ICS25.040.40生產(chǎn)過程質(zhì)量控制設備狀態(tài)監(jiān)測國家市場監(jiān)督管理總局中國國家標準化管理委員會GB/T37942—2019 I 3術語和定義 2 25.1狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)結構 25.2狀態(tài)監(jiān)測基本要求 3 36.1數(shù)據(jù)選擇原則 3 36.3數(shù)據(jù)采集方法 37狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)處理 4 4 47.3決策支持 6 6 68.2信息顯示 6附錄A(資料性附錄)設備狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)舉例 8附錄B(資料性附錄)設備狀態(tài)監(jiān)測功能塊模型 9附錄C(資料性附錄)生產(chǎn)線狀態(tài)監(jiān)測層級案例 IGB/T37942—2019本標準按照GB/T1.1—2009給出的規(guī)則起草。本標準由中國機械工業(yè)聯(lián)合會提出。本標準由全國工業(yè)過程測量控制和自動化標準化技術委員會(SAC/TC124)歸口。本標準起草單位：無錫職業(yè)技術學院、機械工業(yè)儀器儀表綜合技術經(jīng)濟研究所、珠海格力電器股份大學、浙大中控技術股份有限公司、電力規(guī)劃總院有限公司、中國科學院沈陽自動化研究所、遼寧大學、中信戴卡股份有限公司、綿陽市維博電子有限責任公司、大連譽洋工業(yè)智能有限公司。GB/T37942—2019設備狀態(tài)監(jiān)測是生產(chǎn)過程質(zhì)量控制的重要內(nèi)容之一，其任務是采集和記錄生產(chǎn)過程中設備狀態(tài)，目的是為實現(xiàn)設備狀態(tài)預測和故障診斷提供信息和數(shù)據(jù)支持，為離散型制造領域生產(chǎn)過程提供參考信息。通過設備狀態(tài)監(jiān)測，可以實現(xiàn)設備動態(tài)與量化管理，執(zhí)行預測性維護并且向上一級信息系統(tǒng)提供有效的設備數(shù)據(jù)。建立設備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)是實現(xiàn)數(shù)字化車間的基礎條件之一。制造領域企業(yè)。1GB/T37942—2019生產(chǎn)過程質(zhì)量控制設備狀態(tài)監(jiān)測本標準適用于離散型制造領域數(shù)字化車間生產(chǎn)過程質(zhì)量控制中的設備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。2規(guī)范性引用文件下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文GB/T37393—2019數(shù)字化車間通用技術要求GB/T37393—2019界定的以及下列術語和定義適用于本文件。3.13.23.3通過傳感器或系統(tǒng)檢測與收集反映設備狀態(tài)信息的過程。3.43.5注：包括各類計劃維修和計劃外的故障維修及事故處理。[GB/T37393—2019,定義3.17]3.6設備特征值的參考臨界值。2GB/T37942—20194縮略語下列縮略語適用于本文件。ERP:企業(yè)資源計劃(EnterpriseResourcePlanning)MES:制造執(zhí)行系統(tǒng)(ManufacturingExecutionSystem)MTBF:平均故障間隔時間(MeanTimeBetweenFailure)MTTR:平均修復時間(MeanTimeBetweenRepairs)OEE:設備綜合利用率(OverallEquipmentEffectiveness)RFID:射頻識別(RadioFrequencyIdentification)5總體要求5.1狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)結構設備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)結構主要包括狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)處理和信息輸出與顯示三部分。設備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)結構如圖1所示。數(shù)據(jù)采集器….)圖1設備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)結構GB/T37942—2019狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)采集，主要由設備及系統(tǒng)、傳感器和數(shù)據(jù)采集器完成。設備及系統(tǒng)主要提供設備或系備內(nèi)部傳感器，也可為依據(jù)用戶需求加裝的外部傳感器；數(shù)據(jù)采集器主要提供生產(chǎn)現(xiàn)場設備過程信息，如條碼掃描器、RFID數(shù)據(jù)采集器等。狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)處理包含數(shù)據(jù)預處理、閾值/聚合判別與決策支持。數(shù)據(jù)預處理是對數(shù)據(jù)采集獲得的信息進行預處理、特征分析，從而獲得表征設備狀態(tài)特征的數(shù)據(jù)。閾值/聚合判別與決策支持是對設備狀態(tài)表征數(shù)據(jù)進行處理，從而獲得設備狀態(tài)判別結果的方法。信息輸出與顯示，是將設備狀態(tài)判別結果，輸出至設備顯示模塊或相關管理系統(tǒng)，主要為MES與ERP系統(tǒng)。其中MES或ERP系統(tǒng)中與設備狀態(tài)監(jiān)測相關的模塊主要是制造數(shù)據(jù)管理、質(zhì)量管理、設5.2狀態(tài)監(jiān)測基本要求狀態(tài)監(jiān)測應滿足下列要求：宜在線監(jiān)測的設備狀態(tài)數(shù)據(jù)對此不作要求；循相同通信協(xié)議與規(guī)約；——可靠性：設備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)應具備在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。