PLM设备维修系统技术

本章主要介绍面向PLM的设备维修系统的技术框架，分别介绍设备维修系统的关键技术、面向PLM的设备维修系统的支持技术以及面向PLM的设备维修系统的技术框架组成三部分，其中面向PLM的设备维修系统技术框架主要包括维修策略、组织模型以及数据管理三个方面。

2.1 概述

无论任何企业尤其是工业类、制造类企业在进行生产、运输、销售以及服务的的过程中都离不开设备。设备也是提高企业生产率、提高产品质量与服务质量，提高企业经济效益的重要工具。所以设备是指企业在生产过程中长期使用，且在反复生产使用过程中基本保持原有的功能和实物形态的物质资料和劳动资料的总称。它包括机器、仪器、炉窑、车辆、船舶、飞机、施工机械、工业设施等，其中最有代表性的就是机器。同时随着科学技术的飞速发展，高科技成果的不断应用，使设备的现代化和智能化水平迅速提高，不断朝着自动化、高速化、电子化、精密化等方向发展。

在高新设备增加产量和品种、提高产品质量，降低原料损耗，充分利用生产资源，降低工人劳动强度且创造巨大财富，取得较好经济效益的同时，也给企业和社会引入一系列新问题：发生故障停机次数增加；购置设备投资加大；维持设备正常运转投资加大；设备的社会化程度越来越高等。这些问题中，对设备维修系统的管理技术问题逐渐得到重视和成为企业提高经济效益，在竞争中获得优势的“瓶颈"，因此，对设备维修系统的技术框架的研究对企业的发展和壮大，具有重要的意义。

目前，我国的设备维护维修管理制度主要是继承过去行之有效的“以防为主、修养并重、三级保养、润滑五定、十字作业"等一系列先进经验的基础上，并结合信息论、系统论等现代管理科学总结得来，即一生管理、两个目标、三个基本方针、四项主要任务、五个结合的管理模式和方法。

本章针对目前企业设备维修管理的体系，提出面向PLM的设备维修系统关键技术的技术框架。首先介绍面向PLM的设备维修研究范围与研究对象，接着讨论设备维修系统的关键技术，包括设备维修策略与维修计划管理、设备维修组织管理以及设备维修数据管理三个方面：其次研究面向PLM的设备维修系统的支持技术，主要包括设备维修策略的协同性、设备维修组织的多主体性以及设备维修模式的集成性；最后对面向PLM的设备维修系统技术框架的组成进行整体介绍：包括设备维修策略、设备维修组织以及设备维修数据管理三个方面，并根据该技术框架分别在以后的三、四、五章节中深入讨论和分析面向PLM的设备维修系统的关键技术。

2．2 设备维修系统的关键技术

设备是是企业生产赖以运行的载体，是工业革命的起点，是不同经济时代的重要标志。马克思说：“设备是企业的骨骼、肌肉和脉管"。时代与科学技术的发展，促使设备的更新换代正向日益精密、集成化、智能化方向发展，设备的结构越来越复杂，设备维修也相应复杂。因此，一套完备的设备维修系统的技术体系框架是必不可缺的。设备维修系统的关键技术框架和组成如图2．1所示。

图2．1面向PLM的设备维修系统技术框架

2．2．1 设备维修策略与维修计划管理

2．2．1．1 设备维修策略范围及措施

我们所说的维修策略，通常就是在合适的时机对适当的对象进行维护、检查或者修理等维修措施，其中维修对象包括一系列的设备或者设施及其附属的零部件。设备维修策略通常分为：事后维修、预防性维修、改善维修、维修预防和生产维修。前面四种维修模式在前面介绍设备维修策略的发展及研究现状时都有提及，而生产维修是一种为生产服务、主要以生产为中心的维修策略，它涵盖了以上四种维修策略的具体内容。我们在制定设备维修策略时，首先要明确设备维修策略范围。如图2．2示。

图2．2维修策略的范围

我们制定设备维修策略要综合考虑维修策略范围中的各个环节，制定设备维修策略主要有以下三种措施，如表2．1示：

在维修领域，每种维修策略都有基具体实现的过程，也即都有相应的维修计划、维修实施以及维修控制过程。维修策略是指导维护工作周期性作业过程的核心思想，它与维护计划相结合，导致重复性和周期性的维修需求，阐明确定的期限和工作范围。维修策略、作业流程与维护计划的结合如图2.2示。

