工業(yè)4.0下設(shè)備管理的思考

王靈運(yùn) 李 輝 陳建均

（1.上汽集團(tuán)股份有限公司培訓(xùn)中心 上海 2.中國設(shè)備管理協(xié)會點(diǎn)檢工程技術(shù)中心 北京 3.西北機(jī)電工程研究所 陜西咸陽）

自從工業(yè)4.0在2013年4月漢諾威工業(yè)博覽會上正式推出后，越來越受到工業(yè)界的關(guān)注。隨著2014年中德雙方簽署《中德合作行動綱要》中強(qiáng)調(diào)工業(yè)4.0合作的內(nèi)容，國內(nèi)企業(yè)也將工業(yè)4.0作為企業(yè)升級轉(zhuǎn)型的一次良機(jī)。但工業(yè)4.0作為一個概念，或者一場革命（工業(yè)4.0被解釋為第四次工業(yè)革命）就像一把達(dá)摩克里斯之劍，有其好處更有需要注意的方面。因此，只有對工業(yè)4.0更好地理解，并明確自身的需要，才能真正實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0和自己企業(yè)的有機(jī)結(jié)合。

工業(yè)4.0的特點(diǎn)非常清晰，即通過信息通訊技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)空間虛擬系統(tǒng)相結(jié)合的信息物理系統(tǒng)（Cyber-Physical System），將制造業(yè)向智能化轉(zhuǎn)型。這種轉(zhuǎn)變下，工業(yè)4.0中“智能制造”，“智能生產(chǎn)”和“智能物流”的主題，將使整個企業(yè)呈現(xiàn)高度自動化，高度信息化和高度網(wǎng)絡(luò)化，這也勢必使企業(yè)對設(shè)備的關(guān)注度大大提升，同時也對工業(yè)4.0環(huán)境下的設(shè)備管理提出新的和更高的要求。面臨這種工業(yè)環(huán)境，闡述對設(shè)備管理的一些理解和思考。

一、管理組織扁平化，信息得到共享

針對以技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)為先導(dǎo)的工業(yè)4.0產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)形，首先可能打破的是目前設(shè)備管理的組織架構(gòu)。傳統(tǒng)的設(shè)備管理組織基本上是直線職能制，這種架構(gòu)的存在原因是由于管理設(shè)備的權(quán)威基本是在組織的上端。決策被上層制定后，從上至下的信息和任務(wù)傳遞方式比較容易被基層接受，但是這種傳遞大多情況下是單向的，或者是不充分的由下向上和部門之間的信息傳遞，從而使上層管理者在不能充分了解相關(guān)信息和數(shù)據(jù)的情況下，做出的決定就會出現(xiàn)與現(xiàn)場情況不符的現(xiàn)象。另外，這種架構(gòu)也不能很好地激勵基層人員的積極性。不過，在很多推行精益生產(chǎn)的企業(yè)中，基于全員生產(chǎn)性維護(hù)（TPM）方法下的設(shè)備管理組織已部分地彌補(bǔ)了直線職能制的缺點(diǎn)，它在直線職能制的組織架構(gòu)之外增加了許多矩陣制的活動小組來解決問題，來自不同部門的成員在小組的定期活動和交流中，增加了信息的傳遞數(shù)量和質(zhì)量，大大提高了平級之間的信息共享。但是這種方式中管理者和基層人員之間大多還是一種結(jié)果導(dǎo)向和由下向上匯報(bào)的過程，而活動小組從高層管理者得到信息的過程仍然相對被動。

信息共享問題在工業(yè)4.0的企業(yè)中則水到渠成，信息收集和信息分析都可以通過物聯(lián)網(wǎng)的方式直接在工作終端（設(shè)備）中得到；只要開通相關(guān)的權(quán)限，所有的信息就可以通過搜索終端在數(shù)據(jù)庫中取得，在統(tǒng)一系統(tǒng)中，所有的數(shù)據(jù)無需增加重復(fù)收集的過程，只要不斷地調(diào)用和計(jì)算即可。例如，在生產(chǎn)現(xiàn)場統(tǒng)計(jì)設(shè)備綜合效率（OEE）的數(shù)據(jù)，原先需要收集一個時段中，設(shè)備計(jì)劃生產(chǎn)過程的實(shí)際停機(jī)時間，每個零件生產(chǎn)的節(jié)拍，生產(chǎn)零件的數(shù)量和合格品的數(shù)量等數(shù)據(jù)，一般這些數(shù)據(jù)可能選取于不同職能部門的不同系統(tǒng)。但在高度信息化和網(wǎng)絡(luò)化的4.0時代，所有的信息可以實(shí)時從設(shè)備（智能工廠中物質(zhì)就等于信息）上得到，并能實(shí)時計(jì)算反饋結(jié)果。

