弗兰德是中国风电齿轮箱的重要生产厂家，在中国拥有占地约12万平方米的工厂，主要生产各类型的减速机、齿轮马达和联轴器等。产品广泛应用于轻工业、建筑材料、矿山、电力和冶金等行业，因其良好的质量而享誉业内。虽然已是业内翘楚，弗兰德的管理人员却总是在反复思考一个问题：“如何让生产效率更上一层楼？”

图1：弗兰德工厂鸟瞰图

        弗兰德的零部件车间数控加工生产管理系统以西门子机床行业数字化软件为基础，包含设备数据采集(AMP)与生产数据采集两大核心模块，可以实现包括机床状态评估、停机分析、设备报警统计、设备综合效率计算、报废工件分析、生产工单管理及员工绩效考核等在内的整套车间级管理功能。

        机床数据采集与分析模块（简称AMP模块）提供了各种各样的数据分析方法，自动或人工地对机床数据包括机床状态、工件计数、报警等数据进行统计、处理。它包含有下列优势：

• 机床性能数据是通过具体算法客观计算出来的，并且对机床某个具体生产数据进行监控；

• 生产部门可以充分准确了解机床生产性能提高的潜能；

• 可以快速查询最新的生产历史数据；

• 通过快速计算机床故障信息，可以减少维护和维修时间；

• 采集功能能在操作系统启动后自行加载。

1.机床设备数据实时监控

图2：实时监控图

        监控系统适用于监控一个完整车间机床的当前状态，每个机床状态是通过每个相对应的颜色显示的，例如绿色代表机床运行（生产中），黄色代表机床停机（待机）。而在生产单元故障时会立即被显示为红色。

        “详细状态”附加窗体的当前数据是关于被选择的机床的具体信息。这些数据在当前图像中循环更新，这些数据包括：

•  当前机床状态，包括：开机（通电）、关机（断电）、待机、加工、故障等状态数据；

•  显示当前警报文本。

        车间状态监控画面和附加窗体的数据刷新可以设定为激活或不激活。刷新时间可以用于设定在一定时间后更新车间状态监控画面和附加窗体所显示的内容。该时间的设定范围是一秒到六十秒之间。

2.机床运行历史状态查询分析

图3：机床历史状态甘特图

        在同一个时刻可能存在多个状态（例如机床故障或材料缺失两个状态并存），但是可以通过定义状态的优先级来决定机床当前显示的状态。

        状态分析提供了对每一台机床或每一个机床组按照主状态和子状态的时间、以图表方式（甘特图）分析，例如开机（通电）、关机（断电）、待机、加工、故障等。同时可采用放大功能（时间轴的放大）或时间范围调整进行根据时间的详细分析。图表可以显示对上一工序或下一工序的故障结果。它可以让车间操作员对操作问题进行分析。

        系统设置是存储在数据库中的（例如：评估过滤器、机床组、刷新时间），操作员名字来自登录窗体。在操作员窗体中，操作员根据分配给他的权限，可能只能看见机床和单元。

        车间的工作时间表定义了每天的工作时间。这些工作表可以明确机床数据和根据计划的运行时间，也就是计划的任务时间。查询分析可以按照不同时间粒度进行，包括当前自定义时间、班次、日、周、月、年。

3.机床运行数据统计分析

图4：数据压缩与统计

        自动数据压缩功能能够计算在一个时间范围内（班次、日、月、年）的机床状态的持续时间和频率，然后存储在计算机中。这意味着不能再查询显示机床状态、操作状态明细记录，但这些统计数据能确保用户查询历史统计数据时得到快速响应。

        “故障分析”、“实用性”和历史数据分析功能允许客户选择时间类型，如“现在”、“班次”、“日”、“月”、“年”。操作员把在这些时间范围内的数据自动分析、转移到特定的分析界面中。可用率分析则显示对于一个可自定义的时间类型或时间范围内、可利用于生产的持续时间和计划时间之间的百分比。同样也能够对利用率进行查询和显示。 

图5：机床状态故障分析图

        故障分析提供了一个持续时间和主状态、子状态频率的统计图。根据确定的最小持续时间或者是最小频率加以限定机床故障的条件，能够计算出机床出现次数和持续时间及其比例。

图6：利用率和可用性分析

        基于读取某个时间查询类型和时间范围，利用率和可用率可显示对某台机床或者某个机床组的可用性等性能的分析。可以数值和水平线的方式来显示机床的利用率、可用率的平均值。

4.机床设备利用能力的分析

图7：OEE分析

        OEE分析为最主要的性能分析器—OEE指标，提供了图表和表格展示方式。利用率和可用率也可以配置在此显示。

        OEE指标可用于显示每个机床在不同设定周期（时间类型或时间段）内的数据。利用率是对机床利用效率的计算基础和依据。

5.报警和消息诊断

图8：报警统计

        机床中的报警和消息是由机床触发信号来完成的。这些信息被记录在服务器的数据库中，并被压缩成统计表。维护部门利用这个软件包的诊断功能进行预防性和必要性的维护。机床能被组合形成评估组，来对报警状态进行分析。评估组所选择的机床或机床组的数据则可以被显示在日志和统计表中。

        报警统计表是存储在不同压缩层中，例如班次、日、周、月、年。操作员能选择压缩范围，来利用、分析过去某段时间范围的信息。该表所包含的内容，不仅是在所选分析评估时间范围内的开始时间、结束时间，而且也包含累计持续时间和频率。

        通过报警分析条件，可以筛选出所关注的报警内容；并把不关心的信息排除在外，例如描述/日志信息或操作错误等。

        系统还助力实现了人员绩效考核标准的透明化。在过去，操作员的有效工作时间无法被准确统计。现在，操作员每天的实际出勤时间和有效加工时间都会通过生产管理系统记录下来。如此一来，每个人的绩效数据都清晰准确，绩效考核也有章可循。

图9：数字化结合精益化管理案例

        通过机床设备数据采集和分析，挖掘设备潜力，是机加工生产数字化改造的重要和基础的工作。数字可视化系统着重分析在生产过程中精益化管理的需求，并结合目视化管理的方法，寻求以直观、醒目的电子可视化形式将生产运作管理信息“推送”给一线操作人员和车间管理人员，充分发挥信息流对生产管理的作用，从而实现整个生产过程的组织协同，提高机床的使用率。

图10：弗兰德机床平均使用率的提升

        应用了西门子机床行业数字化软件以后，经过几年的数据采集、分析以及持续改进，目前机床利用率已经达到了82%！。