SCI论文（www.lunwensci.com）
摘要：为解决传统手段已无法满足大制造背景下企业的设备管理维护重任， 全员生产维护思想难以推广及落地应用的问题， 借助 计算机技术、融合大数据与物联网技术等数字化手段， 基于 TPM 思想， 以全流程、全系统、全员参与管理的观点和共享理念， 开 发设备全生命周期管理平台， 实现设备监控、运维管理、故障处理辅助决策、知识管理的一台份全流程管理。创新性提出和构筑 备件云仓库架构， 实现公司内各部门、供应商、合作企业等多维度连通一体的备件管理云平台。构建该设备管理平台的真正意义 是把 TPM思想落实应用到设备的全生命周期管理， 实现全面、高效的数字化设备管理。
Development and Implementation of Equipment Full-lifecycle Management Platform Based on TPM Idea
Wu Qiongxing， Liu Kewei， Zeng Ping
(GAC Automobile Co., Ltd., Guangzhou 511434. China)
Abstract: To solve the traditional means has been unable to meet the heavy task of equipment management and maintenance of enterprises in the context of large-scale manufacturing and the total productive maintenance(TPM) idea is difficult to promote and implement, by using computer technology, integration of big data and Internet of Things technology and other digital means, based on the idea of TPM, the full life cycle management platform of equipment is developed with the view and sharing concept of the whole process, whole system and entire personnel participation management. It includes the function modules of equipment real time monitoring, operation and maintenance management, fault handling with aim decision-making, and knowledge management, and so on. A spare parts cloud warehouse architecture is innovatively proposed and built to achieve multi-dimensional connectivity of all departments, suppliers, cooperative enterprises and other parts management cloud platforms. The construction of the equipment management platform has the real significance of applying the TPM idea to the full lifecycle management of equipment, realizing a comprehensive and efficient digital equipment management .
Key words: total productive maintenance(TPM); full lifecycle; equipment maintenance; cloud warehouse
0 引言
设备管理与维护是制造企业维持正常生产、保障产 品质量的必要工作。设备管理模式历经了从事后维修到 事前预测的过程， 包含故障维修模式、预防性维修模式、 预测性维修模式和全员生产维护 (Total Productive Main⁃ tenance， TPM) 模式。以大型汽车公司为例， 往往有多 个生产基地， 每个生产基地分别有冲压、焊装、涂装、 总装等多个生产车间， 各车间的设备形形色色， 种类繁 杂， 设备管理、维护工作非常巨大。
