基于物聯網的企業設備管理信息系統研究

周躍進，蘇新斌，沈舫濤，程 萌，朱金霞

(南京大學工程管理學院，江蘇 南京 210093)

設備是企業生產的主要物質基礎和必要條件[1]，設備管理是一門將技術、經濟、管理等諸因素綜合起來對設備進行全面研究的學科，它的研究對象是設備;它的目的是追求設備壽命周期費用最經濟及設備綜合效能最高;它的任務是采取一系列措施對設備進行綜合管理，保持設備完好，利用修理、改造和更新等手段，恢復設備的精度和性能，保證產品的產量、質量以及設備的安全運行，降低消耗和成本，提高企業經濟效益。

某大型車輛制造企業因特殊要求開發了定制化的設備管理信息系統，并將其與企業使用的商品化的ERP系統實現了集成，但在使用中遇到了以下問題。當設備發生故障時，操作者填寫設備故障信息單，然后將故障信息單提交給車間設備管理人員，由設備管理人員通知維修人員來維修，并將故障信息單上的信息錄入到設備管理信息系統中。此時，設備的狀態由“完好”變成“在修”。由于設備管理人員工作繁忙無法實時錄入設備故障信息單，導致設備管理信息系統中的設備狀態信息與實際設備狀態信息不一致，設備管理信息系統難以發揮應有的作用。為了解決這一難題，本研究嘗試采用物聯網技術實現設備故障狀態信息的實時采集與更新。

國外許多商品化的設備管理信息系統軟件，如SAP系統中的PM(Plant Maintenance)模塊結合SAP系統其他模塊功能，實現設備全生命周期的管理，能基于設備的資產價值信息做出更加合理的維修決策[2]。國內也有一些商品化的設備管理信息系統軟件，如陽光通用設備管理系統(Sunshine EAM)，基本包含了設備管理的全部內容，并能實現工作流控制，此外還有起點科技設備管理軟件、維克設備管理系統等。

不少企業根據自己的特殊需求，開發定制化設備管理軟件，其優點是完全符合企業的設備管理習慣和要求，缺點是開發周期較長，開發成功后的維護升級需要開發者的幫助。

無論是商品化的設備管理軟件還是定制化的設備管理軟件，存在的共同問題是難以實時采集設備的故障狀態信息，導致設備管理信息系統中的設備狀態信息與實際設備狀態不一致，難以發揮設備管理信息系統的效能。這個問題不解決，設備管理信息系統就難以真正發揮作用。

1 物聯網技術概述

1.1 物聯網的基本概念

物聯網是通過射頻識別(RFID)、無線傳感網絡(WSN)、全球定位系統(GPRS)、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協議，把任意物品的信息與互聯網相連接，進行信息交換和通信，以實現對物品的智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡[3－4]。

從技術架構上來看，物聯網分為3層:感知層、網絡層和應用層。感知層由各種傳感器以及傳感器網關構成，用來識別物體，采集物體的狀態信息;網絡層由各種私有網絡、互聯網、有線和無線通信網、網絡管理系統等組成，負責傳輸和處理感知層獲取的信息;應用層是物聯網和用戶的接口，它與行業需求結合，實現物聯網的具體智能化應用[5]。

1.2 物聯網應用

目前，物聯網的應用領域已經涉及到綠色農業、工業監控、公共安全、城市管理、遠程醫療、智能家居、智能交通和環境監測等，而且已經有了一些成功應用的案例。

根據物聯網技術理念，針對設備故障狀態監控問題，可以通過在車間設備上部署傳感器網絡等物聯網感知技術裝備，通過人工干預方式實現設備故障狀態信息實時采集，并利用應用層的設備管理信息系統進行信息的匯聚、交互、整合、挖掘、應用等，向設備使用單位、設備管理部門、安全監管部門等用戶提供信息服務，以信息化手段實現高效、實時的設備管理。

