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北京航天測(cè)控技術(shù)有限公司 孫潔

作者簡(jiǎn)介

孫潔（1980-），河南南陽(yáng)人，高級(jí)工程師，碩士學(xué)位，現(xiàn)就職于北京航天測(cè)控技術(shù)有限公司，研究方向是生產(chǎn)智能制造。

摘要：基于智能傳感網(wǎng)絡(luò)的減速器加工線遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)控平臺(tái)建立了機(jī)加車間的智能傳感網(wǎng)絡(luò)，采用數(shù)據(jù)采集、故障診斷、設(shè)備效率分析等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)加生產(chǎn)線狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、遠(yuǎn)程診斷、維修指導(dǎo)和設(shè)備效率分析等功能，不僅能為設(shè)備的安全可靠運(yùn)行提供保證，而且能為企業(yè)信息化改造中DNC、MES系統(tǒng)提供更多的底層數(shù)據(jù)，為加工過(guò)程規(guī)律的研究、機(jī)床性能的優(yōu)化等提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：智能傳感網(wǎng)絡(luò)；狀態(tài)監(jiān)控；數(shù)據(jù)采集；故障診斷；效率分析

Abstract: The platform builds the smart sensor networks for machining shop. It implements some functions such as Real-time monitoring, remote diagnose, maintenance guidance, efficiency analysis, using the technology of data acquisition, fault diagnose, efficiency analysis. The platform ensures the reliability and safety of the equipment operation, and it can provide underlying data for DNC and MES.

Key words: Smart sensor network; State monitoring; Data acquisition; Fault Diagnose; Efficiency analysis

1　概述

隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展企業(yè)自動(dòng)化程度日漸提高，多種全新的制造模式（如集成制造、柔性制造、智能制造、數(shù)字化制造、網(wǎng)絡(luò)制造等）也相繼被提出并得到應(yīng)用。數(shù)控機(jī)床作為現(xiàn)代制造系統(tǒng)的關(guān)鍵基礎(chǔ)單元，其功能的強(qiáng)弱和性能的好壞決定著企業(yè)先進(jìn)制造模式的成敗。因此，越來(lái)越多的制造企業(yè)投入大量的資金購(gòu)買先進(jìn)的高端數(shù)控設(shè)備以滿足自動(dòng)化生產(chǎn)的需要。然而，數(shù)控設(shè)備的復(fù)雜程度和智能化程度的不斷提高，也給系統(tǒng)的可靠性、安全性、可用性、經(jīng)濟(jì)性等方面帶來(lái)了一系列難題，系統(tǒng)發(fā)生故障或失效的潛在可能性也越來(lái)越大。機(jī)床狀態(tài)監(jiān)測(cè)的主要目的是要保證加工系統(tǒng)的安全運(yùn)行，合理并優(yōu)化使用數(shù)控機(jī)床，保證加工工件質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率和設(shè)備利用率。不僅能為企業(yè)信息化改造中DNC、MES系統(tǒng)提供更多的底層數(shù)據(jù)，為機(jī)床的組網(wǎng)監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程診斷和維修提供方便；還可以利用加工過(guò)程狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)一步研究加工過(guò)程的規(guī)律，優(yōu)化切削參數(shù)、分析刀具磨損、提高機(jī)床性能，對(duì)實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程的自適應(yīng)控制和智能化制造具有重要的意義[1]。

2　平臺(tái)建設(shè)目標(biāo)

減速器加工線主要是針對(duì)機(jī)器人減速器的五大關(guān)鍵零件的加工需求而設(shè)計(jì)的，生產(chǎn)廠家研發(fā)了MK2336、QYF007、QYF007T、QMK017等設(shè)備，對(duì)現(xiàn)有YK7332A機(jī)床進(jìn)行了優(yōu)化升級(jí)，開(kāi)發(fā)了機(jī)器人減速器“BX5+1”生產(chǎn)線，配備了相應(yīng)的工裝、輔具，保證零件的加工要求。

減速器機(jī)加生產(chǎn)線遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)主要是實(shí)時(shí)監(jiān)控加工線上主要設(shè)備的工作狀態(tài)，對(duì)設(shè)備的故障狀態(tài)進(jìn)行有效識(shí)別，提前預(yù)測(cè)設(shè)備的健康等級(jí)，以提供可靠及時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)維修指導(dǎo)。從而保證設(shè)備工作的可靠性和連續(xù)性，提高產(chǎn)品加工的質(zhì)量和效率。

