基于物联网技术的拉动式设备维保

彭莹莹，冯 磊，李 雪

（1.山东省烟草专卖局（公司） 物流处，山东 济南 250101；2.山东大学 管理学院，山东 济南 250100；3.兰剑智能科技股份有限公司，山东 济南 250101）

1 烟草商业企业设备维保现状

物流设备是烟草商业企业固定资产的重要组成部分，是进行生产作业的重要物质基础，也是企业现代化水平的重要标志。从山东烟草商业企业的发展现状来看，随着自动化物流设备的大量广泛应用，大多数烟草商业企业设备维保还只停留在静态信息的管理上，对于故障的机器只进行事后的维修和保养，无法及时地对各种异常状态和故障状态做出诊断。烟草商业企业的现代物流控制系统更多的偏重于对所管理设备进行跟踪、统计，仅仅涵盖相关的设备信息，如名称、规格等，缺少设备完整的动态运行数据，如机器运行过程中的温度、转速、电流等。此外由于技术的局限性，设备维保的数据不能及时上传，导致数据传递性差。因此各烟草商业企业普遍突显出故障停机率高、并发故障概率大、设备有效作业率下降、维修时间长、维修保养费用高、维修保养无规范化和标准化、管理基础薄弱等问题，因此建立一套拉动式设备维保体系，辅助设备管理决策，能适应企业设备维护发展的要求，推进企业信息化建设的进程，这对于烟草行业的发展是十分必要的。

本文提出将物联网技术与设备维保相结合，并采用设备故障预测算法，形成一种新型的拉动式维保作业模式，其能在设备全生命周期管理的基础上进一步完善设备维保活动中的相关作业，形成一套完整的设备维保制度体系，有利于烟草商业企业保证设备良好安全的持续运行并不断改善和提高设备的技术和质量。

图1 维保发展阶段图

2 拉动式设备维保概述

“拉动式维保”的概念源自于“拉动式作业”这一思想。拉动式作业是丰田生产模式两大支柱之一“准时生产（Just In Time）”得以实现的技术承载。相对于过去的推动生产中，前一作业将零件生产出来“推给”后一作业加工，在拉式生产中，是后一作业根据需要加工多少产品，要求前一作业制造正好需要的零件。拉动式作业好处就在于真正实现了信息流与物流的结合，而且在整个过程中不会产生多余的中间产品，也不会出现等待、拖延等浪费。因此该生产方式能够真正做到“适时、适量、适物”的生产，节约产品的生产成本，最终产生经济效益。

拉动式维保追求的模式与上述拉动式作业是相似的，其追求的是一种设备管理人员根据实时的设备管理需求及时做出相应处理行为的模式。其表达的是要在正确的时间正确的地点做正确的事情的思想。

2.1 拉动式维保的模式

基于物联网技术的拉动式维保能够利用先进的物联网技术，及时准确的得知设备的运行状况，判断出设备是否需要保养或者维修来辅助维保人员决策，同时能降低备配备件的库存以及提高维保人员的作业效率。拉动式设备维保对设备进行全员的管理和维护，变传统的抢修式管理为预检修式管理，对故障加以分析和控制，提高设备对物流作业的保证作用，不仅可以有效满足卷烟商品准时发货，更可以大大降低生产成本。

从图1看出，拉动式维保体系最重要的就是能够及时准确的预测设备未来状况。因此，利用物联网技术获取烟草物流设备运行的状态信息、维保信息、环境信息等各种数据，基于多种预测诊断方法，能够实现物流设备故障早排查、早知道、早解决，实现拉动式维保。

2.2 拉动式维保的目标

（1）减少设备故障频率，提高作业效率。通过拉动式维保体系来应用现代技术，开展维保创新，达到减少设备故障频率延长设备的使用寿命以降低成本、减少和消除设备故障提高物流作业效率的目的。在长期不断的应用拉动式设备维保的过程中，不断发现设备故障问题并加以改善，并把改善经验纳入设备维保知识库，会形成一个闭环设备管理体系，促进卷烟物流企业产生核心竞争力。