基于物聯網技術和理念，在已經開發的設備管理信息系統的基礎上，嵌入無線傳感網絡，當設備發生故障時，由操作者在智能設備報修終端上按下相應的按鈕，設備故障狀態信息即可通過傳感網傳送到智能設備管理服務器，再通過企業局域網傳送到設備管理信息系統中，設備的狀態信息就能被實時更新，從而確保設備狀態信息與設備實際狀態相一致。

2 基于物聯網的設備管理信息系統

2.1 系統網絡結構

系統網絡結構如圖1所示，包括企業局域網(以太網)和無線傳感網。無線傳感網包括智能設備報修終端和管理服務器。智能設備報修終端具有2.4G無線通訊功能，實現與智能設備管理服務器的實時通訊;在智能設備報修終端上可任意定義一組設備，并對每個設備具有故障申報與修復完成的信息播報功能。管理服務器具有LED顯示功能并有RS－232通訊接口，可實現與智能設備報修終端的無線通訊和與以太網的通訊(采用TCP/IP協議);管理服務器記錄、處理并存儲智能設備報修終端發送的信息，并將信息通過以太網傳送到設備管理信息系統中。

圖1 設備管理管理信息系統網絡結構圖

企業局域網上運行多個企業管理信息系統，其中包括設備管理信息系統。這種系統網絡結構，方便企業管理信息系統與智能設備報修系統實現松耦合連接。如果企業的某一個車間希望實現智能設備報修，配上智能設備報修終端和管理服務器即可，系統通過識別其ID號，自動識別相對應的設備，其中設備與智能報修終端可以靈活定義。

2.2 系統功能設計

根據企業需求和設備管理實際，設備管理信息系統一般包含以下功能模塊:設備資產管理、設備前期管理、設備狀態與故障管理、設備維護維修管理、設備備件管理、人員管理、基礎數據管理和系統管理，如圖2所示。

圖2 基于物聯網的設備管理信息系統功能結構

2.3 智能設備報修系統

設備管理信息系統實施的難點在于設備故障的自動檢測和設備狀態的實時更新，最好有一種技術能實時檢測到設備故障并及時更新設備管理信息系統數據庫，使設備狀態信息與設備實際狀態相一致。但研究發現，目前很難找到這種全自動化的技術。退而求其次，借助物聯網，采用人工干預方式，當操作者識別設備故障時，給傳感網發出信息，由傳感網自動將該信息傳送到設備管理信息系統中，從而實現設備狀態的自動實時更新。這在當前的技術條件下，不僅是可行的，而且是最經濟、有效的方法。

智能設備報修系統包括無線傳感網絡和與企業以太網絡(互聯網)的連接與通訊。無線傳感網絡負責實現設備故障的自動申報和故障修復后的自動恢復，它由若干個智能呼叫終端組成，每個智能呼叫終端定義若干個設備，智能呼叫終端上對應有設備編號，有“故障”按鈕和“修復”按鈕，智能呼叫終端采用鋁電池供電，放在設備旁。智能呼叫終端被智能設備管理服務器管理，實現自動信息采集和實時通訊。在設備管理信息系統中定義管理服務器ID和智能呼叫終端ID及其所對應的設備，實時記錄智能呼叫終端發出的故障申報和修復信息，并將信息通過以太網實時發送到設備管理信息系統中。

設備管理信息系統服務器實時檢測是否與智能設備管理服務器建立連接，并通過驗證管理服務器的ID(對應到設備所在的車間)檢驗連接的合法性，當發現掉線時，需要重新建立連接;當接收到管理服務器發來的數據包時，自動進行解析，對于故障申報信息，根據設備編號，將故障申報時間寫入“設備故障申報”數據庫中，并將設備狀態由“完好”變為“在修”;對于故障修復信息，根據設備編號，將設備交付使用時間寫入“設備故障維修記錄”數據庫中，同時將設備狀態由“在修”改為“完好”，從而保證了設備的實際狀態與設備管理信息系統中的狀態相一致。