3　平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)

機(jī)加生產(chǎn)線遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)是結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和制造過(guò)程狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)，依據(jù)信息的生成、傳輸、處理、集成和應(yīng)用的原則，設(shè)計(jì)出了針對(duì)工業(yè)機(jī)器人減速器加工線的狀態(tài)監(jiān)控的平臺(tái)，該框架劃分為三層：現(xiàn)場(chǎng)控制層、車間應(yīng)用層和企業(yè)應(yīng)用層。監(jiān)控系統(tǒng)的整體框架圖如圖1所示。

圖1 監(jiān)控系統(tǒng)的整體框架圖

現(xiàn)場(chǎng)控制層：現(xiàn)場(chǎng)控制層采用現(xiàn)場(chǎng)總線的方式采集與在制品質(zhì)量相關(guān)的機(jī)床、托盤、地軌機(jī)器人、上料料倉(cāng)和下料料倉(cāng)等設(shè)備的狀態(tài)信息；實(shí)時(shí)采集車間生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)，包括在制品狀態(tài)、產(chǎn)品質(zhì)量、物料使用等信息；將任務(wù)單、工藝單、圖紙信息、NC代碼等作業(yè)信息及時(shí)準(zhǔn)確下達(dá)到指定工位上的加工設(shè)備進(jìn)行加工；采用RFID采集生產(chǎn)過(guò)程中生產(chǎn)工具、操作員等生產(chǎn)要素的信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備利用情況、人力資源、工具使用信息的動(dòng)態(tài)追蹤和實(shí)時(shí)采集。

車間應(yīng)用層：車間應(yīng)用層主要是對(duì)采集到的車間生產(chǎn)過(guò)程中的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)、在制品信息、生產(chǎn)要素信息等進(jìn)行監(jiān)控和分析。狀態(tài)監(jiān)控主要是對(duì)成形砂輪磨齒機(jī)、偏芯軸外圓磨床、托盤、地軌機(jī)器人、上料料倉(cāng)、下料料倉(cāng)、測(cè)量機(jī)、清洗機(jī)等設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，檢測(cè)出異常數(shù)據(jù)。設(shè)備故障診斷就是基于設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行故障定位。設(shè)備健康預(yù)估是基于狀態(tài)數(shù)據(jù)對(duì)設(shè)備的健康狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，并給出設(shè)備處于的健康等級(jí)和維修計(jì)劃。設(shè)備效率分析是采用目前國(guó)際上通用的標(biāo)準(zhǔn)OEE數(shù)據(jù)分析方法對(duì)設(shè)備的使用效率進(jìn)行分析。用來(lái)表現(xiàn)設(shè)備在計(jì)劃生產(chǎn)時(shí)間內(nèi)實(shí)際的生產(chǎn)能力相對(duì)于理論產(chǎn)能的比率。排產(chǎn)管理是基于設(shè)備的狀況對(duì)設(shè)備的生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行有效安排。數(shù)控程序管理是對(duì)機(jī)床的NC程序進(jìn)行編輯和版本管理，并根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃分發(fā)到各個(gè)機(jī)床上。

企業(yè)應(yīng)用層：企業(yè)應(yīng)用層主要由計(jì)劃管理、圖紙管理、辦公自動(dòng)化、供應(yīng)商管理、客戶管理、決策支持等信息系統(tǒng)組成。由于車間信息集成無(wú)論是設(shè)備生產(chǎn)數(shù)據(jù)、人力資源等都能有統(tǒng)一格式的信息源，各系統(tǒng)間無(wú)縫集成，實(shí)現(xiàn)與客戶、供應(yīng)商之間，從產(chǎn)品訂貨、設(shè)計(jì)、制造、銷售到售后服務(wù)等產(chǎn)品全生命周期之內(nèi)的協(xié)同、追蹤及管理。