各个基地、各个车间的设备自主管理， 设备维护团 队孤立、备件各自建库， 孤岛式管理难以形成经验知识、 资源的共享， 造成巨大的资源浪费。大多数企业设备维 护管理的手段仍比较传统， 绝大部分还在利用手工维护 的方法， 设备维护工作对员工经验的依赖性较高， 故障处理案例及维修经验等知识得不到有效存档和传承， 无 法满足全面、高效、全生命周期的管理[1]。
任何一家企业均希望根据制造型企业的特征， 将设 备管理方式进行技术升级， 通过一系列的有效方法及措 施使得企业在生产制造中流程清晰顺畅， 设备故障最少， 备 件 库 存 合 理， 现 场 管 理 有 序， 达 到 制 造 效 益 最 大 化[2]。本文引入 TPM、知识管理及专家决策等先进管理 理念和方法， 借助计算机及网络技术实现数字化、云共 享， 有利于促进设备管理部门内部知识的共享以及部门 之间的协同管理， 可以成功建立企业设备维护知识管理 系统， 进而提高企业设备维护水平和服务质量， 控制生 产成本， 从而使企业在竞争中获得优势。所设计的平台 对提升企业设备管理水平和设备维护能力， 实现资源共 享、效益最大化， 具有重要意义。
1 TPM 思想及设备管理数字化规划
1 . 1 TPM 管理思想与数字化
TPM 为一个涵盖设备全寿命周期的包含规划、制 造和维修的方法， 已被广泛认可。 TPM 强调以设备为 中心展开效率改善的制造管理技术， 其管理理念是全 员参与管理、预防管理、“零目标”， 其特点可概述为 “三全”： 全效率 (全周期)、全系统、全员参与。 TPM 已 经 在 很 多 企 业 中 得 到 广 泛 应 用 并 取 得 较 好 的 实 战 效果[3] 。
TPM 管理的内涵包括 5 个主要因素： (1) 提出促进 企业设备使用效率的最优化解决方案; ( 2) 以设备自身 寿命为标准， 建立全周期检查机制; ( 3) 促进企业中各 部门之间的协调合作; ( 4) 明确全体员工共同参与的概 念; ( 5) 最大限度激发系统预防维修检修和自主维护的 理念。 TPM 是一种变革哲学， 它将不讲究经济效益的纯 维修型管理， 向维修、管理、使用并重， 向设备终生最 佳效益的综合型管理方向发展， 由低水平向制度化、标 准化、系列化和程序化发展， 为实现组织绩效的显着改 善做出了重大贡献[4]。
TPM 全周期、全系统、全员参与思想需要有强大的 工具和手段作为支撑， 数字化管理手段很好地弥补了传 统管理模式的不足， 在数据管理量、数据存储时限、数 据使用覆盖面等方面具有优势。数字化管理使被管理对 象及其管理行为量化， 在量化过程中利用各种先进技术， 包括计算机技术、人工智能技术、网络技术， 通信等技 术[5]。数字化在设备管理上应用的优势[6] 主要有： (1) 使 管理流程规范化， 减少人为干扰; ( 2) 人员参与管理的 范围更广， 程度更深; ( 3) 采用网络技术、云技术、大 数据等先进手段， 实现更大范围的资源共享和知识经验 传承; ( 4) 利用大数据分析、人工智能等技术， 有效提 升管理效率， 提升管理水平。可见数字化在理念上与 TPM 思想高度契合， 基于 TPM 思想实现设备管理数字 化， 为 TPM 思想的贯彻提供了强有力的技术支撑。
1.2 设备生命周期管理要素分析
基于 TPM 管理思想， 设备管理首先应该是全生命周 期的， 在设备使用企业中， 设备管理的生命周期可分为 设备购置、调试验证、设备运维 (定期维护/故障维修)、 改造更新、报废等阶段[7]。环节及涉及的主要业务及主 要管理要素如图 1 所示。其次， TPM 中的设备管理应该 是全系统自主预防管理， 定期维护在设备生命周期中起 到重要的作用， 形成统一的维护保全基准， 定期实施维 护保全并留存记录， 及时发现问题， 防范于未然。再次， TPM 是全员参与的， 在设备管理生命周期中， 设备的所 有信息和资料、设备履历记录、维修经验等需要全面共 享， 形成知识管理体系; 设备备件管理也应该打通各环 节、各部门甚至公司之间的通道， 实现备件共享。
1.3 设备全生命周期管理的数字化规划
1.3.1 系统目标
通过与企业设备管理部门的人员进行交流沟通及需 求分析， 对系统制定了以下目标。
( 1) 实现设备全生命周期管理， 建立设备基本信息 库， 如设备台账、备件的库存、设备维修手册、设备图 档信息等;
( 2) 实现定期保全维护和故障维修的数字化管理， 通过系统内建保养维护计划、维护记录表、维修记录表 等建立设备维修台账， 保存定期维护和维修记录;
( 3) 建立知识管理平台， 把设备基本信息、保养维 修记录等纳入系统的知识管理平台， 能快速方便地输入 及查询设备所有相关信息， 出现故障时及时查询到设备 维修建议， 实现辅助决策;
