物联网技术与现代企业设备管理与维护

摘要：随着物联网技术的提出，物联网技术开始被应用在不同的领域，其中射频识别技术(RFID)和Zigbee技术在物联网技术中扮演着举足轻重的作用。企业设备管理与维护一直是企业关注的重点之一。本文提出将物联网技术应用在设备管理与维护上，这样能够更好地对设备进行综合管理，提高企业的生产效率进而提高企业的效益。

引言

　　企业的设备是企业生产产品质量的保障，是企业生存发展的利器。企业进行生产，要有各个方面的管理，而设备维护是企业现场管理基础的管理之一。在这个过程中对于设备的维护保养起关键性作用，企业中由于设备的老化、不及时维修和保养，造成生产效率低下、产品质量差、经济效益低等诸多问题。因此，如何搞好企业设备管理与维护工作，对提高企业设备管理、技术水平和生产率，增强企业的市场竞争力都有十分重要的现实意义。

　　本文提出将物联网技术应用在企业设备管理与维护上，探讨其在设备管理与维护中发挥的巨大优势。

1、物联网技术

　　“物联网概念”是在“互联网概念”的基础上发展起来的，物联网的一般定义为：通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络概念。总的说来物联网可以概括为三层：感知层、网络层和应用层。感知层是对物体进行全面感知，即对其继续识别或是数据采集。网络层是可靠传递层，通过现有多种的有线和无线通信网络将信息进行可靠传输。应用层是智能处理层，对采集上来的数据进行处理和展示。物联网定义图如下图所示：

　　物联网把新一代的IT技术充分运用到不同的行业中，具体说来，就是把感应器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统等各种物体中，然后将物联网和现有的互联网整合起来，实现人类社会与物理系统的整合。物联网的应用能够渗透到各行各业。

2、物联网相关技术

　　2.1RFID技术

　　射频识别技术(RadioFrequencyIdentification，缩写RFID)是一种自动识别技术。射频识别技术是一项利用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的技术。从信息传递的基本原理来说，射频识别技术在低频段基于变压器耦合模型(初级与次级之间的能量传递及信号传递)，在高频段基于雷达探测目标的空间耦合模型(雷达发射电磁波信号碰到目标后携带目标信息返回雷达接收机)。

　　RFID系统包括：电子标签、天线、读写器三个部分。标签具有全球唯一的识别号，另外电子标签还可以存储少量电子信息。天线作用是在电子标签和读写器之间传递射频信号。读写器是读取或写入电子标签的设备。

　　RFID技术和条形码技术相比，具有一些优点：1)无需接触、自动化程度高。RFID完成识别工作无需人工参与，应用便利。2)耐用可靠，适应各种工作环境。RFID标签可应用到环境比较恶劣的情况下。3)识别速度快、可实现高速和多标签同时识别。大大加快了工作流程。

　　RFID以上优点使其被不同部门接纳，被应用到物流管理，物品管理当中。

　　2.2Zigbee技术

　　传感和控制设备的通信并不需要高的带宽，但是要求低的反应时间，非常低的能量消耗，以及大范围的设备分布。Zigbee协议正是为无线网络中传感和控制设备之间的通信提供了一个极好的解决标准。

　　Zigbee一是一种短距离、架构简单、低消耗功率与低传输速率的无线通信技术，其传输距离约为几十米，使用频段为免费的2.4GHz频段，传输速率为20-250KB/S网路架构具有Master/Slave属性，并可双向通信。在标准规范制订方面，主要是IEEE802.15.4小组与ZigbeeAlliance两个组织，两者分别制订硬件与软件标准。Zigbee联盟制订Zigbee可支持星形、树形和网状3种网路架构。相对于其他无线网络技术，它更适合于组建大范围的状态监控系统，将Zigbee技术应用到状态监控系统中将有非常诱人的前景。Zigbee模块如下图所示：