3 應用效果

該系統已經在南京某大型企業實際使用，除了能夠滿足企業的設備管理基本業務需求外，還具有以下應用效果。

a.提高了設備管理效率。

在未使用設備管理信息系統前，企業的設備管理部門——資產管理部工作繁重，一方面是各車間的設備故障與維修，需要及時處理，工作像救火;另一方面是日常的設備管理工作，如設備采購、設備維修、備件管理、設備操作者管理等，有大量的文件、表格需要填寫、審批與匯總統計。資產管理部的管理人員，加班加點，還是無法按時完成設備管理任務。使用設備管理信息系統之后，大量的文件通過網絡傳遞，不僅節約了紙張，而且極大地提高了工作效率。比如設備的采購申請，過去需要花費1周甚至更長的時間，現在1天內就可以完成。

b.確保設備狀態信息的實時性。

企業領導和車間領導每天都很關心設備的狀態，需要及時了解有多少設備在運行，有多少設備在維修，以判斷生產任務是否能按時完成，并根據此信息來制定車間作業計劃。在未使用設備管理信息系統時，企業領導只能通過打電話來了解這一信息，不僅不及時、不同步，而且不準確、不直觀。使用設備管理信息系統之后，尤其是采用了傳感網之后，設備的狀態信息一目了然。只要打開設備管理信息系統的設備狀態，系統自動顯示當時的所有完好設備和在修設備，并能查看在修設備的修理細節，如開始修理時間、修理次數等。

c.方便統計設備管理績效數據。

設備管理的績效是反映企業績效的重要指標，目前有4個關鍵設備管理績效指標:設備故障停機率、設備完好率、平均故障修復時間和平均故障間隔時間。過去用手工方式統計這4個指標時，各車間要花費相當長的時間，資產管理部匯總之后，還要進行繁瑣的計算，才能得到統計結果，計算過程中還容易出錯。使用設備管理信息系統之后，系統自動、隨時統計單臺、全車間、全企業的設備管理績效指標，并自動生成統計報表，極大地體現了信息系統的優勢——快捷、方便、高效。

d.方便設備管理實時決策。

由于設備管理信息系統提供了實時的設備狀態與故障數據，車間和資產管理部門根據設備管理信息系統提供的信息，可以進行實時的維修保養決策，從而確保了設備完好率的提高;生產管理部門可以根據設備狀態信息，及時調整生產計劃，確?？蛻粲唵蔚陌磿r完成。

4 結束語

隨著物聯網技術的發展和成熟，基于物聯網的應用已經越來越普及。在工業生產環境中，由于有噪聲、振動、灰塵、污染等，對傳感網系統有特殊的要求，不僅要求其硬件具有良好的性能和抗干擾能力，而且要求其軟件具有更大的柔性和適應性。在人－機交互方式下，還要考慮避免人為出錯的情況發生。只有多管齊下才能確保系統安全、可靠地工作。當然，對于經濟實力強大的大型工業企業，采用完全自動化的設備狀態監測在技術上也是可以實現的。

本研究應用物聯網技術，利用人工干預方式解決設備管理中的故障實時申報問題，確保設備管理信息系統中的設備狀態與實際設備狀態相一致，所需的硬件投入非常低。經過企業實際使用，取得了明顯成效。

[1] 張滬軍，王巧順.企業設備管理(上)[M].南京:東南大學出版社，1992.

[2] 靳玉玲.SAP系統PM模塊在設備管理中的應用[J].黑龍江科技信息，2012(14):45.

[3] 鐘清，闕華坤，陳銳民，等.物聯網技術在設備全生命周期管理中的應用[J].計算機工程，2012，38(5):247－250，254.

[4] 郭新鵬，劉麗梅，薛慶，等.基于物聯網的特種設備安全管理平臺研發[J].工業安全與環保，2012，38(5):70－73.

[5] 楊正洪，周發武.云計算和物聯網[M].北京:清華大學出版社，2011.