企業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)是一個(gè)面向整個(gè)車間機(jī)床狀態(tài)監(jiān)控的數(shù)據(jù)庫(kù)，車間所有的生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)都會(huì)在這里進(jìn)行統(tǒng)一存儲(chǔ)共享。根據(jù)每個(gè)人的功能和信息需求量來(lái)限定其使用數(shù)據(jù)庫(kù)的權(quán)限，保證了數(shù)據(jù)使用的安全。

4　智能傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

建造面向智能制造的智能傳感網(wǎng)絡(luò)是實(shí)現(xiàn)車間智能制造的基礎(chǔ)。要想改變現(xiàn)在生產(chǎn)過(guò)程中多源信息采集費(fèi)時(shí)滯后的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控與主動(dòng)感知，需要研究智能數(shù)據(jù)采集卡、智能網(wǎng)關(guān)等硬件設(shè)備，通過(guò)軟件平臺(tái)的控制，構(gòu)建車間內(nèi)的智能傳感網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)車間生產(chǎn)線生產(chǎn)狀態(tài)的實(shí)時(shí)采集、處理和傳輸。

一個(gè)車間生產(chǎn)制造的要素信息主要包括車間人員、設(shè)備、工裝、物料、刀具、量具等屬性、狀態(tài)參數(shù)等多源制造數(shù)據(jù)信息。通過(guò)智能卡內(nèi)部的數(shù)據(jù)通信協(xié)議與可編程控制的數(shù)據(jù)預(yù)處理規(guī)則，實(shí)現(xiàn)多種數(shù)據(jù)采集環(huán)境的自適應(yīng)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)采集后的處理與中轉(zhuǎn)，提高數(shù)據(jù)采集、分析、應(yīng)用的效率。通過(guò)智能網(wǎng)關(guān)的連接，將智能采集卡采集到的信息發(fā)送到管理平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程透明化。

4.1　智能數(shù)據(jù)采集卡技術(shù)

智能數(shù)據(jù)采集卡是實(shí)現(xiàn)智能傳感網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，通過(guò)連接底層傳感器，實(shí)現(xiàn)車間環(huán)境中的多源制造數(shù)據(jù)信息采集，并實(shí)現(xiàn)本地采集卡節(jié)點(diǎn)聯(lián)接數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)輸出，智能數(shù)據(jù)采集卡的主要功能包括：

（1）數(shù)據(jù)采集：具備工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)傳感器信號(hào)采集接口，可實(shí)現(xiàn)如振動(dòng)、應(yīng)變、溫度、壓力、電壓、電流、開(kāi)關(guān)狀態(tài)以及視頻類、音頻類等信號(hào)的接入采集。

（2）數(shù)據(jù)預(yù)處理：內(nèi)嵌數(shù)據(jù)預(yù)處理器，可實(shí)現(xiàn)采集信號(hào)的干擾數(shù)據(jù)剔除、數(shù)據(jù)格式壓縮、數(shù)據(jù)包標(biāo)記時(shí)間戳等，并可基于規(guī)則實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的幅值分析、頻譜分析、邊緣跳變捕捉等數(shù)據(jù)特征進(jìn)行算法數(shù)據(jù)預(yù)處理，最后將預(yù)處理后的數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送輸出。

（3）網(wǎng)絡(luò)連接：智能采集卡支持有線以太網(wǎng)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)Wi-Fi、ZigBee等方式接入智能傳感網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建星形、網(wǎng)狀等類型的網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)多數(shù)據(jù)源的采集，形成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)。

4.2　智能網(wǎng)關(guān)技術(shù)

智能網(wǎng)關(guān)是基于通用嵌入式處理器平臺(tái)開(kāi)發(fā)的介于設(shè)備層（自動(dòng)化系統(tǒng)）與IT層（信息系統(tǒng)）之間的實(shí)現(xiàn)互連與數(shù)據(jù)通訊功能的工業(yè)應(yīng)用網(wǎng)關(guān)，其需要具備一定的計(jì)算能力，支持標(biāo)準(zhǔn)的Arduino硬件擴(kuò)展、mPCIe接口，以擁有豐富的硬件擴(kuò)展能力；支持基于高級(jí)嵌入式操作系統(tǒng)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)，以實(shí)現(xiàn)針對(duì)特定應(yīng)用場(chǎng)景的可編程控制功能。

圖2 工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)應(yīng)用架構(gòu)