由于信息化和網(wǎng)絡(luò)化的便利，很多流程和工作也將由電腦實(shí)現(xiàn)。隨著高度自動化，工廠中原先由勞動密集型為主的生產(chǎn)形式逐漸變化為資金和技術(shù)密集型的形式，這種變化目前在國內(nèi)沿海經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)地區(qū)已經(jīng)越來越明顯，同時逐漸朝中西部地區(qū)蔓延。隨著高效的信息處理方式再加上智能決策的輔助將大大增加所有人的管理幅度，這種變化將使組織信息越來越充分分享的同時，管理架構(gòu)也變得更加扁平化。

二、管理制度越來越結(jié)合實(shí)際，執(zhí)行更加標(biāo)準(zhǔn)化

隨著工廠信息化和網(wǎng)絡(luò)化，以及設(shè)備的自動化發(fā)展，設(shè)備管理制度中的相關(guān)流程也將發(fā)生巨大改變。例如，原先流程中由手工操作的很多工作將由設(shè)備替代，如若干年前銀行人員被電腦和ATM機(jī)替代的場景，也將在工廠中更頻繁地發(fā)生。

當(dāng)然，工業(yè)4.0對設(shè)備管理制度的編制是有好處的。制定制度的前期因有充分和有效的數(shù)據(jù)為決策者提供依據(jù)，再配以一個有效的分析系統(tǒng)，將大大提高制度制定的效率和效果。例如，上文中提到的設(shè)備綜合效率問題，系統(tǒng)就可以按照設(shè)定的參數(shù)幫助決策者自動收集相關(guān)數(shù)據(jù)，并發(fā)現(xiàn)在數(shù)據(jù)中影響綜合效率的關(guān)鍵因素，從而更高效和有針對性地研究和解決問題。

這種變化對設(shè)備管理制度的執(zhí)行是正向的，原先人為因素較多的執(zhí)行過程，將變得更加標(biāo)準(zhǔn)和嚴(yán)格，主要的原因“機(jī)器是死的”。系統(tǒng)只要按照制度和流程設(shè)定了程序，只要條件滿足時就會嚴(yán)格執(zhí)行，這也使程序的執(zhí)行更加清晰。例如，設(shè)備故障報(bào)修制度，流程文件要求在不同的停機(jī)時長后得到不同級別的響應(yīng)。在信息化不充分的條件下，由于信息的不及時傳遞和信息的人為掩蓋，而造成推諉和響應(yīng)不及時等問題。但在工業(yè)4.0的工廠中，系統(tǒng)將在不同的時間階段自動向不同的管理者發(fā)送信息。如設(shè)備發(fā)生故障時，開始馬上通知班組長，若15 min內(nèi)設(shè)備沒有恢復(fù)，則自動報(bào)警給維修人員，1 h內(nèi)設(shè)備沒有修復(fù)將升級到車間主任。設(shè)備將按照原先設(shè)定的設(shè)備維護(hù)計(jì)劃自動發(fā)出指導(dǎo)和報(bào)警，提醒相關(guān)執(zhí)行者及其任務(wù)。所以在這種由系統(tǒng)主導(dǎo)的執(zhí)行過程中，不會給任何執(zhí)行者以推脫的理由，所有人員都將被拉入到嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)化工作狀態(tài)中。

三、工業(yè)4.0將為設(shè)備維護(hù)在技術(shù)層面帶來巨大的便利

工業(yè)4.0強(qiáng)調(diào)物質(zhì)就是數(shù)據(jù)，從技術(shù)層面上來說，無論是一整套設(shè)備還是設(shè)備當(dāng)中的一個元器件，理論上都能夠?qū)⑾嚓P(guān)信息提供到系統(tǒng)中。這種提前采集到的數(shù)據(jù)可以提前預(yù)警相關(guān)潛在故障，而無需瀕臨故障或出現(xiàn)破壞性現(xiàn)象后才去處理。例如，通過軸承的振動頻率和原始數(shù)據(jù)來判斷軸承是否損壞的方法，就是如此。當(dāng)發(fā)現(xiàn)頻率變化時軸承已經(jīng)處于快速損壞期，隨之而來的是設(shè)備效率已受到較大影響。而工業(yè)4.0下的智能軸承就會在原材料和軸承的油脂中增加相應(yīng)傳感器，當(dāng)軸承的原材料應(yīng)力變化到一定程度或者軸承油脂中金屬碎片濃度達(dá)到一定值時，通過系統(tǒng)發(fā)出維護(hù)或者修理的信息，使準(zhǔn)備和維護(hù)的時間大大提前。