（2）降低烟草商业企业设备维保费用。构建拉动式设备维保体系，能够预先准备好烟草设备维保的相关工作，组织合理的维保工作力量，从而合理的控制费用，并且有效降低设备故障率提高设备的平均服役年限。

（3）提高卷烟物流车间OEE。全局设备效率（OEE）是一个极好的基准工具，通过对设备维保作业的持续改进，可以使企业生产车间的产能得到优化和改善。烟草商业企业针对高频故障设备解决问题，提高设备OEE。进行拉动式设备维保的最终目标是实现卷烟物流设备零事故、零故障。

（4）完善设备基础信息管理。设备基础信息管理是设备管理工作的重要组成部分。通过拉动式设备维保体系的建设，能够完善烟草设备基础信息、技术资料，对烟草设备提供信息化支撑，实现全省范围内设备维保技术交流畅通。

（5）完善设备维保制度体系。构建一套合理的烟草设备拉动式维保体系，有助于企业保证设备良好安全运行，保持其技术状况完好并不断改善和提高企业设备技术和质量。该维保体系一般应包括：设备管理体制及机构设置的规定，设备全生命周期管理制度，设备统计、考核制度（编码体系），设备事故管理制度，备件管理办法以及设备相关工作知识管理制度等。

3 拉动式设备维保的可行性分析

国家烟草专卖局曾明确提出要建设“面向未来”和“不可替代”的烟草行业物联网，实现全面管控行业内部、提升行业核心竞争力的目标[1]。物联网技术在烟草商业领域的应用主要有智慧物流、现场信息化管理以及物流设备管理等。智慧物流实现烟草商业配送中心自动化智能仓储与实时监控、实现产品从生产环节到零售店的定位、标识、跟踪、监控和管理[2]。现场信息化管理借助卷烟物联网的全过程可视化、痕迹化功能，使企业现场管理实现可知、可控、可持续，从而有效提升烟草物流配送中心的整体服务水平[3]。物流设备管理主要是用于监测设备的运行状态（温度、湿度、电压电流等），结合相关设备故障预测方法，实现设备故障预测以及定位[4]。

物联网的数据采集涉及传感器、RFID、多媒体信息采集与通信、实时动态定位等技术。如温度感应器、声音感应器、图像采集卡、震动感应器、压力感应器、RFID读写器、二维码识读器等，都是用于完成物联网应用的数据采集和设备控制。感知层设备（包括RFID、传感器、计数器、移动终端等）相对低廉，使其大量部署成为可能。各级终端实现随时随地对物体进行信息采集和获取，实现更真实可靠的全面感知。

除此之外，智能硬件能够在信息感知的基础上进一步处理信息，得到更加准确、可靠的信息。智能硬件是继智能手机之后的一个科技概念，通过软硬件结合的方式，对传统设备进行改造，进而让其拥有智能化的功能。在烟草物流设备的管理应用中，随着智能硬件的进步，不仅仅是检测数据，还可以把数据传输到处理中心，经过数据的处理、比对，最终可以从反馈中了解设备运行状况。

此外，在不久的将来，物联网可借助5G通信技术以及云平台技术实现烟草物流设备维保的进阶，实现智能化设备维保。

（1）5G通信技术。中国移动、中国联通和中国电信三大运营商正不断推进国内5G试点。中国已在2019年开启5G预商用，2020年开启规模商用。有了5G通信技术的支持，物联网相关的功能真正发挥了出来，实现万物互联、设备信息实时共享。未来可以将5G技术与卷烟物流设备维保工作尤其是远程维保工作结合起来，形成一个更加智能的设备维保系统。例如，卷烟物流公司将能够依靠5G技术，利用传感器监控其网络，并从设备的智能电表、转速表和温湿度表中检索数据。

在未来的卷烟物流中心，5G将使预测维保成为一种普遍的做法。预测性维保跟踪设备的长期性能，以便在故障发生之前就能预测到故障。大量的传感器、机器和机器人将被连接起来。与此同时，5G的高带宽和极低延迟将为虚拟现实和增强现实应用提高有力的支撑。相信在未来，一名维保工作人员可以使用增强现实头盔，从数百公里外的一位专家那里获得建议。