如圖2所示，智能網(wǎng)關(guān)主要應(yīng)用于智能工廠或者設(shè)備改造過(guò)程中的控制層與現(xiàn)場(chǎng)層。當(dāng)其部屬于現(xiàn)場(chǎng)層時(shí)，重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)采集智能卡的對(duì)接，工業(yè)通訊協(xié)議的解析，云平臺(tái)的安全接入等功能，解決車間、工廠底層的數(shù)據(jù)采集與互聯(lián)互通問(wèn)題；當(dāng)其部屬于控制層時(shí)，重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)車間、工廠及信息系統(tǒng)與云平臺(tái)的集成與接入功能，解決系統(tǒng)與云平臺(tái)之間的互聯(lián)互通問(wèn)題。

智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備從系統(tǒng)架構(gòu)方面包括硬件和軟件兩個(gè)層次。高性能的嵌入式硬件平臺(tái)提供較高的數(shù)據(jù)處理性能，豐富的硬件接口提供外部硬件擴(kuò)展能力；基于高級(jí)嵌入式操作系統(tǒng)軟件接口及豐富的工業(yè)通信軟件協(xié)議棧，方便實(shí)現(xiàn)與標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)設(shè)備通訊以及定制化應(yīng)用場(chǎng)景的控制軟件開(kāi)發(fā)。

5　機(jī)床數(shù)據(jù)采集方法研究

機(jī)床選用的Bosch Rexroth MTX-L45數(shù)控系統(tǒng)是Bosch Rexroth公司開(kāi)發(fā)的新一代開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)，是目前世界上性能最先進(jìn)的數(shù)控系統(tǒng)之一。IndraMotion MTX數(shù)控系統(tǒng)是2005年推出的全開(kāi)放式控制系統(tǒng)，以其獨(dú)特的優(yōu)良特性為客戶的應(yīng)用和二次開(kāi)發(fā)提供了良好的平臺(tái)，其中系統(tǒng)提供的OPC數(shù)據(jù)接口是開(kāi)發(fā)MTX系統(tǒng)客戶端軟件非常好的平臺(tái)。OPC全稱是OLE for Process Control，它的出現(xiàn)為基于Windows的應(yīng)用程序和現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程控制應(yīng)用建立了橋梁。目前，世界上絕大多數(shù)系統(tǒng)提供商均支持OPC標(biāo)準(zhǔn)。BoschRexroth MTX-L45數(shù)控系統(tǒng)也自帶了DDE/OPC服務(wù)器用于HMI與NCK系統(tǒng)和PLC之間的數(shù)據(jù)交換。

5.1　OPC數(shù)據(jù)訪問(wèn)方法

OPC數(shù)據(jù)訪問(wèn)方法主要有同步訪問(wèn)、異步訪問(wèn)和訂閱方式三種。同步訪問(wèn)方式時(shí)，OPC客戶端向OPC服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求，OPC服務(wù)器必須將正在處理的響應(yīng)處理完成后才能響應(yīng)客戶端的請(qǐng)求，這段時(shí)間OPC客戶端一直處于等待狀態(tài)。因此在同步通訊時(shí)，如果OPC服務(wù)器需要接受大量的請(qǐng)求或者讀寫的數(shù)據(jù)量比較大時(shí)，容易造成OPC客戶端阻塞。這種通訊方式適用于OPC客戶端較少、讀寫的數(shù)據(jù)量較少的情況。異步訪問(wèn)方式時(shí)，OPC客戶端對(duì)服務(wù)器發(fā)出請(qǐng)求后返回，無(wú)需等待OPC服務(wù)器端的響應(yīng)，之后客戶端可以完成其它操作。當(dāng)OPC服務(wù)器處理完客戶端的請(qǐng)求后，再通知OPC客戶端，并將操作結(jié)果返回給OPC客戶端。從處理方法上來(lái)看，異步通訊比同步通訊的效率要更高。訂閱方式時(shí)，OPC客戶程序?qū)Ψ?wù)器發(fā)出請(qǐng)求后立即返回，不用等待OPC服務(wù)器的操作，之后客戶端可以進(jìn)行其它操作。當(dāng)OPC服務(wù)器組中的數(shù)據(jù)發(fā)生變化時(shí)，會(huì)觸發(fā)數(shù)據(jù)變化事件（DataChange），自動(dòng)將變化的數(shù)據(jù)傳送給客戶端，刷新客戶端的數(shù)據(jù)[1]。

