摘要：隨著物聯網技術的提出，物聯網技術開始被應用在不同的領域，其中射頻識別技術(RFID)和Zigbee技術在物聯網技術中扮演著舉足輕重的作用。企業設備管理與維護一直是企業關注的重點之一。本文提出將物聯網技術應用在設備管理與維護上，這樣能夠更好地對設備進行綜合管理，提高企業的生產效率進而提高企業的效益。

     關鍵詞：物聯網  RFID  Zigbee  設備管理與維護 

     The Internet of Things Technology and Modern Business Equipment Management and Maintenance

      引言 

      企業的設備是企業生產產品質量的保障，是企業生存發展的利器。企業進行生產，要有各個方面的管理，而設備維護是企業現場管理基礎的管理之一。在這個過程中對于設備的維護保養起關鍵性作用，企業中由于設備的老化、不及時維修和保養，造成生產效率低下、產品質量差、經濟效益低等諸多問題。因此，如何搞好企業設備管理與維護工作，對提高企業設備管理、技術水平和生產率，增強企業的市場競爭力都有十分重要的現實意義。

      本文提出將物聯網技術應用在企業設備管理與維護上，探討其在設備管理與維護中發揮的巨大優勢。

      1 物聯網技術

      “物聯網概念”是在“互聯網概念”的基礎上發展起來的，物聯網的一般定義為：通過射頻識別(RFID)、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協議，把任何物品與互聯網連接起來，進行信息交換和通信，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡概念。總的說來物聯網可以概括為三層：感知層、網絡層和應用層。感知層是對物體進行全面感知，即對其繼續識別或是數據采集。網絡層是可靠傳遞層，通過現有多種的有線和無線通信網絡將信息進行可靠傳輸。應用層是智能處理層，對采集上來的數據進行處理和展示。物聯網定義圖如下圖所示：

　　物聯網把新一代的IT技術充分運用到不同的行業中，具體說來，就是把感應器嵌入和裝備到電網、鐵路、橋梁、隧道、公路、建筑、供水系統等各種物體中，然后將物聯網和現有的互聯網整合起來，實現人類社會與物理系統的整合。物聯網的應用能夠滲透到各行各業。

      2 物聯網相關技術

      2.1 RFID技術

      射頻識別技術（Radio Frequency Identification，縮寫RFID)是一種自動識別技術。射頻識別技術是一項利用射頻信號通過空間耦合(交變磁場或電磁場)實現無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達到識別目的技術。從信息傳遞的基本原理來說，射頻識別技術在低頻段基于變壓器耦合模型(初級與次級之間的能量傳遞及信號傳遞)，在高頻段基于雷達探測目標的空間耦合模型(雷達發射電磁波信號碰到目標后攜帶目標信息返回雷達接收機)。

      RFID系統包括：電子標簽、天線、讀寫器三個部分。標簽具有全球唯一的識別號，另外電子標簽還可以存儲少量電子信息。天線作用是在電子標簽和讀寫器之間傳遞射頻信號。讀寫器是讀取或寫入電子標簽的設備。

      RFID 技術和條形碼技術相比，具有一些優點：1)無需接觸、自動化程度高。RFID完成識別工作無需人工參與，應用便利。2)耐用可靠，適應各種工作環境。RFID標簽可應用到環境比較惡劣的情況下。3)識別速度快、可實現高速和多標簽同時識別。大大加快了工作流程。

      RFID以上優點使其被不同部門接納，被應用到物流管理，物品管理當中。

　　2.2Zigbee技術

　　傳感和控制設備的通信并不需要高的帶寬，但是要求低的反應時間，非常低的能量消耗，以及大范圍的設備分布。Zigbee協議正是為無線網絡中傳感和控制設備之間的通信提供了一個極好的解決標準。