（2）云平台。通过物联网产生、收集海量的数据存储于云平台，再通过大数据分析，甚至更高形式的人工智能为人类的生产活动、生活所需提供更好的服务。其中，平台供应商主要为工业物联网应用提供支撑，能够为设备制造商提供终端监控和故障定位服务，为系统集成商提供代计费和客户服务，为终端用户提供可靠全面的服务，为应用开发者提供统一、方便、低廉的开发工具等。主要包括工业物联网平台、工业数据平台、工业云平台提供商等。

利用云平台及人工智能，卷烟物流企业可以通过手机等电子设备随时发起报修需求，平台供应商将会及时接单进行维修工作。有了云平台，卷烟物流企业可以节省为收集分析设备数据所造成的成本，并且享受专业化的维修服务。

4 基于物联网的拉动式维保系统构建

4.1 构建设备故障预诊断模型

故障预测诊断技术是保障卷烟物流企业安全高效作业的重要方法。利用灰色预测模型对卷烟物流设备进行故障诊断的应用研究，可以高效地进行故障的检测和分离，具有诊断效果好，可靠性高等特点。应用基于故障诊断与预测技术的系统模型，经过大量的数据验证，通常比较真实可靠。基于模型的故障诊断与预测技术能深入卷烟物流作业系统本质和实现实时的故障预测，故障预诊断模型如图2所示。

图2 故障预诊断模型

4.2 数据实时统计、有效分析

数据采集是设备管理的重要组成部分，同样是进行科学性设备预测诊断的基础。采集数据的准确性直接关系到设备预测模型结果的价值，所以科学的数据采集是设备预诊断的基础。

基于各类数据采集硬件与技术，实现关键设备的关键信息采集，并通过数据库技术存储统计。此后，利用QC相关方法对采集的数据资料进行去伪存真，保证数据的准确性、科学性。在数据资料经过搜集、加工、处理之后，要对其进行分析，从中找到具有意义的设备维保规律。

4.3 加强技术人员培训

通过加强技术人员培训，使其增加知识储备，加强机电融合，提升对设备运行状态和故障隐患的提前发现与处理能力，以便第一时间诊断出可疑隐患，处置问题，降低故障发生次数，减少大修发生概率。

4.4 制定卷烟物流设备标准维保流程

设备操作人员务必按照设备操作 SOP要求操作，按照谁操作谁负责的原则，执行岗位负责制，对设备进行维修保养和清洁工作，保证任何一台设备、阀门、仪表和附属管线得到专人维护保养。按照设备SOP进行操作，既可以减少对设备的损害，又能够得到符合设备故障预诊断模型的数据，提高设备预诊断的准确性。

4.5 建立备品备件数据库

卷烟物流企业的设备备品备件有一个重要的特点是单位时间缺货成本较高。然而，许多设备备品备件的消耗量得不到准确预测。如果储备过多，物流作业容易保证，但会占用卷烟物流企业大量的流动资金；如果储备过少，物流作业无法有效保证，可能会导致设备停机，影响卷烟出库效率。因此,设备备品备件物流的管理工作更显得至关重要。设备备品备件物流,既要满足卷烟物流设备维保工作的需要,又要使设备备品备件库存处于合理水平,从而给企业带来经济效益。备品备件库管理核心内容如图3所示。

图3 备品备件库管理核心内容

建立备品备件库，在省级烟草部门的协调下，各地市卷烟物流企业间能够对备品备件资源进行合理的宏观调配，各地市卷烟物流企业内部也能够协调各个部门之间的利益关系，最终达到运营成本的降低，增强企业的竞争力，实现企业的可持续发展。

5 结论

面对当前烟草物流设备管理维保的发展要求以及整个管理环节中存在的问题，本文提出将物联网技术与设备维保相结合，并利用设备故障预测算法，形成一种新型的拉动式维保作业模式，其能在设备全生命周期管理的基础上进一步完善设备维保活动中的相关作业，形成一套完整的设备维保制度体系，来提高烟草物流作业的现代化水平，有利于企业保证设备良好安全的持续运行并不断改善和提高设备的技术和质量。