5.2　OPC數(shù)據(jù)訪問(wèn)接口

OPC服務(wù)器主要包含兩種接口：自定義（CUSTOM）接口和自動(dòng)化接口如圖3所示。自動(dòng)化接口是所有OPC服務(wù)商提供的基本接口，而自定義接口是可選的。自定義接口是一組COM接口，主要用于采用 C++語(yǔ)言的應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)；自動(dòng)化接口是一組OLE 接口，主要用于采用VB、DELPHI、Excel等基于腳本語(yǔ)言的應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)。

圖3 自動(dòng)化接口和自定義接口

OPC客戶程序無(wú)論采用哪一種接口，都必須首先創(chuàng)建OPC服務(wù)器支持的OPC數(shù)據(jù)訪問(wèn)對(duì)象，然后就可以使用OPC對(duì)象支持的方法，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫操作。OPC數(shù)據(jù)訪問(wèn)對(duì)象的分層結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 OPC 數(shù)據(jù)訪問(wèn)對(duì)象的分層結(jié)構(gòu)

OPC的客戶端開(kāi)發(fā)也是基于這樣的層次結(jié)構(gòu)按順序進(jìn)行，一次OPC數(shù)據(jù)讀寫的循環(huán)過(guò)程如下：

（1）第一步：創(chuàng)建OPC服務(wù)器對(duì)象，并連接OPC服務(wù)器；

（2）第二步：建立OPC組（Group）并為OPC組添加標(biāo)簽（Item）；

（3）第三步：數(shù)據(jù)的讀寫操作；

（4）第四步：OPC 服務(wù)器的斷開(kāi)，資源的釋放。

6　平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)研究

6.1　故障診斷技術(shù)

（1）基于數(shù)據(jù)的故障診斷技術(shù)

基于數(shù)據(jù)的故障診斷方法主要是根據(jù)機(jī)床和非機(jī)床設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行故障診斷和定位。平臺(tái)采集到實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)后，調(diào)用推理引擎和知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和判斷。根據(jù)異常的數(shù)據(jù)特點(diǎn)進(jìn)行分析和故障定位，將故障診斷的結(jié)果保存到結(jié)果庫(kù)中。

這里也可以進(jìn)行信號(hào)分析，包括時(shí)域分析、頻域分析和盲源分離分析等，其中時(shí)域分析包括波形和其各項(xiàng)特征參數(shù)，頻域分析包括頻譜圖及其特征參數(shù)、趨勢(shì)分析、相關(guān)性分析、濾波分析、包絡(luò)分析、瀑布圖等。

（2）基于案例的故障診斷技術(shù)

基于案例的故障診斷方法是基于從所存儲(chǔ)的以往案例中檢索與當(dāng)前問(wèn)題類似的案例，并選擇一個(gè)或多個(gè)與當(dāng)前問(wèn)題相似或相關(guān)的案例，通過(guò)對(duì)所選案例的適當(dāng)調(diào)整和改寫，從而獲得當(dāng)前問(wèn)題求解結(jié)果和對(duì)這一新案例的存貯以備重用的一種推理方法。

基于案例的故障診斷方法的核心在于：能準(zhǔn)確地記憶（存儲(chǔ)）過(guò)去曾經(jīng)診斷的故障及其環(huán)境和診斷過(guò)程；進(jìn)行診斷時(shí)，運(yùn)用過(guò)去的診斷經(jīng)驗(yàn)、過(guò)程和方法；通過(guò)類比和聯(lián)想來(lái)完成當(dāng)前的診斷任務(wù)。基于案例的故障診斷方法模型如圖5所示。

圖5 基于案例的故障診斷模型

故障診斷過(guò)程可歸結(jié)為由3個(gè)主要階段循環(huán)組成：

（1）檢索（retrieve）。根據(jù)設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)和征兆，從案例庫(kù)中檢索出相類似的案例，如果檢索到的案例與設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)完全適配，則直接引用案例作出診斷結(jié)論。