图2．3维护策略、作业流程与维护计划的结合

设备维修计划是企业运转经营的必不可缺的组成部分，与企业财务、物资供应等计划密切相关。一般来说，维修计划分为维修作业计划和作业进度计划两部分，前者主要强调任务的安排分配，后者则侧重于具体维修作业的进度情况。按照维修周期来分，维修计划可分为年度、季度、月度以及周维修计划；按照作业类别划分，又可分为设备大修计划、设备中修(项修)计划、设备小修计划、设备预防性检查计划、定期的设备精度校准、调整与保养计划等。当然，我们编制设备维修计划，也要有遵守一些基本准则：作业控制准则、工作量均衡准则、资源集中分散结合原则、信息畅通准确原则、与生产系统协调准则等。维修计划表形式一般如表2．2所示。

随着设备维修管理的日趋集成化、网络化，网络计划技术在设备维修中也日趋广泛应用和发展。网络计划技术的管理方法，就是用网络图的形式制定企业工程项目的计划，从该网络图中找出最优计划，并进行组织和实施完成计划提出的目标。网络计划不仅可以用网络图来表示各工序的先后次序和相互关系，而且可以找出关键并序和关键路线，进行统筹安排，合理使用人力、物力、财力，有效地控制和监督计划的执行，从而高效率、高效益地完成任务。

2．2．2 设备维修组织管理

对一个企业来说，通常都可以把组织结构划分为管理组织和执行组织。在管理组织中，企业的各种职能由不同的部门所履行，各部门之间进行协调与合作。执行组织通过人员、设备、工具以及材料在空间和时间上的合作实施各类不同的维修作业。而作为企业的一个组成部分，设备维修系统的维修组织通过完善系统的计划、控制资源成本以及数据计算，实现以人为本和企业的经济双赢的目标。维修的组织中管理组织即是指企业的逐级领导部门，由谁或者哪些是该工程项目的负责人，主要是按职业类型或者生产范围进行划分；而维修执行组织是指考虑到以人为本和企业经济效益等因素进行计划、实施和控制的组织模式。

根据企业资源状况，即维修工作量的大小、设备的拥有量、维修人员的配置情况、维修周期的长短以及维修力量的分配情况等，企业内部的设备维修组织形式分为三种：

(1)集中维修(Centralized maintenance)

企业将维修力量集中起来，由专门的维修工艺以及维修专业人士进行维修，有利于维修资源的有效利用和统筹安排。但造成设备临时故障维修不及时，同时也不利于生产车间员工设备维护能力的提升，且容易造成维修部门与生产部门之间的责任推诿和产生不必要的矛盾。这种维修组织形式一般适用于设备不多、规模较小的企业。

(2)分散维修(Decentralized maintenance)

企业将维修工作具体化分散到各个车间，各个工段进行，由于生产车间工作人员对设备比较了解，可以将用、管、修三者结合起来，有利于提升生产人员的维修技能和维护能力，也可以协调维修部门与生产部门之间的关系。但缺点是这种方式使企业的维修不够专业，且维修资源分散，使维修力量的整合、协调和有效调配受到影响。

(3)混合维修(Combmed maintenance)

结合了集中维修和分散维修的优点，设备的中、小修以及一些日常设备的维护和修理则交给生产车间的相应维修工作人员负责，而维修车间主要负责设备的备件制备供应以及必要时生产车间不能胜任的设备大修工作，企业可以集中调配维修部门专业人员进行。

我国大多数企业多采用混合维修，即集中分散结合的方式。我们主张组织结构的扁平化、窄细；结构上要实施扁平化、窄细化；管理上要保证规范化、高效化、数据化、无纸化；造成小机关、大企业的宏观格局。同时要控制管理范围，保持最佳的管理权限和幅度，使企业避免出现推诿责任，责任不清的现象。目前，企业常用的设备管理组织结构以及未来可能的设备管理组织结构如图2．3和图2．4所示。