　　Zigbee一是一種短距離、架構簡單、低消耗功率與低傳輸速率的無線通信技術，其傳輸距離約為幾十米，使用頻段為免費的2．4GHz頻段，傳輸速率為20-250KB/S網路架構具有Master/Slave屬性，并可雙向通信。在標準規范制訂方面，主要是IEEE802.15.4小組與ZigbeeAlliance兩個組織，兩者分別制訂硬件與軟件標準。Zigbee聯盟制訂Zigbee可支持星形、樹形和網狀3種網路架構。相對于其他無線網絡技術，它更適合于組建大范圍的狀態監控系統，將Zigbee技術應用到狀態監控系統中將有非常誘人的前景。Zigbee模塊如下圖所示：

　　圖2 Zigbee模塊

　　3 設備管理與維護系統

　　鑒于設備在企業中的重要地位，建立設備管理與維護系統勢在必行。設備管理與維護系統的目標是建立一個企業設備管理和維護信息管理的工作平臺，使企業通過該平臺進行設備維護管理的運作過程中，獲得以下效益：

　　(1)提高設備綜合利用率，挖掘設備生產潛力，增加其有效生產時間；

　　(2)避免頻繁的維修系統對設備過度維修造成的浪費，延長設備使用壽命，減少維護成本；

　　(3)減少停機時間，降低正常運行期間的物耗損失；

　　(4)提高管理和維修人員工作效率，充分有效的利用企業資源；

　　(5)有效收集各類維修數據，為預防性維護建立打下基礎。

　　設備管理與維護系統主要工作是對企業所有的設備進行綜合管理，并運用物聯網技術將設備信息與互聯網融合。

　　3.1 設備管理

　　3.1.1 設備管理概述

　　企業的設備管理內容主要包括：設備預算管理、固定資產管理、備件管理和工單管理。通過設備管理實現設備從采購、轉資到報廢的全生命周期的經濟管理。預算管理主要完成設備采購和維護等的費用預算管理；固定資產管理的任務是對企業設備的資產進行合理的記錄；備件管理主要完成設備備件的采購存儲等工作；工單管理的任務是計算備件、材料、人工費用，隨時掌握實際維修費用，將費用細化到單臺設備上。本文主要對基于物聯網技術的備件管理做著重介紹。

　　3.1.2設備管理的實現

　　本文主要提出基于物聯網技術的備件管理方式如下：全廠或車間共用備件庫，對于新購買的備件進入備件庫，對其添加RFID標簽，并在RFID標簽中記錄備件的基本信息，同時在數據庫中添加備件信息如：備件名稱、ERP編號、規格、價格、數量、儲存地點、購入地點、購入時間、用途、維修記錄等。設備上的器件發生故障需要維修的時候，可以通過數據服務器對備件庫存信息進行查詢。使用備件替換發生故障的器件時，需要使用RFID讀寫器在RFID標簽中記錄備件的上線、下線的相關信息。經過維修的器件放入備件庫存，也要將備件的維修信息記錄到標簽或數據庫中。直至備件無法維修進行報廢處理時，才將RFID標簽摘除。摘除后的RFID標簽可以貼到新的設備上繼續使用，標簽里的原有信息進行清空。每次RFID標簽內信息更改都要同步更新數據服務器內的信息。備件管理流程如圖所示：

　　上圖是備件管理框架圖，工作平臺通過多個的讀寫器對備件進行上下線登記管理，將信息存入到數據庫服務器中，在WEB服務器中，通過編寫WEB程序對數據庫進行實時讀取，只要在能夠上網的PC上獲得權限后即可對備件的所有信息進行實時的查詢管理，并進行合理的調度使用。

　　通過這種方式的備件管理并不需要人工查看備件的條碼而節省的勞動力成本，實現對備件的實時定位、追蹤和監控。因此，RFID技術的應用將有利于企業實現實時、透明、可視的供應鏈管理。

