家电生产线管理系统浅析

温业圳 朱国全 陈 骥

（中国电器科学研究院股份有限公司 广州 510300）

引言

随着中国制造2025和工业4.0概念的普及和推广，智能制造已成为目前工厂生产制造的主流和趋势，建立智能化工厂，建立智能化生产管理系统成为越来越多人的需求。智能生产管理系统能实现生产与协同管理，生产效率和产量实时统计；设备管理；能耗管理。依托万物互联的概念，通过物联网，生产设备相关管理信息以及相关的生产报表可以通过手机APP远程进行查询，满足管理人员在家即可关注实时生产情况的需求。我们依据客户的需求，开发出了这套家电生产线生产管理系统。

1 系统简介

家电生产线生产管理系统采用数字采集技术，运用以太网组网，采集车间各台设备的核心运行数据，对生产车间的数据进行统计运算生成报表，管理整个车间的生产情况。主要生成OEE报表，MTTR和MTBF报表，产品报表，工厂能源消耗报表。通过这些报表分析家电生产线的生产的状况，提高设备的开机率和生产效率，减少能耗。还可以生成主要数据的历史曲线，追溯设备的运行历史记录。系统还可以监控整个车间设备的运行情况，实时显示系统状态。通过互联网，在手机上安装相应的APP软件，在家即可看到智能制造生产管理系统的相应数据和报表。

2 传统的监控系统的优缺点

系统运行后，进入家电生产线生产管理系统的主页面。如图1所示。

在主页面可以看到整个生产线的的设备布局，包括，前处理区，水封炉区，固化炉区，喷房区等，也能同时看到设备运行基本状况（包括正常运行，临时停机，紧急停机等），能源的消耗情况。系统可以切换进入不同设备的运行界面，监控设备的运行参数情况（包括温度，压力，流量等）。主页面能很好的展示整个生产的流程工艺，这也是传统上位机监控系统的特点之一。

图1 家电生产线生产管理系统的主界面

图2 炉区设备运行监控

我们以水封炉为例说明传统上位机监控系统的特点，在水封炉区的监控界面，如图2所示：设备运行时，可以看到设备的运行情况，各点的温度值可以实时显示，阀门的工作状态，风机的运行状态包括燃烧机的起燃情况，都可以实时显示。在趋势曲线监控区，如图3所示，可以看到炉区各个重点参数的趋势曲线显示图，包括温度，压力，流量等，这些数据全部归档于系统的数据库中，根据需要可以保存几年的时间，通过这些趋势曲线可以查询变量的实时数据和历史数据。

这是传统的上位机监控系统，实现了客户对生产设备和设备关键数据监控的功能。各设备的关键数据，包括温度，压力，流量，浓度等都可以采集进系统，通过归档保存，可以生成实时曲线和历史曲线。通过对实时曲线和历史曲线的对比，可以提早发现设备隐藏的故障，提早发现，提早解决问题，是大数据采集的基本应用。而传统上位机监控系统基本没有报表系统，只反应设备的运行状况，没有对设备的关键数据进行采集，没有相应的算法对设备性能进行考核，也就没有办法进行数据分析。为了满足生产管理者实现提高设备性能的依据，降低设备故障率，减少能源消耗，完成生产报表的要求，新的生产管理系统应运而生。

3 系统报表体系

在传统的上位机监控系统这个基础上开发出一套生产管理系统，对生产车间的关键数据进行统计分析生成报表，通过计算考核设备的运行状况，用以提高设备的综合使用效率，提高生产效率，节能减排，自动统计生产数据，满足初步智能生产的需求。

报表系统是家电生产线生产管理系统的核心内容，这也是我们这套生产管理系统区别于传统上位机监控系统的根本所在。总共有4份报表，分别是OEE报表，MTBF&MTTR报表，产品报表，能源消耗统计报表。这些报表都能自动采集生产的核心数据，确保能客观反应生产的实际情况。

3.1 OEE报表

OEE指：设备综合效率（Overall Equipment Effectiveness），是一个独立的测量工具，它用来表现实际的生产能力相对于理论产能的比率，OEE是一个衡量设备性能的手段。OEE的组成包含三大指标：时间利用率（可用率AVA），性能利用率（设备有效操作时间PER），良品率（质量指数QUA）。我们这套系统通过采集输送机的空挂次数，设备开机时间，输送机的实际操作时间以及下件区里产品的合格数和不合格数等几个重要的数据数据，先后自动计算出设备的时间利用率（AVA），设备有效操作时间率（PFR）,产品的合格率（QUA）。最后得出设备综合效率（OEE）。计算公式分别是：

图3 炉区重点参数趋势曲线图

AVA=输送机操作时间/开机时间，

PER=（输送机操作时间-空挂时间）/输送机操作时间，

QUA=合格产品/（合格产品+不合格产品），

OEE=AVA*PER*QUA。

这份报表是家电生产管理系统的核心之一，OEE报表区如图4所示。

OEE报表是历史月报表，通过查询保存在数据库中的关键数据自动计算生成报表。OEE数据的收集是提高设备综合效率最为关键的一步，通过对AVA，PER，QUA这几个参数的计算分析，我们可直接算出设备的综合效率。在设备刚刚开始运行的时候，时间利用率AVA一般达到了90 %，设备有效操作时间率一般达到了80 %，良品率在90 %左右，一眼看上去，似乎设备运行非常良好，数据都很优秀。但是通过计算OEE，我们发现设备综合效率才达到64.8 %，还有不少的提高空间，在行业中一般OEE需要达到72 %以上才算良好。我们随后通过采集到的数据的进行具体分析，发现设备的有效操作时间偏低，就是设备的利用率偏低导致了OEE率的偏低，再继续分析下去，是设备的空挂次数太多了，造成了设备利用率偏低，所以我们通过减少设备的空挂次数，提高了设备的利用率，一下子就提高了OEE率。通过数据采集分析解决问题，这就是我们这份OEE报表的作用。只要把时间利用率，设备有效操作时间率以及设备的良品率都提高，OEE率自然提高。OEE率越高，说明设备综合利用率越高，生产设备越好。这也是我们开发OEE报表的初衷之一，也是整个家电生产管理系统的核心数据。