2.2Zigbee技术

　　传感和控制设备的通信并不需要高的带宽，但是要求低的反应时间，非常低的能量消耗，以及大范围的设备分布。Zigbee协议正是为无线网络中传感和控制设备之间的通信提供了一个极好的解决标准。

　　Zigbee一是一种短距离、架构简单、低消耗功率与低传输速率的无线通信技术，其传输距离约为几十米，使用频段为免费的2．4GHz频段，传输速率为20-250KB/S网路架构具有Master/Slave属性，并可双向通信。在标准规范制订方面，主要是IEEE802.15.4小组与ZigbeeAlliance两个组织，两者分别制订硬件与软件标准。Zigbee联盟制订Zigbee可支持星形、树形和网状3种网路架构。相对于其他无线网络技术，它更适合于组建大范围的状态监控系统，将Zigbee技术应用到状态监控系统中将有非常诱人的前景。

3 设备管理与维护系统

　　鉴于设备在企业中的重要地位，建立设备管理与维护系统势在必行。设备管理与维护系统的目标是建立一个企业设备管理和维护信息管理的工作平台，使企业通过该平台进行设备维护管理的运作过程中，获得以下效益：

　　(1)提高设备综合利用率，挖掘设备生产潜力，增加其有效生产时间；

　　(2)避免频繁的维修系统对设备过度维修造成的浪费，延长设备使用寿命，减少维护成本；

　　(3)减少停机时间，降低正常运行期间的物耗损失；

　　(4)提高管理和维修人员工作效率，充分有效的利用企业资源；

　　(5)有效收集各类维修数据，为预防性维护建立打下基础。

　　设备管理与维护系统主要工作是对企业所有的设备进行综合管理，并运用物联网技术将设备信息与互联网融合。

　　3.1 设备管理

　　3.1.1 设备管理概述

　　企业的设备管理内容主要包括：设备预算管理、固定资产管理、备件管理和工单管理。通过设备管理实现设备从采购、转资到报废的全生命周期的经济管理。预算管理主要完成设备采购和维护等的费用预算管理；固定资产管理的任务是对企业设备的资产进行合理的记录；备件管理主要完成设备备件的采购存储等工作；工单管理的任务是计算备件、材料、人工费用，随时掌握实际维修费用，将费用细化到单台设备上。本文主要对基于物联网技术的备件管理做着重介绍。

　　3.1.2设备管理的实现

　　本文主要提出基于物联网技术的备件管理方式如下：全厂或车间共用备件库，对于新购买的备件进入备件库，对其添加RFID标签，并在RFID标签中记录备件的基本信息，同时在数据库中添加备件信息如：备件名称、ERP编号、规格、价格、数量、储存地点、购入地点、购入时间、用途、维修记录等。设备上的器件发生故障需要维修的时候，可以通过数据服务器对备件库存信息进行查询。使用备件替换发生故障的器件时，需要使用RFID读写器在RFID标签中记录备件的上线、下线的相关信息。经过维修的器件放入备件库存，也要将备件的维修信息记录到标签或数据库中。直至备件无法维修进行报废处理时，才将RFID标签摘除。摘除后的RFID标签可以贴到新的设备上继续使用，标签里的原有信息进行清空。每次RFID标签内信息更改都要同步更新数据服务器内的信息。

　　上图是备件管理框架图，工作平台通过多个的读写器对备件进行上下线登记管理，将信息存入到数据库服务器中，在WEB服务器中，通过编写WEB程序对数据库进行实时读取，只要在能够上网的PC上获得权限后即可对备件的所有信息进行实时的查询管理，并进行合理的调度使用。

　　通过这种方式的备件管理并不需要人工查看备件的条码而节省的劳动力成本，实现对备件的实时定位、追踪和监控。因此，RFID技术的应用将有利于企业实现实时、透明、可视的供应链管理。

