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工业4.0对设备管理提出新要求 -中国卡车信息网

企业新闻

时间:2018-07-26

特约撰稿人:上海汽车集团股份有限公司培训中心 王灵运

             中国设备管理协会点检工程技术中心 李 辉

  自从工业4.0在2013年4月汉诺威工业博览会上正式推出后,引起了全社会的广泛关注。2014年,中德双方签署《中德合作行动纲要》,提出加强工业4.0合作,国内企业也将工业4.0作为企业升级转型的一次契机。但工业4.0作为一个概念,或者一场革命(第四次工业革命),就像一把达摩克里斯之剑,为工业企业带来了新的压力。因此只有对工业4.0更好地理解,并明确自身的需要,才能真正实现工业4.0与企业的有机结合。

  工业4.0的特点非常清晰,即通过信息通讯技术和网络空间虚拟系统相结合的信息物理系统(Cyber-Physical System),将制造业向智能化转型。这种转变下,工业4.0中“智能制造”、“智能生产”和“智能物流”的主题,将使企业高度自动化,高度信息化,高度网络化,这也势必大大提升企业对设备的关注度,同时也对工业4.0环境下的设备管理提出新的要求。下文重点阐述面临这种工业环境,设备管理者该如何应对挑战与机遇。

  工业4.0带来三重“便利”

  工业4.0将对设备管理产生巨大的影响。在通过互联网完成工厂纵向集成和端到端集成后,整个工厂、甚至若干工厂间的设备形成互联的网络,系统将自动拉动所有人员进行设备维护。管理者可以根据所有设备的实时状态进行生产计划和配置,设备的维护经验和故障信息可以得到更充分地共享和交流,设备的备品配件也能够更好地统筹管理和使用,这都将大大提升设备的使用效率和快速响应速度。具体而言,主要体现在以下三重“便利”。

通过互联网完成工厂纵向集成和端到端集成后,工厂甚至工厂间的设备形成互联网络

  设备管理组织更加扁平化,组织信息得到更多共享

  针对以技术和网络为先导的工业4.0产业转型,首先可能打破的是目前设备管理的组织架构。  

    传统的设备管理组织基本上是直线职能制,其存在原因是由于管理设备的权威基本是在组织的上端,当决策被上层制定后,从上至下的信息和任务传递方式比较容易被基层接受。但是这种传递大多是单向的,或者是不充分的由下向上和部门之间的信息传递,上层管理者在不能充分了解相关信息和数据的情况下做出的决定,就会出现与现场不符的现象。另外这种架构也不能很好地激励基层人员的积极性。不过,在很多推行精益生产的企业中,基于全员生产性维护(TPM)方法下的设备管理系统部分地弥补了直线职能制的缺点,它在直线职能制的组织架构之外增加了许多矩阵制的活动小组来解决问题,来自不同部门的成员在小组的定期活动和交流中,增加了信息的传递,大大提高了平级之间的信息共享。但是这种方式中管理者和基层人员之间大多还处于一种结果导向和由下向上汇报的过程,而活动小组从高层管理者得到信息的过程也相对被动。

  信息共享问题在工业4.0的企业中可谓水到渠成,信息收集和信息分析都可以通过物联网的方式直接在工作终端(设备)中得到。只要开通相关的权限,所有的信息就可以通过搜索终端在数据库中取得。在统一系统中,所有的数据无需增加重复收集的过程,只要不断地调用和计算即可。例如,在生产现场统计设备综合效率(OEE)的数据,原先需要收集一个时段中,设备计划生产过程的实际停机时间、每个零件生产的节拍、生产零件的数量和合格品的数量等数据。一般这些数据可能出自不同职能部门的不同系统,但在高度信息化和网络化的4.0时代,所有的信息可以实时从设备(智能工厂中物质就等于信息)上得到,并能实时计算反馈结果。

  由于信息化和网络化的便利,很多流程和工作也将由电脑实现。随着高度自动化,工厂中原先以劳动密集型为主的生产形式逐渐变化为资金和技术密集型的形式,这种变化目前在国内沿海经济较发达地区已经越来越明显,同时逐渐向中西部地区蔓延。随着高效的信息处理方式及智能决策的辅助,将大大增加所有人的管理幅度,这种变化将在组织信息越来越充分分享的同时,使管理架构变得更加扁平化。

  设备管理流程发生巨变,执行更加标准化

  随着工厂信息化和网络化、以及设备自动化程度的提高,设备管理制度中的流程将发生巨大改变。原先流程中由人工进行操作的很多工作结点将由设备替代,若干年前银行人员被电脑和ATM机替代的场景也将在工厂中更频繁地发生。  当然工业4.0对设备管理制度的编制是有好处的。制定制度的前期就有充分和有效的数据为决策者提供依据,再配以有效的分析系统,将大大提高制度制定的效率和效果。例如对于设备综合效率的提升,系统就可以按照设定参数帮助决策者自动收集相关数据,并发现数据中影响综合效率的关键因素,从而更高效和有针对性地研究和解决问题。

  这种变化对设备管理制度的执行是正向的,原先人为因素较多的执行过程将变得更加标准和严格。系统只需按照制度和流程设定程序,在条件满足时就会严格执行,这也使程序的进行更加清晰。例如设备故障报修制度,流程文件要求在不同的停机时长后得到不同级别的响应。信息化不充分的条件下,由于信息传递不及时和人为掩盖而造成推诿和响应不及时。但在工业4.0的工厂中,系统将在不同的时间点自动给不同的管理者发送信息:设备一旦发生故障,系统会马上通知班组长,若15min未恢复,将自动报警通知维修人员进行维修,1h后如果未修复,则升级至车间主任。整个流程,设备会严格按照设定的维护计划自动发出指导和报警,提醒相关执行者完成任务,在由系统主导的执行过程中,不会给任何执行者推诿的理由,所有人员将被拉入严格的标准化工作状态中。