　　3.2 設備維護

　　3.2.1 設備維護的發展階段

　　設備維護自產生以來經歷了以下幾個不同的階段：(1)事后維修階段，事后維修其特點是在發生故障以后才進行維修。優點是充分利用系統部件。直到現在，對于因設備故障停運后不會造成太大損失的場合，仍然使用這種維修方式。(2)預防性維修階段，預防性維修特點是通過采用各種預防措施，將故障消除于萌芽。其目的是防止設備突然發生事故并停車，在一個經濟的時間間隔內對一些部件或單元進行更換的方式。預防性維修包括3方面：設備的日常維護如清潔、潤滑和保養；對設備周期性的檢查，及時掌握設備的劣化狀況；對設備劣化采取復原活動。預防式維修要慎重，防止維修過剩不經濟和維修不到位出事故。(3)生產維修階段，它是一種生產效率最高、經濟最優的維修模式。對重點要害設備采取預防式維修，而對一般設備則采取事后維修。它是維持設備正常運轉的一切費用以及設備退化導致的一切損失之和。(4)全公司全員生產維修階段，它是包含全公司生產管理人員、維修人員、生產操作人員等全員參加的覆蓋設備生命周期全過程的生產維修模式。(5)預測性維修階段，其特點是將重點放在狀態檢測和診斷上，只有在證明必要時才維修。預測維修根據對設備退化狀況和性能狀況的診斷，來確定和進行維修活動。因此，它是要求能夠精確地檢測和掌握設備退化狀態，而到確實需要維修時再進行維護的概念。它是定量掌握設備狀態的設備診斷技術發展的產物。

　　這整個發展過程體現了機械故障診斷管理體系中維修管理的優化性，即最大限度地減少事故，換句話說，就是追求“零事故”。

　　3.2.2 設備維修的一般方法

　　目前設備維護主要采用以下方式進行：(1)日常點檢，每天班前用聽、看、摸等方法，按點檢標準對設備進行檢查。日常點檢的目的是保證設備正常運轉，不發生故障。點檢內容包括：異聲、漏油、振動、溫度、潤滑和調整等。(2)定期檢查，即維修工人按計劃定期對重點設備進行的檢查。定期檢查的目的是保證設備達到規定的性能。檢查工作包括：測定設備劣化程度、確定設備性能、調整設備等。(3)計劃修理，是根據日常點檢、定期檢查的結果所提出的設備修理委托書、維修報告、機床性能檢查記錄等資料編制的計劃，定期進行修理。這種修理屬于恢復性修理。(4)改善修理，是對設備的某些結構進行改進的修理，這種修理主要用于經常重復發生故障的設備。(5)故障修理，是當設備突然發生故障或由于設備原因造成廢品時必須立即組織搶修。故障修理是設備維修工作的重要環節，它直接影響故障停機時間和生產車間能否按時完成生產任務。

　　3.2.3 設備維護的實現

　　基于物聯網技術的設備維護是指從設備內部植入的傳感器或外部檢測設備中獲得系統運行時的不同部位的狀態信息：壓力、溫度、震動頻率等，通過對這些狀態信息進行實時或周期性的評價，最終得到裝備的維修需求。通過建立基于物聯網技術的設備狀態維修安全管理模式的基本框架，利用物聯網和設備監測技術來采集設備的狀態信息數據，通過驗證好的設備維修管理預測和決策模型來實現設備的維修安全管理。基于物聯網的設備維護系統框架如下圖所示：

　　圖5 設備維護系統框架圖

　　上圖中，每一個Zigbee分節點安裝在或對應一個設備，在此設備上的不同部位安裝多個溫度、壓力、振動等不同的傳感器，對不同部位的各種狀態信息進行采集，將獲得的所有信息處理之后無線傳輸給Zigbee總結點，每個工作車間針對設備的多少確定總節點的個數。總節點獲得信息后通過網絡中繼器傳輸到工作平臺即設備管理與維護系統中，系統對每個設備傳輸上來的信息進行分析處理，并對異常的信號給出報警信息，并將數據信息實時的放入數據庫中，客戶端通過互聯網獲得權限后即可通過WEB程序查看設備的狀態信息，針對不同的情況采取不同的處理方法。

　　總結

　　本文對設備管理與維護以及物聯網技術進行簡單的概述，并提出基于物聯網技術的設備管理與維護構想，此方法能夠在設備管理和維護上取得較好的效益。隨著現在工業的不斷發展，物聯網技術也將滲透到不同的行業，發揮其巨大的優勢，完成現代信息快速共享。