四、工業(yè)4.0將為設(shè)備的管理產(chǎn)生巨大影響

在通過互聯(lián)網(wǎng)完成工廠縱向集成和端對端集成的過程后，整個工廠，甚至若干工廠間的設(shè)備將形成相互聯(lián)系的網(wǎng)絡(luò)，除了前文陳述的系統(tǒng)能夠自動拉動所有人員進(jìn)行設(shè)備維護(hù)外，管理者可以根據(jù)所有設(shè)備目前狀態(tài)進(jìn)行生產(chǎn)計(jì)劃和配置，設(shè)備的維護(hù)經(jīng)驗(yàn)和故障信息可以得到更加充分地共享和交流，設(shè)備的備品配件也能夠更好地統(tǒng)籌管理和使用，這都會大大提升人們對設(shè)備的使用效率和快速響應(yīng)速度。

在精益生產(chǎn)中提到的自動化概念，由于設(shè)備和零件都具有信息傳遞能力，將可能從原先設(shè)備發(fā)現(xiàn)問題后停止并通知人員處理的過程，變?yōu)樵O(shè)備發(fā)現(xiàn)問題后，零件和設(shè)備之間按照程序?qū)崿F(xiàn)自適應(yīng)的過程。

以上提到的是工業(yè)4.0中對設(shè)備管理帶來的好處，但是事物的兩面性必須讓人們更加深入了解這種變化會對企業(yè)帶來的問題，也是大家更需要關(guān)注的方面。

1.工業(yè)4.0將對人員素質(zhì)提出更高的要求

隨著工業(yè)4.0的推進(jìn)，在工廠高度自動化，高度信息化和網(wǎng)絡(luò)化的變化中，原先的工廠將面臨人員減少的窘境，一方面設(shè)備的高效率不需要如此多的員工參與生產(chǎn)的過程，很多勞動密集型的工廠一旦改造成為自動化生產(chǎn)線后，在效率大大提高的情況下，只需要原先10%的人員進(jìn)行操作，設(shè)備對人員的替代現(xiàn)象非常明顯。智能生產(chǎn)中的代表性設(shè)備3D打印機(jī)使用加法式生產(chǎn)和快速復(fù)制能力將顛覆目前大多數(shù)生產(chǎn)模式。另一方面，對于一些操作人員已經(jīng)沒有能力完全操作設(shè)備，設(shè)備的柔性化要求不在是僅按按鈕的工作，更多的是根據(jù)生產(chǎn)的現(xiàn)狀去調(diào)整設(shè)備，并保證智能工廠的正常運(yùn)行。設(shè)備上的應(yīng)用技術(shù)的突飛猛進(jìn)，讓設(shè)備管理和維護(hù)人員也面臨同樣挑戰(zhàn)，因?yàn)閷π录夹g(shù)的及時掌握是管理和維護(hù)設(shè)備的基礎(chǔ)。必須做到在大數(shù)據(jù)中及時發(fā)現(xiàn)問題，并能采取有效措施和修訂相關(guān)制度等。這都將給設(shè)備管理者帶來更大的壓力。

所以對于人員素質(zhì)的變化，工廠中需要提前做好準(zhǔn)備，尤其是對設(shè)備管理人員和維護(hù)人員的準(zhǔn)備，都應(yīng)該在工廠進(jìn)行工業(yè)4.0實(shí)施之前完成，否則將成為工廠運(yùn)營中的瓶頸。另外由于信息化和網(wǎng)絡(luò)化的實(shí)現(xiàn)，維護(hù)人員在遠(yuǎn)程進(jìn)行監(jiān)控和修理設(shè)備將變得比較容易，因此設(shè)備人員彈性工作制和設(shè)備外包等，也將是工廠解決設(shè)備及人員問題的一條新途徑。

2.工業(yè)4.0對工廠安全提出更高的要求

當(dāng)今工廠運(yùn)營過程中，放在首位的工作應(yīng)該是安全問題，不能產(chǎn)生致人死傷的安全事故。再者是整個生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)，要能夠確保做到安全運(yùn)行。

