TPM管理在智能制造时代中的探索优化

刘科，边超，倪云

（中国重汽集团济南卡车股份有限公司，山东 济南 250000）

TPM是英文Total Productive Maintenance的缩略语，在传统上可分为以设备操作班组为单位的自主保全工作；以设备维修班组为单位的巡检点检工作；以高技能专业人员或小组为单位的周期性专业保养工作。目前装配生产线中传统“各司其职”的岗位职责划分已逐渐模糊，取而代之的是具备较高技术能力的生产线运维管控人员同时承担设备操作、维修、保养、疑难故障处理等多项任务。本文以某国有大型商用车生产企业车身总成生产线为背景，简述在智能设备时代TPM工作推行过程中所进行的有效探索与尝试。

图1 TPM生产时间

1 TPM在长期运行过程中存在的问题

企业车身部门共有生产设备800台，关键设备执行TPM全面管理，该类设备共约113台。基于以上数据可知，设备的日常点检、巡检、维护需要消耗较高资源与成本投入。但即便在全力投入的前提下，仍存在以下几个方面的问题。

（1）TPM执行过程存在遗漏现象。现场员工巡查重复性设备部件如水泵、电机、焊机过程中，人工作业不可避免的偶发疏漏情况。疏漏发生后，对于设备即时运行情况将处于失控状态，存在发生设备故障的状态隐患。

（2）TPM执行的时效性。就商用车车身总成中单条压型-焊接-涂装生产线为例，按照国内制造业通常采用的“三班制”生产现场，每班次的巡查时间约在20min左右，每个工作日设备巡查将占用60min的生产时间，生产时间如图1所示。在不断追求产能提升的流水线上，若能通过技术手段实现路径导航功能将巡查时间进一步缩短，则对企业生产经营带来的推动作用将非常显著。

（3）TPM隐患汇总流程繁琐。在记录表（单）中明确存在问题后，如何将一个班组、一个部门甚至全公司的故障及隐患情况汇总，为制定维修计划、预算维修费用提供数据支持一直困扰现场设备管理人员。这种信息传递环节的滞后将造成维修备件的供应不足、对维修时间预判有误将造成停产等严重事件。

（4）纸质资料的局限性。随着智能设备的不断普及，机器人、PLC、单片机、变频器在制造业生产线批量应用，TPM更多监控生产线设备电流（A）、电压（V）、频率（Hz）、自由度（Degree of freedom）、传感器（Sensor）等参数，受纸质表格的篇幅及文档在现场的局限，往往存在描述不明确现象。在设备参数精度不断提升的趋势下，精准描述设备状态及参数成为TPM管控文件亟需解决的主要问题。

2 提出以智能便携终端为依托的解决方案

随着RFID自动感应技术的不断成熟，计算机网络通信与数据处理技术能力日益完善，生产企业尝试在TPM执行过程中由纸张信息统计向仪器智能统计的转变，以解放人力，实现TPM巡查的精准高效。

2.1 TPM智能巡检仪布局与主要功能

巡检仪本体采用耐震不锈钢外壳及工程塑料材质，正面由上及下依次配置LED指示灯、屏幕、电源（确认）键、选择键、机器铭牌；背面由上及下依次配置LED照明灯、读卡感应区、镀金通讯触点。

在仪器内部硬件组成方面，配置125kHzEM卡，串行EEP-ROM用来存放时间、卡号、事件、系统参数、身份编码等信息，可满足2万条巡检数据的大容量储存，在实际TPM应用过程中约具备6个月以内的数据追溯能力，上载系统后可实现数据的永久保存；数据传输采用免驱通讯，接口可满足USB2.0速率要求；内置电池容量为满足TPM设备巡查点较多实际需求，采用500Ah以上聚合物锂电池，实现20H以上续航能力以及5000次以上读卡能力；仪器通过寄存器完成数据的发送及接收功能，其中主要包含页寄存器、命令寄存器、发送控制寄存器、中断允许寄存器等。其结构如图2所示。

图2 TPM智能巡检仪结构图

智能巡检仪每个点位可依据设备实际状态编辑15个事件的自定义事件，实现设备状态的精准描述。

在实际使用过程中，仪器可为执行人员提供详细路径、标准、事件、时间等多项记录查询功能与关键特性参数的技术支持，实现操作者及设备管理人员的数据在线互通目标。为适用于工业生产现场环境，针对性增加1000条抗摔记录及金属外壳、LED手电照明，实现耐用性及实用性的进一步提升。

2.2 TPM智能巡检仪的主要操作流程

巡检仪依据工业现场实际使用情况研发成熟稳定的巡检路径建立、巡检执行流程。

（1）智能巡检仪在建立巡检路径过程中执行流程如表1所示。

表1 智能巡检仪巡检路径建立流程

（2）智能巡检仪在实际巡检过程中执行流程如表2所示。

表2 智能巡检仪执行流程

3 TPM引入智能巡检仪所带来的便捷与收益

如图3所示，在引入TPM智能巡检仪后，设备漏检现象通过技术手段完全消除。智能巡检仪可通过对固定在设备关键位置上的射频卡数据进行收集，针对漏检位置进行声光提醒，TPM执行人员仅需查看机器屏幕便获取已巡查及未巡查部位的具体数据，实现可靠的完整巡检，有效降低设备故障率。

图3 巡检仪使用前后设备故障率变化趋势图

在TPM巡查时效性方面，巡检仪可要求员工依据设备编号及布置顺序合理优化最短路径，将巡检用时节省20%以上，实现巡检过程中的定时、定人、定路径。作用于生产线的冲压—焊装—涂装三班制连线生产情况下，可节省待机能耗与生产等待15min/天，节能降耗意义显著。如下图所示，在缩短巡检时间后，通过电力需求侧管理系统体现出生产效益显著提升。测试结果如图4所示。

在设备隐患传递的时效性方面，由于巡检仪通过PC客户端实现数据互传及EXCEL格式的输出功能，可在每班次巡检完毕5min内将最新信息自动汇总发布至任一层设备管理部门，实现设备实时数据的动态监控、可追溯。

巡检仪打破纸质资料在状态描述方面的局限性，仪器可分条、分类详细描述设备各项专业参数，便于使用者充分理解掌握设备巡查要求并作出精准事件记录，为后期的隐患故障排除提供可靠依据。同时，巡检仪可实现绿色巡检，节省大量记录纸张，实现设备现场管理关键环节的无纸化办公。

图4 TPM巡检仪时效性分析

4 结语

在智能制造的大潮中，TPM工作在新形势下的发展趋势将越来越多引入智能仪器、多功能仪器仪表，以现场操作便捷为基础、以后台数据统计分析功能打包为管理升级手段，改变传统以纸张作为信息载体的管理方式，结合嵌入式软件技术，组件功能强、易操作、安全方便的射频巡检系统，让TPM全员生产维护体系发挥更大功效。