（2）修改（modify）。在不完全適配的情況下，運(yùn)用設(shè)備的結(jié)構(gòu)、零件特征、運(yùn)行記錄等方面的知識(shí)作為指導(dǎo)，根據(jù)設(shè)備當(dāng)前的狀態(tài)對(duì)檢索出的案例進(jìn)行調(diào)整、改寫、適配與綜合。

（3）存儲(chǔ)（store）。使修正、改寫過(guò)的案例適合對(duì)設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)的診斷，作出本次診斷的結(jié)論。同時(shí)將修改過(guò)的案例及修改過(guò)程作為一個(gè)新的案例存儲(chǔ)到案例庫(kù)中，以備后用。

由此可見(jiàn)，基于案例的故障診斷是運(yùn)用一種類比或相似推理方法，其設(shè)計(jì)模式是直接利用以往的設(shè)計(jì)案例而不是直接利用設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)。

6.2　設(shè)備效率分析技術(shù)

采用目前國(guó)際上通用的標(biāo)準(zhǔn)OEE數(shù)據(jù)分析方法對(duì)設(shè)備的使用效率進(jìn)行分析。OEE是一種用來(lái)表現(xiàn)設(shè)備在計(jì)劃生產(chǎn)時(shí)間內(nèi)實(shí)際的生產(chǎn)能力相對(duì)于理論產(chǎn)能的比率，其經(jīng)典算法為OEE＝時(shí)間開(kāi)動(dòng)率×性能開(kāi)動(dòng)率×合格品率。其原理是將所有影響OEE的因素歸類到算式中的三項(xiàng)指標(biāo)去計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果來(lái)評(píng)估設(shè)備的生產(chǎn)運(yùn)行情況。

一般來(lái)說(shuō)，影響OEE的因素可以概括為以下6個(gè)方面：

（1）設(shè)備故障，指設(shè)備自身出現(xiàn)故障引起停機(jī)帶來(lái)的損失。

（2）設(shè)置調(diào)整，指由于生產(chǎn)換批、換牌需要中斷生產(chǎn)來(lái)調(diào)整設(shè)備或設(shè)置參數(shù)造成的損失。

（3）啟動(dòng)損失，指設(shè)備在啟動(dòng)過(guò)程需要等待如預(yù)熱之類的工藝條件滿足后才能正常生產(chǎn)而造成的損失。

（4）低速運(yùn)行，指設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中因?yàn)槟承┰虺霈F(xiàn)速度波動(dòng)，這時(shí)的設(shè)備雖然還在保持運(yùn)轉(zhuǎn)但并不能以額定速度生產(chǎn)，從而帶來(lái)?yè)p失。

（5）空轉(zhuǎn)暫停，指設(shè)備由于某些特殊事件如誤操作、堵塞或清潔檢查，引起設(shè)備出現(xiàn)空轉(zhuǎn)或暫停而引起的損失。

（6）不合格品，指設(shè)備由于生產(chǎn)出不合格品帶來(lái)的損失。

上述六項(xiàng)因素即是影響OEE的“六大損失”，可以將其歸類到OEE的“三大指標(biāo)”中從而得出六大損失與OEE的關(guān)系圖[2]（如圖6所示）。

圖6 六大損失與OEE關(guān)系圖

OEE的計(jì)算是以時(shí)間為對(duì)象的。但低速運(yùn)行與不合格品兩類損失并不能直接用時(shí)間去衡量，這需要我們對(duì)采集的數(shù)據(jù)作預(yù)處理，將兩項(xiàng)損失折算成時(shí)間損失。在此定義：

（1）低速運(yùn)行損失時(shí)間（tl）=（設(shè)備額定速度-設(shè)備低速平均值/設(shè)備額定速度）×低速運(yùn)行時(shí)間

其中，設(shè)備低速平均值是低速運(yùn)行時(shí)間內(nèi)所有運(yùn)行速度采樣值的算術(shù)平均值，采樣周期為1S。低速狀態(tài)的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)是速度低于額定速度的95%。

（2）不合格品損失時(shí)間（td）=不合格品數(shù)/設(shè)備額定能力

其他幾類損失可以直接用時(shí)間衡量，在此定義：計(jì)劃停機(jī)時(shí)間為（tp），外部因素引起停機(jī)時(shí)間為（to），啟動(dòng)損失時(shí)間為（ts），設(shè)備故障時(shí)間為（tf），設(shè)置調(diào)整時(shí)間為（ta），空轉(zhuǎn)暫停時(shí)間為（tn）。