工業(yè)4.0會使單個設(shè)備的安全性大大提高，許多的潛在危險解決都在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中加入到設(shè)備的傳感器中。但工業(yè)4.0工廠的安全問題，還需要引起關(guān)注。

（1）工業(yè)4.0內(nèi)部的設(shè)施是相互聯(lián)接、同步運(yùn)行的，那么在生產(chǎn)中某些關(guān)鍵結(jié)點(diǎn)的小問題將產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，甚至是雪崩效應(yīng)，最終會對整個工廠產(chǎn)生影響。

（2）工廠信息化和網(wǎng)絡(luò)化的特性將使整個工廠在某些領(lǐng)域暴露在外界，這種開放會引起工廠系統(tǒng)受到外部的攻擊。外部一旦攻擊成功，整個企業(yè)將會癱瘓

（3）工業(yè)4.0的很多元器件和軟件的技術(shù)還掌握在國外公司手中（德國敢于首先提出工業(yè)4.0概念其實(shí)也是做了充分準(zhǔn)備的），中國目前還沒有能力生產(chǎn)。目前在建設(shè)工廠的過程中，有些設(shè)備和元器件只要花足夠的錢就可以買到，但有些東西是被國外限制出口的，這就為今后的設(shè)備管理帶來風(fēng)險。

對于安全問題，在設(shè)備前期管理過程中就要仔細(xì)的思考，不僅要從長遠(yuǎn)的使用角度來考慮設(shè)備的安全問題，還應(yīng)對一些不可控的戰(zhàn)略性安全問題進(jìn)行思考。在建4.0工廠之前就需要考慮工廠中的設(shè)備和元器件是否在后期的運(yùn)行過程中安全，就要考慮備品配件是否能夠及時買到，價格是否合適；元器件、軟件有無后門被外部侵入；國內(nèi)的類似產(chǎn)品需多長時間能夠替代等。而這正是工業(yè)4.0工廠安全的關(guān)鍵點(diǎn)。

3.工業(yè)4.0的標(biāo)準(zhǔn)是工業(yè)4.0能否接受的觸發(fā)器

大多數(shù)工廠還是希望逐步完成轉(zhuǎn)化為工業(yè)4.0生產(chǎn)的這個過程，因?yàn)橐淮涡酝瓿蛇@種轉(zhuǎn)換需要投入大量的成本，一旦原有的固定資產(chǎn)（設(shè)備）不能很好地退出，將為工廠的決策帶來很大的包袱。

而能讓這些固定資產(chǎn)被充分利用的最好辦法，就是對這些設(shè)備進(jìn)行低成本的技術(shù)改造，使其一定程度達(dá)到工業(yè)4.0的要求，仍然在工廠中使用。所以工業(yè)4.0的標(biāo)準(zhǔn)，控制方式的標(biāo)準(zhǔn)，接口的標(biāo)準(zhǔn)，元器件的標(biāo)準(zhǔn)等內(nèi)容，將決定著工廠改造和投入的決策。而在工業(yè)界中從來就是多個標(biāo)準(zhǔn)同時存在，如果是多個“接口”也將增加整個工業(yè)4.0推進(jìn)的難度和成本。

誰擁有標(biāo)準(zhǔn)誰就擁有話語權(quán)，所以對于想要參與工業(yè)4.0實(shí)施的中國，標(biāo)準(zhǔn)的制定是要在國家層面考慮，并兼顧中國企業(yè)特色。標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該有過渡期，不一定要求所有工廠都要做到一步到位，可以逐步從工業(yè)3.0到3.5再到工業(yè)4.0進(jìn)行過渡。設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)，傳輸?shù)姆绞?，網(wǎng)絡(luò)的接口等方面需要有前瞻性和對不同階段的兼容性。

五、結(jié)語

以上是對工業(yè)4.0環(huán)境下設(shè)備管理的一些思考，當(dāng)然由于工業(yè)4.0是對整個工廠的一次工業(yè)革命，所以對設(shè)備管理的影響會涉及到方方面面，但文中的內(nèi)容卻是一些根本性內(nèi)容的思考，同時我們也看到了工業(yè)4.0的優(yōu)勢，但是一定需要結(jié)合自身設(shè)備管理的特點(diǎn)，建設(shè)滿足自己的工廠。所以其中需要做很多的研究和均衡，使這次變化能為工廠帶來更多的競爭力。