  物质就是数据,设备维护更便利

  工业4.0强调物质就是数据,从技术层面上来说,无论是一整套设备还是设备当中的1个元器件,理论上都能够将相关信息提供到系统中。这种提前采集到的数据可以预警相关潜在故障,而不是必须濒临故障或出现破坏性现象后才去处理。例如:通过轴承的振动频率和原始数据来判断轴承是否损坏,当发现频率变化时,轴承往往已经处于快速损坏期,对设备效率影响较大。而工业4.0下的智能轴承却可以在原材料和轴承的油脂中增加相应传感器,当轴承的原材料应力变化到一定程度或者轴承油脂中金属碎片浓度达到一定值时,通过系统发出维护或者修理的信息,使准备和维护的时间大大提前。

在精益生产中提到的自动化概念,由于设备和零件都具有信息传递能力,将可能从原先发现设备问题后停止并通知人员处理的过程,变为设备发现问题后,零件和设备之间按照程序自适应的过程。但是事物的两面性要求必须更加深入了解这种变化会给企业带来的问题,这也是更需要关注的方面。

  对人员素质提出更高要求

  随着工业4.0的推进,在工厂高度自动化、高度信息化和网络化的变化中,工厂将面临人员减少的窘境,一方面设备的高效率不需要过多的员工参与生产,很多劳动密集型工厂一旦改造成为自动化生产线后,可能只需要原先10%的人员进行操作,设备对人员的替代现象非常明显。智能生产中的代表性设备3D打印机的加法式生产和快速复制能力将颠覆目前大多数生产模式。另一方面,一些操作人员因能力所限,无法完全操作设备,设备柔性化要求的不再是单纯地按按钮工作,更多的是根据生产现状调整设备,并保证智能工厂的正常运行。设备应用技术的突飞猛进使设备管理人员和维护人员面临同样的挑战,对新技术的及时掌握是管理和维护设备的基础,做到在大数据中及时发现问题,并采取措施,修订制度也将给设备管理者带来更大的压力。  因此,对于人员素质的变化,企业应提前做好准备,尤其是对设备管理人员和维护人员的准备,需要在工业4.0实施之前完成,否则将成为企业运营的瓶颈。

  此外,由于设备信息化和网络化的实现,维护人员远程监控和修理设备变得比较容易,因此设备人员弹性工作制和设备外包也是工厂解决富余设备人员的一条路径。

  对工厂安全提出更高要求

  当今工厂运营中,放在首位的工作应该是安全问题,再者是整个生产运行系统要能够安全运行。

  工业4.0会使单个设备的安全性大大提高,许多的潜在危险解决都在产品设计中加入到设备的传感器中。但工业4.0工厂的安全问题还需要在以下3个方面引起关注。

  第一,工业4.0内部的设施是相互联接、同步运行的,生产中某些关键结点的小问题将可能产生连锁反应,甚至是雪崩效应,最终会对整个工厂产生影响。

  第二,工厂信息化和网络化的特性将使整个工厂在某些领域暴露在外界,这种开放可能导致工厂系统受到外部的攻击,造成整个企业的瘫痪。

  第三,工业4.0的很多元器件和软件技术还掌握在国外公司手中,有些设备和元器件只要花钱就可以买到,有些则是被国外限制出口的,为今后的设备管理带来风险。

  对于安全问题,在设备前期管理过程中就要仔细的思考,要从长远的设备使用角度看,对设备的安全尤其是一些不可控的战略性安全问题进行思考。在建设4.0工厂之前,就需要考虑工厂中的设备和元器件在后期的运行过程中是否安全,其备品配件能否及时买到,价格合适与否;元器件及软件有无后门,是否存在外部侵入风险;国内的替代产品多久能够出现等,这些都是工业4.0工厂安全的关键点。

工业4.0工厂中设备对人员的替代现象非常明显

    标准化建设需要过渡期

  大多数工厂希望逐步完成工业4.0这一转化过程,因为一次性完成这种转换需要投入大量的成本,而如果原有的固定资产(设备)不能很好地退出,将为工厂的决策带来很大的困扰。

  让这些固定资产能够被利用的最好办法就是对这些设备进行低成本改造,使其在一定程度上达到工业4.0的要求,得以继续使用。所以工业4.0的标准、控制方式的标准、接口的标准、元器件的标准等将决定工厂改造和投入的策略。而在工业的行业标准中,从来就是多个标准同时存在,过多的“接口”增加了整个工业4.0推进的难度和成本。

  谁拥有标准谁就拥有话语权,想参与工业4.0的实施,我国要在国家层面制定标准,并兼顾我国企业特色。标准应该有过渡期,不一定要求所有工厂都一步到位,可以逐步从工业3.0到3.5再到4.0进行过渡。设备标准、传输方式、网络接口等方面,也需要有前瞻性和对不同阶段的兼容性。 

     工业4.0对整个工厂而言,是一次大的革命,对设备管理的影响会涉及到方方面面,也看到工业4.0优势的同时,也一定要坚持结合自身设备管理的特点,建设满足自己需求的工厂,这其中需要做很多的研究和均衡,才能使这次变革为工厂带来更强的竞争力。

(值班编辑:zzz)