图2.3 企业常用的设备维修管理组织结构

图2.4 未来可能的设备维修管理组织结构

2．2．3 设备维修数据管理

设备维修数据包括元数据以及各种维修单，元数据主要有：与维修关联的维修文档、维修项集合以及设备维修演化过程等；维修单主要指：设备维修通知单、设备维修工单、设备维修记录表、故障记录单以及设备维修记录单等数据的集合。设备维修数据管理是在现有维修数据管理的基础上把维修维护数据参与到设备的设计与生产阶段使用，提高设备使用率和延长设备使用寿命。

2．3 面向PLM的设备维修系统关键技术的支持技术

产品生命周期主要包含两种含义：第一种含义主要是从制造商角度出发，指的是从产品簇的设计规划直到报废消亡的过程；另一种含义是从使用者角度出发，从具体产品的概要设计、详细设计、生产制造、销售使用、维护维修直到报废消亡的整个生命周期过程。产品生命周期技术从第一种含义主要是指产品配置设计与变型过程中的管理；产品生命周期技术从第二种含义来说，除了包含有第一种含义，还有对产品生命周期后半段维护维修过程的管理。本文主要采用第二种产品生命周期的含义出发，具体研究面向PLM设备维修系统的关键技术。

2．3．1 设备维修策略的协同性

设备维修策略的协同性是指不同类型的设备维修策略同时应用到设备维修管理中，其中戴明博士提出的14条措施在资产管理中得到了广泛应用。采用“五步方法”的结构模式，如图2.4示：

图2.4 戴明博士提出的14点要点诠释

以可靠性为中心的维修对维修方法的有效性和可用性进行评估，主要是看在技术上是否可行，每种方法使用后的效果怎样，如果有效再对比使用前与使用后的费用对比情况如何，是否有较大优势。具体分析方法如图2．5示。

图2．5 RCM的分析逻辑方法

2．3．1．2全面生产维修(TPM)

全面生产维修(TPM)是顺应时代发展需要应运而生的一种管理模式，指公司包括设计、开发、生产、销售以及管理各个部门在内的全体对象，从管理层到一线工人全员参与的集体活动，以追求设备系统使用率的极限化为目标，展开个别改善、自主保全、计划保全、技能教育训练、设备初期管理、质量保证、管理间接部门以及安全、环境和管理体制为支柱的管理机制，实现零损耗的终极目的。

简言之，全面生产维修也就是全员设备管理，其基本特征就是“全"，即全系统、全效益和全员参加。其特点主要包括如下三个方面的内容：

(1)全面生产维修主要着眼于设备生命周期的后半段，对设备前半段生命周期的活动是通过设备信息反馈来进行操作控制作用的。因此，全面生产维修是适用于设备使用部门的设备维修管理制度。

(2)全面生产维修主要侧重于低层次的生产现场的管理，其直接目标就是保证生产现场设备的正常运行，减少停机损失和消除设备故障损失。因此，全面生产维修是侧重于生产现场设备的维修管理制度。

(3)全面生产维修主要强调企业员工从上到下的参与设备管理，无论是企业领导还是一线工人，特别是操作人员参加设备管理，并鼓励操作人员自主维修能力的提高。因此，全员生产维修是鼓励包括操作人员在内的全员参加的维修管理制度。

2．3．2 设备维修组织的多主体性

在设备维修过程往往会涉及到多个设备维修主体，设备使用者、设备第三方维护服务商以及设备制造商。设备制造商也通常是设备中某些最复杂和最关键的维修状态项的维修主体，但是也可能会某个维修状态项可能被多个维修主体所维护的情况发生，但是不同维修主体的维修层次、维修内容、维修策略与维修周期是不一致。如图表2．3描述的设备维修主体与维修层次之间的关系，指的是不同的维修主体所能承担的维修层次的较为普遍情况，而某些具有条件的设备使用者也可能有能力承担比较复杂的设备技术改造或者大修改造等深层次的维修。

