一、设备运行统计方法

MES中的设备管控功能记录了设备运行过程中的各项信息，设备统计分析的作用就是对这些信息分类汇总，并运用统计方法，计算用户关心的统计指标，从而达到优化设备管理方法的目的。

设备运行统计分析通常包括对设备投资效益、设备新度系数、设备可靠性和设备综合效率等指标的统计分析，统计结果可以通过图形化的方法，从多个维度直观展示关键性指标，将隐藏在数据中的设备状态显示出来，便于管理人员对异常情况及时反馈，避免损失。

下面介绍一些常用的设备运行统计指标，如新增设备投资效益、设备可利用率、生产设备完好率和设备综合效率等。

设备运行统计分析方法

1.新增设备投资效益

新增设备投资效益是指企业通过技术改造新增设备投资所创利润、新增生产能力或节约的原材料、能源的价值。

（1）投资利润率：

（2）投资回收期：

2.设备资产总原值和总净值变化率

设备资产原值又称为“原始购置成本”或“历史成本”。资产原值反映企业在设备资产方面的投资和企业的生产规模、装备水平等。它还是进行固定资产核算、计算折旧的依据。

设备资产净值也称为折余价值，是指资产原值减去已提折旧后的净额。它可以反映企业实际占用在设备资产上的资金数额和设备资产的新旧程度。

原值变化率＞1，表明资产增值，这项指标可以防止资产转移，保证资产价值的完整。

净值变化率＞1，表明设备折旧费已完全用于更新改造，这项指标可防止企业行为短期化，装备素质不致劣化。

3.设备新度系数（或固定资产净值率）

设备新度系数是指企业设备固定资产净值占设备固定资产原值的百分比。所谓设备固定资产的净值是指其原值减去逐年提取积累的折旧费。很明显，对于一台固定原值的设备来说，其使用的年限越长，逐年提供积累的折旧费就越多，其净值也就越低。所以，企业设备新度系数的高低直接反映了该企业所有设备的新旧程度。

4.设备重大事故率

设备重大事故率是指因设备故障，导致生产停滞，出现重大经济损失或者人员伤亡的比率，是企业安全生产的重要指标。

5.设备可利用率（有效利用率）

设备可利用率是指设备的使用效率，即每年度设备实际使用时间占计划用时的百分比，是反映设备工作状态及生产效率的技术经济指标。

（1）MTBF（Mean Time Between Failures）即平均故障间隔，表示设备故障发生期间的时间平均值，标志设备的可靠性。MTBF的值越大越好。计算公式为

例如，某设备在一个统计时间段内的使用情况为：400 h运行→2 h修理→1 200 h运行→4 h修理→800 h运行→3 h修理，MTBF是多少？

MTBF可以有效反应设备的运行状态，可以将MTBF的公式稍微变换一下，即“MTBF＝产量／修理次数”，表示的是修一次设备可做多少个产品，从公式上可以看出MTBF越大，则表示设备的状态越好。

设备管理人员可以根据MTBF指标为设备维护提供依据，当设备的MTBF指标小于规定的标准值时即可安排设备维修，使MTBF始终维持在一个较高的水平。

（2）MTTR（Mean Time To Repair）即平均修理时间，表示设备故障发生期间修理时间的平均值，标志设备的可维修性。MTTR的值越小越好。计算公式为

例如，某设备在一个统计时间段内的使用情况为：600 h运行→4 h修理→1 500 h运行→9 h修理→900 h运行→5 h修理，MTTR是多少？

同样的，把MTTR计算公式稍微变换一下，即“MTTR＝维修时间／产量”，表示的是每做一个产品的平均修理时间。MTTR的值越小，设备的状态就越好。

（3）MWT（Mean Wait Time）即平均等待时间，表示设备故障发生后至维修时所需要等待时间的平均值，标志设备维修的组织效率。MWT的值越小越好。计算公式为

例如，某设备出现过3次故障，各个故障在等待维修时分别花费的时间为24 h、12 h和24 h，MWT是多少？

MWT的值越小，表示故障等待的修理时间就越短，设备修理的效率就越高。

根据设备在数据采集周期内计算得到的MTBF、MTTR和MWT，进行分析筛选。找出那些MTBF小、MTTR大和MWT大的设备，这些设备就是需要进行预防保全的重点设备。