( 4) 建立备件云仓库， 打通各基地、各部门之间以 及外部备件资源库， 实现备件云共享及备件预警等， 提 高备件效率;
( 5) 操作界面应为友好型， 操作方便， 兼备移动端 (手机、 PAD 等) 使用功能， 便捷的文字、图片输入功 能， 升级简单且维护成本低;
( 6) 系统安全： 管理员可以对不同部门用户设置不 同的使用权限， 用户只能在相应的模块进行操作， 以确 保系统数据安全。
1.3.2 系统规划
根据 TPM 基本理念及设备全生命周期管理的需求， 结合数字化技术特点， 以设备为中心及管理对象， 设备 全生命周期管理数字化规划构建现场管理、维护管理以 及改善管理等方面制定数字化实施方案。系统功能模块 规划如图 2 所示， 包含设备基础信息管理、设备运维管 理、知识管理及备件管理四大模块， 实现现场监控、维 护保全管理、故障处理管理、备件管理、经验及知识传 承积累等功能， 实现资源互通、知识互联、备件共享、 实时监控的设备云数字化管理平台， 真正实现 TPM 思想 的管理模式， 以有效提升设备管理和决策能力， 提升生 产效率[8]。
( 1) 设备基础信息管理模块： 主要用于在管理设备购 置、改造更新、停用报废等环节上， 新增或更新基本信息、 BOM、图档资料、使用手册、维护手册、安装调试记录、 验收记录、备件清单等， 建立完善的一台份设备台账;
( 2) 设备运维管理模块： 贯穿使用在设备使用生命 周期中， 包含现场设备监控、定期维护保全、故障处理 等功能， 相关功能说明在后续章节详细说明;
( 3) 知识管理模块： 主要包含云文档资料中心、设 备知识库、维修案例库、个人经验分享等功能， 通过过 往设备数据和经验知识积累， 达到辅助决策的目的;
( 4) 备件管理模块： 通过建立备件云仓库实现备件 共享， 实现最小库存管理、物品出入库管理以及低库存 预警、备件调配等功能。
2 系统主要功能模块介绍
本小节以设备运维管理模块和备件云仓库为例， 介 绍系统开发实现的思路和流程。
2.1 设备运维管理
设备运维管理模块主要包括日常维护保全管理和故 障处理 2 个子模块。
2.1.1 设备维护保全
在设备运维过程中， 定期维护保全是设备维持正常 运转的重要措施， 也是 TPM 预防保全思想的核心内容之 一。在维护保养中， 一是要做到定期定常， 包括日常开 机前后的点检、定期的检修; 二是点检、维护保全的内 容具体化、标准化; 三是要做好记录， 建立完善的维护 保全履历。
在维护保全管理模块中， 在设备导入时同步在设备 管理模块中建立设备保养维护模板，在模板中定义维护项 目、维护周期，维护方法、检查基准及方法、维护责任岗 位等;在设备维护计划模块可以制定保养维护计划，当到 达保养维护时点时， 维护计划自动触发根据保养维护模 板制定生成保养维护任务工单， 下发指派至责任工程师 实施定期保养维护， 系统实现流程如图 3 所示。在设备生命周期的点检和维护保全作业中，通过数字化作业可进行 完整记录形成一台份履历， 同时通过不断进行总结改善， 通过 PDCA 完善模板、优化相关标准和方法并实施计划。
2.1.2 故障处理及辅助决策流程
设备故障发生后， 首要任务要找到故障发生问题点， 找到正确的故障处置方法， 恢复设备正常运行。在本系 统中实现故障上报主要有两个途经： 一是人工录入上报 故障信息; 二是现场监控模块通过数据采集硬件连接设 备控制单元， 获取设备的即时信息， 当设备出现故障或 异常时， 能即时捕捉到相关信息， 触发故障通知。同时 通过故障代码库找出故障信息， 并查找故障处理指南及 过往维修记录， 辅助故障分析处理决策。
系统获得设备故障通知后， 生成报修工单发送至设 备维修责任工程师， 设备维修工程师根据故障分析， 参 考故障处理指南及过往维修记录， 对故障进行维修处理， 设备管理模块中显示改设备为“维修中”状态。故障处 理完成后， 设备维修工程师提交“完成”指令， 通知至 现场设备使用人员及设备管理人员解除故障， 恢复使用。 并同时生成新的设备维修履历记录供后续查询或维修参 考。系统实现流程如图 4 所示。
2.2 备件云仓库
传统的备件管理模式都是使用部门各自建库， 形成 信息孤岛， 存在重复采购、库存量大等问题， 造成备件 成本高、资源浪费。备件云仓库模块构筑了互联互通， 信息共享的仓库管理系统， 实现公司内各制造基地、各 车间备件在统一平台下管理， 对备件的需求结合全局进 行优化， 能有效提高备件利用率。备件云仓库模型如图 5 所
示。