由此可得：

（3）計(jì)劃生產(chǎn)時(shí)間（PPT）＝總時(shí)間（SWST）-tp-to

（4）運(yùn)行時(shí)間（OT）＝計(jì)劃生產(chǎn)時(shí)間（PPT）-tf-ta

（5）凈運(yùn)行時(shí)間（NOT）＝運(yùn)行時(shí)間（OT）-ts-tl-tn

（6）有效運(yùn)行時(shí)間（VOT）＝凈運(yùn)行時(shí)間（NOT）-td

（7）設(shè)備利用率＝計(jì)劃生產(chǎn)時(shí)間（PPT）/總時(shí)間（SWST）

（8）時(shí)間開(kāi)動(dòng)率＝運(yùn)行時(shí)間（OT）/計(jì)劃生產(chǎn)時(shí)間（PPT）

（9）性能開(kāi)動(dòng)率＝凈運(yùn)行時(shí)間（NOT）/運(yùn)行時(shí)間（OT）

（10）合格品率＝有效運(yùn)行時(shí)間（VOT）/凈運(yùn)行時(shí)間（NOT）

根據(jù)上文給出的計(jì)算方法，可以進(jìn)一步將OEE及TEEP的公式作如下分解：

（11）OEE＝（OT/PPT）×（NOT/OT）×（VOT/NOT）＝VOT/PPT＝（PPT-tf-ta-ts-tl-tn-td）/PPT

（12）TEEP＝（PPT/SWST）×OEE＝（SWST-tpto）×OEE

依據(jù)建立的OEE數(shù)據(jù)模型，通過(guò)對(duì)設(shè)備利用率、時(shí)間開(kāi)動(dòng)率、性能開(kāi)動(dòng)率、合格品率的甄別及分類計(jì)算，可以把繁復(fù)雜亂的設(shè)備運(yùn)行不良現(xiàn)象有效地組織起來(lái)，用指標(biāo)加以度量。這樣，系統(tǒng)可以分析設(shè)備用時(shí)及成本情況，記錄跟蹤了每臺(tái)設(shè)備每個(gè)操作者的用時(shí)，例如開(kāi)機(jī)、加工、調(diào)試、停機(jī)或空閑時(shí)間，這樣可以幫助車間管理人員真正弄清資源是怎樣被利用的，更重要的是從中能看出哪個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)可以被改進(jìn)，從而減少不必要的調(diào)試時(shí)間、停機(jī)時(shí)間和空閑時(shí)間。

7　結(jié)語(yǔ)

遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)融合了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)，打破了傳統(tǒng)加工生產(chǎn)中所出現(xiàn)的地域限制，優(yōu)化了生產(chǎn)管理過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)信息、資源的共享，以更快、更有效、更全面的現(xiàn)代管理模式替代了傳統(tǒng)的機(jī)床生產(chǎn)管理過(guò)程。更好的方便了企業(yè)資源的優(yōu)化，人員結(jié)構(gòu)的調(diào)整，管理的便捷性和有效性。本文研究了智能數(shù)據(jù)采集卡和智能網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)加車間的智能傳感網(wǎng)絡(luò)建設(shè)；研制了生產(chǎn)線遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，選用“C/S+B/S”模式進(jìn)行相關(guān)軟件開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程中設(shè)備運(yùn)維管理；研制了一套針對(duì)機(jī)床設(shè)備的故障診斷平臺(tái)，通過(guò)基于數(shù)據(jù)的診斷方法和基于案例的診斷方法相結(jié)合，為設(shè)備的安全可靠運(yùn)行提供保障。平臺(tái)的使用提高了設(shè)備的管理能力，提高了產(chǎn)品加工質(zhì)量，取得了很好的生產(chǎn)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1] 儲(chǔ)曉承. 開(kāi)放式 CNC 機(jī)床加工過(guò)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)研究[D]. 南京：南京航空航天大學(xué), 2011.

[2] 梁岳. OEE數(shù)據(jù)分析的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J]. 電子設(shè)計(jì)工程, 2014, （12）.

摘自《2017今日自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用在中國(guó)》