6.生产设备完好率

生产设备完好率是指完好的生产设备在全部生产设备中的比重，是反映企业设备技术状况和评价设备管理工作水平的一个重要指标，也是设备管理的基本依据。

7.设备故障停机率

设备故障停机率是指设备故障停机时间与设备应开动时间的百分比，反映了设备故障对生产活动的影响程度，也用于评价企业的维修水平。

8.设备综合效率

设备综合效率（Overall Equipment Effectivemess，OEE）是全面生产维护（Total Productive Maintenance，TPM）的重要组成部分。设备综合效率的本质是设备实际产量与设备理论产量的比值，它能够全面地反映设备的有效利用率，并通过时间损失分析为改善生产模式提供必要的信息。在产品生产中，一般每台生产设备都有规定的理论产量，但是由于在实际使用过程中受到各种因素的影响，设备在生产过程中都会产生时间损失和质量损耗，致使设备难以达到最大利用率，导致实际产量和理论产量之间存在一定的差距。国际上通常采用OEE指标来反映设备实际生产能力和理论生产能力的差别。

OEE作为一种独立测量工具用来表现实际的生产能力和理论产能的比值，是由时间开动率、性能开动率以及产品合格率三个关键要素的乘积组成的：

其中，时间开动率是用来评价停工所带来的损失，包括引起计划生产发生停工的任何事件，如设备故障、换线换模、原材料短缺以及生产工艺的改变等。

性能开动率是对生产速度损失的评价，所有对设备运行其最大速度产生影响的事物都是考虑的因素，如设备的磨损、设备的短暂停机、原材料的不合格以及操作人员的失误等。

产品合格率是用来评价质量的损失，主要用来反映未达到质量要求的产品数量（包括返工、报废的产品），其计算为

从设备管理的角度分析生产过程中的各种停机与损失，可以概括为六种损失，分别为停机损失、换线调试损失、暂停机损失、减速损失、启动次品损失、生产次品损失，六大损失与OEE的对应关系如表6－8所示。

表6-8　六大损失与OEE的对应关系(www.daowen.com)

例如，某个设备某天工作时间为8 h，班前计划停机15 min，故障停机30 min，设备调整25 min，产品的理论加工周期为0.6 min／件，一天共加工产品450件，有20件废品，求这台设备的OEE。

（1）计算时间开动率。

计划工作时间＝8×60－15＝465（min）

实际工作时间＝465－30－25＝410（min）

时间开动率＝410／465≈0.882（88.2%）

（2）计算性能开动率

性能开动率＝450／410×0.6≈0.659（65.9%）

（3）产品合格率

产品合格率＝（450－20）／450≈0.956（95.6%）

（4）设备综合效率OEE

OEE＝0.882×0.659×0.956＝0.556（55.6%）

如果车间有n台设备，应先分别计算出各台设备的OEE数值，然后计算车间设备的整体综合效率，计算公式为

二、设备维修智能化

众所周知，目前制造业生产领域中，设备的维修、更新换代不仅影响业务的发展，还是厂商控制成本增加竞争力的重要砝码。如何让自己的设备在激烈的市场竞争中保持良好的生产状态，最大化地发挥效能，节省成本、创造利润，这是厂商们亟须解决的问题，故此利用信息技术进行设备智能化维护的需求越发强烈，IT解决方案便被推到企业面前。

依托日益发展的人工智能技术和大数据技术，设备维修智能化的应用场景包括以下两个方面：

（1）人工智能维修诊断与辅助。

设备维修过程中工人的经验是一笔巨大的财富，但是由于缺少有效的记录以及人才的流失，致使这些经验无法重用，造成维修资源的浪费和知识共享的缺乏。因此，需要借助人工智能技术，对海量的设备维修报告、设备运行参数中各类异常数据以及设备维修的操作记录等进行保存和挖掘，对设备故障诊断知识进行归类总结，构建设备故障诊断知识图谱，协助检修人员提升工作效率，缩短检修作业时间。人工智能维修诊断与辅助的示例如图6－28所示。

设备维修智能化

图6-28　人工智能维修诊断与辅助的示例

（2）预测性智能诊断和远程运维。

预测性维修是在故障早期发现设备隐患和缺陷，进而主动采取干预措施的维修策略，这将大幅减少非计划性停机，从而提高制造效率、降低维修成本，是工业互联网重要的应用场景。采用智能传感单元＋工业App的创新模式结合，同时将云计算和智能应用高度融合，提高用户体验和智能诊断准确性。结合AR智能眼镜的应用，构建现场故障监测→云计算隐患排查→远程诊断报告→AR辅助现场故障排查与处理的预测性智能维修闭环，如图6－29所示。

