tǒng)對(duì)接，可以大大提高刀具準(zhǔn)備效率。生產(chǎn)效率提高了，月底匯總時(shí)，總非計(jì)劃停機(jī)時(shí)間減少了20%，設(shè)備利用率平均提高3%。

（5）進(jìn)給、轉(zhuǎn)速、倍率的解讀

對(duì)于數(shù)控機(jī)床加工來(lái)說(shuō)，所用的進(jìn)給、轉(zhuǎn)速和倍率等均應(yīng)該通過(guò)工藝嚴(yán)格驗(yàn)證，不可隨意變動(dòng)，或者說(shuō)只能在一定范圍內(nèi)變動(dòng)，超出一定范圍就會(huì)存在質(zhì)量隱患，甚至對(duì)刀具的損耗、設(shè)備的損耗都會(huì)產(chǎn)生不利的影響，故通過(guò)對(duì)進(jìn)給、轉(zhuǎn)速和倍率的嚴(yán)格管控，結(jié)合最終質(zhì)量檢驗(yàn)結(jié)果，可以做到對(duì)切削參數(shù)與質(zhì)量追溯，為生產(chǎn)質(zhì)量的穩(wěn)定性、可追溯性奠定了基礎(chǔ)。在此處自動(dòng)發(fā)現(xiàn)異常的轉(zhuǎn)速或倍率（如在設(shè)備最高額定轉(zhuǎn)速的附近，倍率長(zhǎng)期極高或極低等）時(shí)及時(shí)提醒、關(guān)注，避免零件、設(shè)備的毀損。

（6）設(shè)備負(fù)載的解讀

同樣，對(duì)于數(shù)控機(jī)床加工來(lái)說(shuō)，設(shè)備的合理負(fù)載也有一定范圍，不要讓設(shè)備長(zhǎng)期負(fù)載過(guò)高或過(guò)低，長(zhǎng)期負(fù)載過(guò)低說(shuō)明使用效率較低，沒(méi)有充分發(fā)揮設(shè)備應(yīng)有的效率，可以適當(dāng)提高效率；長(zhǎng)期負(fù)載過(guò)高則可能讓設(shè)備磨損加劇，提前報(bào)廢，對(duì)于企業(yè)經(jīng)營(yíng)是不利的。

在本公司，對(duì)重點(diǎn)能耗設(shè)備都安裝了智能電表，可采集設(shè)備的電流、電壓和功率等實(shí)時(shí)信息，并通過(guò)各種能耗信息的統(tǒng)計(jì)、分析等，對(duì)重點(diǎn)能耗設(shè)備用電情況進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)計(jì)量、數(shù)據(jù)采集、匯總分析和綜合比較等，以便及早發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備能耗存在的問(wèn)題，掌握峰谷平的規(guī)律，通過(guò)人工干預(yù)或自動(dòng)控制的方法進(jìn)行改進(jìn)，調(diào)整用電時(shí)段，優(yōu)化設(shè)備用能，節(jié)省電能費(fèi)用，提高電能的使用效率，為現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)改進(jìn)決策提供關(guān)鍵支撐。

具體能耗管理功能如下：

1）歷史曲線分析：用戶可以查詢一段時(shí)間內(nèi)的不同參數(shù)的歷史曲線，分析負(fù)載的歷史運(yùn)行狀態(tài)，找出負(fù)載可能的故障。

2）能耗分析：可以生成一段時(shí)間內(nèi)能耗小時(shí)棒圖、日棒圖、周棒圖、月棒圖、年棒圖、同比圖和環(huán)比圖，分析監(jiān)測(cè)點(diǎn)的能耗時(shí)間變化規(guī)律。能耗分析棒圖如圖7所示。

圖7 能耗分析棒圖

3）對(duì)比分析：可以對(duì)多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)在一段時(shí)間內(nèi)，進(jìn)行小時(shí)能耗、日能耗、周能耗、月能耗和年能耗比較，生成比較曲線圖，如圖8所示。