3.2 设备维护

　　3.2.1 设备维护的发展阶段

　　设备维护自产生以来经历了以下几个不同的阶段：(1)事后维修阶段，事后维修其特点是在发生故障以后才进行维修。优点是充分利用系统部件。直到现在，对于因设备故障停运后不会造成太大损失的场合，仍然使用这种维修方式。(2)预防性维修阶段，预防性维修特点是通过采用各种预防措施，将故障消除于萌芽。其目的是防止设备突然发生事故并停车，在一个经济的时间间隔内对一些部件或单元进行更换的方式。预防性维修包括3方面：设备的日常维护如清洁、润滑和保养；对设备周期性的检查，及时掌握设备的劣化状况；对设备劣化采取复原活动。预防式维修要慎重，防止维修过剩不经济和维修不到位出事故。(3)生产维修阶段，它是一种生产效率最高、经济最优的维修模式。对重点要害设备采取预防式维修，而对一般设备则采取事后维修。它是维持设备正常运转的一切费用以及设备退化导致的一切损失之和。(4)全公司全员生产维修阶段，它是包含全公司生产管理人员、维修人员、生产操作人员等全员参加的覆盖设备生命周期全过程的生产维修模式。(5)预测性维修阶段，其特点是将重点放在状态检测和诊断上，只有在证明必要时才维修。预测维修根据对设备退化状况和性能状况的诊断，来确定和进行维修活动。因此，它是要求能够精确地检测和掌握设备退化状态，而到确实需要维修时再进行维护的概念。它是定量掌握设备状态的设备诊断技术发展的产物。

　　这整个发展过程体现了机械故障诊断管理体系中维修管理的优化性，即最大限度地减少事故，换句话说，就是追求“零事故”。

　　3.2.2 设备维修的一般方法

　　目前设备维护主要采用以下方式进行：(1)日常点检，每天班前用听、看、摸等方法，按点检标准对设备进行检查。日常点检的目的是保证设备正常运转，不发生故障。点检内容包括：异声、漏油、振动、温度、润滑和调整等。(2)定期检查，即维修工人按计划定期对重点设备进行的检查。定期检查的目的是保证设备达到规定的性能。检查工作包括：测定设备劣化程度、确定设备性能、调整设备等。(3)计划修理，是根据日常点检、定期检查的结果所提出的设备修理委托书、维修报告、机床性能检查记录等资料编制的计划，定期进行修理。这种修理属于恢复性修理。(4)改善修理，是对设备的某些结构进行改进的修理，这种修理主要用于经常重复发生故障的设备。(5)故障修理，是当设备突然发生故障或由于设备原因造成废品时必须立即组织抢修。故障修理是设备维修工作的重要环节，它直接影响故障停机时间和生产车间能否按时完成生产任务。

　　3.2.3 设备维护的实现

　　基于物联网技术的设备维护是指从设备内部植入的传感器或外部检测设备中获得系统运行时的不同部位的状态信息：压力、温度、震动频率等，通过对这些状态信息进行实时或周期性的评价，最终得到装备的维修需求。通过建立基于物联网技术的设备状态维修安全管理模式的基本框架，利用物联网和设备监测技术来采集设备的状态信息数据，通过验证好的设备维修管理预测和决策模型来实现设备的维修安全管理。

　　每一个Zigbee分节点安装在或对应一个设备，在此设备上的不同部位安装多个温度、压力、振动等不同的传感器，对不同部位的各种状态信息进行采集，将获得的所有信息处理之后无线传输给Zigbee总结点，每个工作车间针对设备的多少确定总节点的个数。总节点获得信息后通过网络中继器传输到工作平台即设备管理与维护系统中，系统对每个设备传输上来的信息进行分析处理，并对异常的信号给出报警信息，并将数据信息实时的放入数据库中，客户端通过互联网获得权限后即可通过WEB程序查看设备的状态信息，针对不同的情况采取不同的处理方法。

总结

　　本文对设备管理与维护以及物联网技术进行简单的概述，并提出基于物联网技术的设备管理与维护构想，此方法能够在设备管理和维护上取得较好的效益。随着现在工业的不断发展，物联网技术也将渗透到不同的行业，发挥其巨大的优势，完成现代信息快速共享。