2．3．3 设备维修模式的集成性

设备维修模式的集成性是集成制造思想应用于设备维修方面的延伸，以保证设备维护流程的高效、规范和协调运作。集成维护的流程集成特性对于设备维护过程具有长流程的特点有很好的适应性，且兼顾了设备维护管理优化和设备维护技术改进等方面。集成维护模式的核心价值重点表现在两个方面：一方面使企业的维护资源能够统一调配和有机集成，有效提高企业设备维护维修效能和维修资源利用率；另一方面流程的优化和集成大大降低了维护成本和维护人员的工作量。

2．4 面向PLM的设备维修系统技术框架组成

2．4．1 面向PLM的设备维修策略

将以可靠性为中心的维护(RCM)和全员生产维修(TPM)的基本理念应用到维修策略中，将设备使用者的活动和信息与专业维修工人的活动和信息相结合，可使维修策略更突出重点，各方职责也更加明确。

2．4．2 面向PLM的设备维修组织

面向PLM的设备维修组织主要涉及到的维修主体主要包括：设备使用者、设备制造商以及第三方设备维修商。

2．4．2．1 设备使用者

设备使用者是设备为了满足需求的对象，同时也是设备维修的主体之一。在设备使用中一定会出现设备出现故障的情况，无论是大是小，设备使用者首先从经济方面考虑都会想到利用自己的维修资源来进行初步的检查和维修。一般来说，主要采取的措施包括：操作检查、视觉检查、小维护、外部调整、某些零部件的更换与移除等。对于设备维修来说是初级的维修，因此属于非专业的维修主体。

2．4．2．2 设备制造商

设备制造商是设备的直接制造方，对设备的设计和构造都了如指掌，同时也是设备维修的重要主体之一。在设备使用者遇到不可自行解决的设备故障或质量问题时，都可能会联系设备制造商进行修复和维修。一般来说，主要采取的措施包括：大修与改造、细节校准、复杂的工厂改装、供应链支持以及超出使用者和第三方设备维修商的维护水平的故障维修。对于设备维修主体来说是专业的维修主体。

2．4．2．3 第三方设备维修商

第三方设备维修商是设备的专业维修组织机构，对于设备维修有自己的一套维修理论和方法。相比于设备制造商来说更侧重于设备主体本身，更具有客观性；相比于设备使用者来说更专业，同时也比设备使用者要客观和全面。一般来说，主要采取的措施包括：大维护、细节检查与系统检查、较复杂的设备维修与调整、以及超出设备使用者维护水平的设备维修。因此，对于设备维修来说属于是客观专业的维修主体。

2．4．3 面向PLM的设备维修数据管理

面向PLM的设备维修数据管理主要是将设备维修过程产生的设备维修文档与设计阶段产生的设备维修文档相互联系，以提高企业设备的利用率。

设备维修数据管理的状态项数据包括：

(1)维修状态项是设备维修数据模型的基本组成单元，维修状态项集合以及维修状态项之间的关联；

(2)每个维修状态项的标识与定义信息，包括维修状态项的零件号、零件类别、零件数量与工位、配置、维修主体、维修策略、维修周期等；

(3)每个维修状态项的维修状态演化过程，包括维修模式、活动配置、实时的维修状态以及维修状态演化表等。

设备维修文档数据主要包括两部分：一部分是将设备维修状态项与维修文档、维修状态项的维修事件关联起来的元数据；另一部分是设备维修文档本身。

在维修过程中产生的设备维修文档，需要同时与相关的维修状态项和相应的某个维修事件关联在一起，这样在设备维修数据模型中它们就能够得到合理的组织管理：而在设计阶段形成的设备维修文档是在设备维修数据模型中与设备整机相关联的，不与其他维修状态项以及设备维修事件有关联。在设备维修数据模型中两类设备维修数据文档的关联项目分类与组织如表2．4所示。

2．5 本章小结

本章主要介绍面向PLM的设备维修系统关键技术的技术框架，主要包括设备维修策略、组织模型以及数据管理三个方面。同时分别介绍了设备维修系统的组成，包括三个关键技术的管理方式以及维修计划管理；PLM对设备维修系统关键技术的支持技术，包括设备维修策略的协同性，设备维修组织的多主体性以及设备维修数据的集成性；最后把详细介绍了面向PLM的设备维修系统技术框架的组成：面向PLM的设备维修策略，面向PLM的设备维修组织以及面向PLM的设备维修数据管理。

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