以如 PLC 之类的通用部件为例， 在冲压、焊装、总 装等各车间都有备件库存需求， 如果分库进行孤立管理， 势必造成备件量增大。通过备件云仓库系统可以将制造 基地内的最小库存数进行优化， 车间内备件互为活用， 可有效降低库存 50% 以上， 节约备件库存成本。
基于分布式思想， 备件云仓库系统共享接口允许外 部供应商、周边有同样备件需求的合作企业接入， 实现 更大区域内的实时库存数据和备件资源共享， 可以进一 步有效盘活社会资源， 实现备件资源共享、提高备件利 用率， 降低备件成本[9]。
3 系统架构与开发实现
3.1 系统架构
设备全生命周期数字化管理平台采用 BS 结构， 利用 了不断成熟的 WWW 浏览器技术， 结合浏览器的多种 script 语言 (VBscript 、Javascript) 和 ActiveX 技术， 用通用浏览器就实现了原来需要复杂专用软件才能实现的强 大功能。
如图 6 所示， 系统架构主要分为 3 层， 包括应用服务 层、数据访问层以及数据存储层。其中， 应用服务层主 要实现平台使用过程中需要的服务， 同时提供用户访问 接口， 以供使用者进行调用; 数据访问层提供各种数据 的访问接口， 任何数据的增删改查操作均需要借助这一 层实现; 数据存储层即数据库， 主要实现数据的持久化 存储功能。平台采用 MySQL 数据库， MySQL 是一个关 系型数据库管理系统， 基于其体积小、速度快、总体拥 有成本低， 尤其是开放源码这一特点， 一般中小型网站 或系统都选择 MySQL 作为后台数据库[10]。
3.2 开发环境及使用条件
本系统硬件配置： Intel ( R ) Core ( TM ) i3-8130 CPU@2.20 GHz， 内存 8 GB， 硬盘空间 500 GB; 操作系 统： windows 10; 开发语言： Python 、JavaScript 、Html; 开发工具： Pycharm; 数据库服务器： MySQL; 插件： Django 、Echarts 等; 服务器： Nginx; 客户端： 通过浏览 器访问使用， 推荐使用 Chrome 浏览器。
3.3 系统界面示例
系统主界面及设备详情界面分别如图 7~8 所示。
4 结束语
TPM 思想和方法是先进的设备管理理念， 对现代企 业的设备具有重要指导意义。本文分析了目前企业的设 备管理现状， 基于传统设备管理与维护中存在的问题， 引入 TPM 方法及互联网思想， 借助数字化手段， 开发实 现了设备全生命周期数字化管理平台， 弥补了传统设备 管理手段的不足， 将 TPM 思想贯彻到设备管理的方方面 面， 真正意义上实现了全流程、全系统、全员参与的设 备管理模式， 实现资源互通、知识互联、备件共享， 并 通过数据积累和知识经验分享， 有效提高设备管理效率 和辅助决策能力。未来系统可进一步结合物联网及数字 孪生等先进技术， 将设备更加紧密地实时联结起来， 实 现正真的智慧工厂。
参考文献：
[1] 孙明明 .TPM 在 E 公司设备管理中的应用研究[D]. 北京: 北京 交通大学,2020.
[2] 王资璐 . 基于 TPM 开展科研院所设备全生命周期管理[J]. 设 备管理与维修,2021.3:22-23.
[3] 孔繁斌 .TPM 管理模式在试验设备管理中的应用[J]. 设备管理 与维修,2020(7):27-28.
[4] WIELE T V D,IWAARDEN J V,DALE B G,et al.A comparison of five modern improvement approaches[J].2017.1(4):363-378.
[5] 沈澐,俞效燚, 王勇 . 制造企业设备维修管理信息系统的设计 与开发[J]. 机械设计与制造,2015.4:253-254.
[6] 席俊杰,吴中 . 制造业设备管理信息系统网络结构研究[J]机电 工程技术,2004(11):42-43.
[7] 杨士钦,伊丽莉 . 项目型企业中研发项目全生命周期管理研究 [J]. 机电工程术,2012.41(10):52-54.
[8] 艾翠蓉, 张静, 邹学荣 . 食品行业设备管理模式的探讨[J]. 机电 工程技术,2018.47(2):137- 139.
[9] 刘志宇,王德权,杨佳杭,等 . 基于云平台的设备智能管理系统 的研究[J]. 组合机床与自动化加工技术,2021.2:165- 168.
[10] 康炳杰 . 基于 RFID 的分布式物流仓储管理系统的设计与实 现[D]. 哈尔滨:哈尔滨工业大学,2020.
关注SCI论文创作发表，寻求SCI论文修改润色、SCI论文代发表等服务支撑，请锁定SCI论文网！
文章出自SCI论文网转载请注明出处：https://www.lunwensci.com/ligonglunwen/65076.html