圖8 能耗對(duì)比分析圖

4）統(tǒng)計(jì)報(bào)表：用戶可以對(duì)選中的監(jiān)測(cè)點(diǎn)導(dǎo)出一段時(shí)間內(nèi)的能耗報(bào)表，同時(shí)計(jì)算出這段時(shí)間內(nèi)能耗價(jià)格。

5）能耗價(jià)格：對(duì)每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)分別設(shè)置能耗單價(jià)和單位，用于能耗報(bào)表計(jì)算。

（7）主軸溫度的解讀

重點(diǎn)關(guān)注了數(shù)控設(shè)備的主軸的溫度，通過(guò)測(cè)量主軸軸承運(yùn)轉(zhuǎn)中的溫升，來(lái)了解主軸軸承是否工作正常。軸承溫度一般溫升不超過(guò)45℃，監(jiān)測(cè)中若發(fā)現(xiàn)軸承的溫度超過(guò)60～80℃，應(yīng)立即停機(jī)檢查。

其實(shí)就是一個(gè)預(yù)防性維護(hù)的實(shí)用案例，對(duì)于軸承來(lái)說(shuō)，45℃是個(gè)正常溫度的臨界值，超過(guò)此溫度說(shuō)明有不正常的摩擦，往往也是設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題的先兆，通過(guò)監(jiān)測(cè)主軸的溫度，預(yù)先發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，早發(fā)現(xiàn)早維護(hù)，大大減少了設(shè)備突發(fā)性大故障的幾率。

當(dāng)然不同類型的主軸的合理溫度可能略有差別，如系列水冷電主軸的工作環(huán)境溫度通常為10～40℃，普通主軸的合理溫度15～45℃，可以參數(shù)化設(shè)置。

（8）刀具壽命的解讀

刀具，作為機(jī)加生產(chǎn)中的重要工具，其狀態(tài)是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容。對(duì)于數(shù)控機(jī)床來(lái)說(shuō)，可以很容易輸出刀具剩余壽命數(shù)據(jù)，這些都是屬于由數(shù)控系統(tǒng)定義的刀具額定壽命，在實(shí)際使用過(guò)程中不斷累計(jì)相減的過(guò)程數(shù)據(jù)，比較好監(jiān)控，實(shí)際刀具使用時(shí)經(jīng)常是刀具額定壽命到達(dá)后拿去刃磨又可以繼續(xù)使用，也經(jīng)常出現(xiàn)額定壽命還沒(méi)有到達(dá)就出現(xiàn)斷刀或崩刃的情況，出現(xiàn)此種情況時(shí)可能會(huì)造成零件質(zhì)量問(wèn)題，需要盡早發(fā)現(xiàn)，為此就出現(xiàn)了刀具破損預(yù)警的需求。在本公司，采用采集切削噪聲的手段來(lái)對(duì)刀具即將破損進(jìn)行預(yù)警，也能達(dá)到比較好的效果。由于可以提前預(yù)警，減少了對(duì)零件、主軸等方面的損害，也使刀具破損的處理比較容易，簡(jiǎn)單換刀即可，避免了處理深孔斷刀的麻煩。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)介紹某公司的啞設(shè)備改造（含能耗管理）項(xiàng)目的實(shí)踐，充分利用現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)為企業(yè)的降本增效提供了很多有益的改進(jìn)思路。

總之，通過(guò)多種方式、多維度的數(shù)據(jù)采集，實(shí)時(shí)、客觀、準(zhǔn)確地采集到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的多種數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)存在的實(shí)際問(wèn)題，為現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)改進(jìn)提供了完善的數(shù)據(jù)支持，同時(shí)也可以驗(yàn)證改進(jìn)方式、方法是否對(duì)路。

最后，也希望大家能通過(guò)不斷改進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集的方法、內(nèi)容，不斷總結(jié)分析現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)帶來(lái)的各種啟示，為企業(yè)的降本增效帶來(lái)實(shí)質(zhì)性收益，為企業(yè)的發(fā)展貢獻(xiàn)力量。