图6-29　预测性智能诊断＋AR远程维修协作系统

三、全员生产维护TPM

TPM（Total Productive Maintenance），译为全员生产维护，是指从设备管理改善入手，由公司内全体部门、全部层级组织、所有人员参与的，以改善小组活动为载体的，最大限度地提高现有设备的利用率，实现设备利用的高安全性、高质量和防错性的设备维护管理制度。TPM能使公司治理能力优化，创建能不断自我完善的企业生产经营管理体系，最终达到设备全生命周期内设备综合效率最大化，从而使企业达到降低成本和全面提升效率的目的。TPM管理体系如图6－30所示。

全员生产维护

图6-30　TPM管理体系

1.TPM的特点和目标

概括地说，TPM的特点就是三个“全”，即全效率、全系统和全员参加。

（1）全效率：指设备寿命周期费用评价和设备综合效率。

（2）全系统：指生产维修系统的各个方法都要包括在内，即PM（预防维修）、MP（维修预防）、CM（改良维修）、BM（事后维修）等都要包含。

（3）全员参加：指设备的计划、使用、维修等所有部门都要参加，尤其注重的是操作者的自主小组活动。

TPM的目标可以概括为四个“零”，即停机为零、废品为零、事故为零、速度损失为零。

（1）停机为零：指计划外的设备停机时间为零。计划外的停机对生产造成冲击相当大，使整个生产过程发生困难，造成资源闲置等浪费。计划时间要有一个合理值，不能为了满足非计划停机为零而使计划停机时间值达到很高。

（2）废品为零：指由设备原因造成的废品为零。“完美的质量需要完善的机器”，机器是保证产品质量的关键，而人是保证机器好坏的关键。

（3）事故为零：指设备运行过程中事故为零。设备事故的危害非常大，影响生产不说，可能会造成人身伤害，严重的可能会“机毁人亡”。

（4）速度损失为零：指设备速度降低造成的产量损失为零。由于设备保养不好，设备精度降低而不能按高速度使用设备，等于降低了设备性能。

2.TPM的内容

TPM的主要内容分八个方面：

（1）自主维护。自主维护就是每一个操作人员维护和保养自己的设备，对自己的设备进行日常点检、加油、更换零件、修理、早期发现故障和校正精度等。

（2）个别改善。个别改善就是为了实现公司的经营方针和经营目标而进行的一些具体和重大的项目改善活动。开展个别改善需要解决三个问题：一是有效把握自己部门及岗位存在的问题和损耗；二是对照公司或部门目标，决定在某个时期内需要解决的项目；三是以最短的时间完成课题改善活动，达到改善目标。

（3）专业维护。专业维护就是专门的设备维护部门对设备进行预防维护和计划维护，并通过诊断技术来提高设备状况的预知力。将设备管理的职能进行细分是必要的，设备的日常管理交给生产部门进行自主管理，同时要拥有高水平、专业化的维护队伍。

（4）初期管理。设备和生产技术的初期管理是指通过生产技术革新，达到新产品的垂直导入（即在很短的时间内完成新产品的试验，并快速开始批量生产）以及设备的维护预防设计。

（5）事务改善。事务改善是间接部门的事务革新活动，TPM是全员参与的持久的集体活动，没有管理间接部门的支持，活动是不可能持续下去的。活动的内容包括生产管理、销售管理、行政后勤管理以及其他间接管理业务的改善活动。事务改善的目的是改进管理系统，消除各类管理损耗，减少间接人员，提高办事效率，更好地为生产活动服务。

（6）环境改善。环境改善就是确保活动中的安全，消除困难作业、危险作业，消除任何可能引发灾害的各种隐患，创造适合人和设备的良好工作环境。企业应该杜绝污染、减少废弃物、节能降耗和实现资源再利用，全面开展环境保护活动。

（7）人才培养。企业的发展是靠培养人才和完全发挥人才的能力来达到的。为了有效推进TPM的实施，实现对现有工作的改进，企业的员工必须具备改善的意识，掌握各种必需的技能。企业和各个部门应该根据活动的要求，积极开展对员工的教育和培训工作，全面提升员工素质和各方面的能力。

（8）质量维护。质量维护就是进行抓住源头的事前管理质量活动，控制生产制造过程的各个环节，完成质量目标。传统的质量活动重点放在结果上，企业应该改变这种通过检查来确保产品质量的做法。

3.TPM的推进

TPM的推进，一般分四个阶段进行：

（1）准备阶段。引进TPM计划，创造一个适宜的环境和氛围。

（2）开始阶段。TPM活动的启动仪式，广泛宣传，造出声势。

（3）实施、推进阶段。制定目标，落实各项措施，步步深入。

（4）巩固阶段。检查评估推行结果，制定新的目标。

TPM推进各阶段的步骤和内容如表6－9所示。

表6-9　TPM推进各阶段的步骤和内容