图4 OEE报表区

3.2 MTTR&MTBF报表

MTTR指：平均修复时间（Mean time to repair，MTTR），在工厂一般是指主要设备由故障状态转为工作状态的时间，即设备的平均修复时间，单位小时。如果对于一台关键设备而言MTTR过长，那么应使用冗余设备。MTBF指：平均故障间隔时间（Mean Time Between Failure），最初是用来衡量一个产品（尤其是电器产品）的可靠性指标。单位为“小时”。现在也拿来考核设备的可靠性，在工厂一般是指主要设备的发生故障的间隔时间。我们在本系统中，自动采集主要设备的每天的正常运行时间，故障停机时间和故障停机次数，然后按月累积归档保存。先定义几个变量，QA为停机次数，EA3为设备正常运行时间，IEA3为设备总停机时间，QA3为故障间隔时间（MTBF），QA4为平均修复时间（MTTR）。我们对设备的考核要求是：QA3＞=120，QA4＜=2，单位都是小时。按照如下算法计算：如果停机次数QA=0，那么QA3=360，表明没有发生故障，否者如果正常运行时间EA3=0，那么QA3=360，表明没有开机，设备没有发生故障。否则QA3=EA3/QA，即设备正常运行时间除以故障次数，由此计算出设备的故障平均间隔时间。同理，可以定义QA4（MTTR）平均修复时间为QA4=IEA3/QA，即设备总停机时间除以故障次数计算出设备的平均修复时间。这些计算都是由生产管理系统自动采集，自动计算，对每台设备的运行状态，也一目了然。MTTR&MTBF报表区，如图5所示。

通过MTTR&MTBF报表的数据分析，我们可以发现每台设备的运行稳定性和故障发生率，对于关键的设备，如果缺乏稳定性，故障率高，我们就需要增加冗余设备来应对，以提高整条生产线的稳定性。对于稳定性好的设备，我们就可以减少关注，把主要注意力放到容易发生故障的设备上面。客户通过分析MTTR&MTBF报表，基本掌握了生产线上的设备特性，减少了设备巡视时间，节约了人力物力。对下一步设备的升级改造，提供了数据支撑，很有说服力。

3.3 产品报表

我们在下件区设置了人机接口通道，每个通过下件区的产品，通过下件区的人机接口进行数据采集，按生产班次统计每天的产品型号和数量，包括一次合格品，打磨，抛光等，自动统计计算出良品率。数据自动导入产品数据库，可以存储至少两年的数据，数据可以自动生成生产报表。

通过产品报表，每天的生产数据都一目了然，根据需要可以打印出来。做为车间一级的管理者：车间主任，对每天的生产数据比较关心，每天安排的生产任务是否完成，通过这份报表，他对生产线上的数据了然于心，对比发送的生产任务和完成的情况的报表，能快速了解每天生产任务的完成情况，满足了生产调度需求。

3.4 能源消耗统计报表

能源消耗统计报表是历史日报表，每天自动生成一份报表，统计每天的能源消耗情况。

图5 MTTR&MTBF报表

节能减排是绿色生产的核心，也是工厂管理者关注的重点之一。能源消耗统计能清晰记录生产车间主要设备的用电，用水，用气情况，对于异常的能源消耗在报表上会有数据的突变，车间一级管理层能对各设备的设备运行有清晰的认识，能合理安排设备运行，达到节能减排的目的。通过数据对比，能提早发现设备或者管路的异常，从而能避免能源的浪费。

根据客户的需要，所有的报表都能远程访问，满足了生产管理者在家也能及时了解生产情况的需求。

4 手机APP远程同步显示

设置上位机电脑为系统服务器，系统选择为网络模式，上位机的电脑采用固定IP上网。在手机端安装相应的APP软件后，上位机运行家电生产线智能生产管理系统，手机打开APP，登录相应的账号和密码后，即可连上上位机的智能生产管理系统。随时随地，只要有网络，就可以浏览设备的核心生产数据，包括上面所说的4份核心报表，满足了公司管理层的需求。同时设备预留了接口，为下一步生产管理系统融入企业的ERP系统做好了准备。

5 结语

在智能化，万物互联持续发展的年代，根据用户要求，我们开发出了家电生产线生产管理系统，自动采集设备运行的核心数据，直接反应设备的运行情况，能直观体现设备的使用率和故障率，为提高生产效率提供支撑。同时实现设备管理与生产管理的有机融合，实现设备级、控制级和企业级的三级整合物联，并为系统预留接口，为生产管理融入企业的EPR系统提供准备。生产管理系统上线运行以来，运行可靠正常，达到了设计的要求。