常6狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)采集6.1數(shù)據(jù)選擇原則生產(chǎn)質(zhì)量控制相關的設備狀態(tài)是依據(jù)若干反映設備狀態(tài)特征的數(shù)據(jù)進行預測與判斷，設備狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)的選擇原則為：——關聯(lián)性：其能全面表征監(jiān)測設備的能力；——穩(wěn)定性：在相同測試條件下，所測得的監(jiān)測參數(shù)值具有良好的重復性；6.2數(shù)據(jù)分類按設備數(shù)據(jù)采集來源分類，需要對以下數(shù)據(jù)進行采集：———來源于設備或系統(tǒng)的數(shù)據(jù)：包含設備基本數(shù)據(jù)和經(jīng)系統(tǒng)計算獲取的統(tǒng)計數(shù)據(jù)及管理數(shù)據(jù)。設數(shù)據(jù)包含設備開關機、故障報警記錄等。 設備狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)的示例參見附錄A。6.3數(shù)據(jù)采集方法34GB/T37942—2019——來源于設備或系統(tǒng)的數(shù)據(jù)：設備基本數(shù)據(jù)可采用通過手動輸入，或掃描設備條碼等方法進行采集，或系統(tǒng)自動讀取輸入設備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)(如果設備支持);系統(tǒng)統(tǒng)計及管理數(shù)據(jù)可自動讀取輸入設備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)?！獊碓从跀?shù)據(jù)采集器的數(shù)據(jù)：可通過計算機終端、條碼掃描儀、移動手持終端等方式人工或自動輸入設備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。7狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)處理7.1數(shù)據(jù)預處理設備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)預處理流程與步驟如圖2所示。特征信號特征信號表征量量值其中各部分具體含義如下：圖2數(shù)據(jù)預處理流程與步驟示意圖射且可溯源的數(shù)據(jù)；——原始測量值：設備狀態(tài)及過程被測量經(jīng)傳感器信號采集未經(jīng)處理的數(shù)據(jù)；部干擾或無效信號的數(shù)據(jù)；—-—狀態(tài)表征數(shù)據(jù)：中間數(shù)據(jù)經(jīng)特征提取后能表征設備狀態(tài)特征的數(shù)據(jù)。當設備被測量為靜態(tài)量(比如溫度、液位等)時，需依據(jù)信號與干擾情況，進行線性化或非線性化處7.2狀態(tài)判別方法閾值應采取絕對值或相對于基線數(shù)據(jù)(如果存在)的偏差形式。閾值絕對值為沒有任何參考值情況下有效的固定極限；閾值偏差值為與基線數(shù)據(jù)的絕對或相對偏差極限。閾值的使用方式如圖3所示。M為被監(jiān)測設備特征值變化曲線，R為正常運行的基線數(shù)據(jù)，thA為上限閾值，thB為下限閾值，δ為閾值thA、thB相對于基線數(shù)據(jù)R的偏差值，該值可為絕對值或百分比值。其中，圖3a)的閾值thA、thB為沒有基線數(shù)據(jù)的絕對值，是常數(shù)；圖3b)的閾值thA、thB為相對于固定基線數(shù)據(jù)R的偏差值；圖3c)的閾值thA、thB為相對于動態(tài)變化的基線數(shù)據(jù)R的偏差值。GB/T37942—2019a)主要包含輸入、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)判別及狀態(tài)輸出。閾值判別法用于設備狀態(tài)特征值有明確限值范圍，且設備狀態(tài)特征值與設備狀態(tài)之間有明確映射關系的場合。7.2.2聚合判別中每個層級的結構元素都應具有唯一標識，標識的命名規(guī)則由該結構要素在系統(tǒng)層級中所處的位置關閾值函數(shù)辨識其狀態(tài)。當一個子系統(tǒng)、設備或生即出現(xiàn)多個狀態(tài)監(jiān)測報告時，應當執(zhí)行聚合。以圖C.1所示生產(chǎn)線1中加工設備1.1中的主軸系統(tǒng)1.1.1狀態(tài)聚合判別為例，見圖4。監(jiān)測主軸系統(tǒng)1.1.1中的軸承單元1.1.1.2的工作狀態(tài)，根據(jù)設定的監(jiān)聚合可以針對各基本單元在同一個層級上執(zhí)行聚合，也可在更高層級上執(zhí)行聚合后再組合成單個準停監(jiān)測正常速度監(jiān)測正常溫度監(jiān)測不正常振動監(jiān)測不正常電流監(jiān)測正常溫度不正常不正常軸承1.1.1.256GB/T37942—2019層級在基本單元以上的子系統(tǒng)、設備、生產(chǎn)線的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)狀態(tài)判別方法一般為聚合判別。7.3決策支持狀態(tài)監(jiān)測決策支持，是在辨識基于設備及過程的狀態(tài)特性改變量的基礎上，根據(jù)事先定義的決策模型，對設備的基本狀態(tài)與數(shù)據(jù)做出判斷，并將結果傳送給相應系統(tǒng)，作為故障預防與診斷的基礎。這里的決策支持僅限于辨識和聚合過程特征的改變量，并不涉及更深層次的決策問題。狀態(tài)監(jiān)測決策支持主要包含以下內(nèi)容：——簡易診斷。一般通過測定設備某些較為單一的特征參數(shù)(如振動、溫度、壓力等)來檢查設備狀態(tài)，并根據(jù)特征參數(shù)值與閾值之間的關系來決定設備的狀態(tài)?！厔莘治?。對設備進行定期或連續(xù)的狀態(tài)監(jiān)測，便可獲得有關設備狀態(tài)變化的趨勢規(guī)律，據(jù)此可預測和預報設備的將來狀態(tài)。決策支持結論可反映設備的可用性及預期趨勢。設備制造商可依據(jù)自身技術標準自行創(chuàng)建決策支持功能。8信息輸出與顯示8.1輸出內(nèi)容備制造商可依據(jù)自身技術標準或用戶依據(jù)需求自定義設備基本數(shù)據(jù)。設備在運行或待機狀態(tài)下采集反映設備狀態(tài)特征的信息，執(zhí)行處理算法，其結果從設備輸出以便于使用或進一步處理。通過特定的設備狀態(tài)信息采集，結合判別決策生成設備狀態(tài)，用于記錄當前設備缺陷/故障、嚴重情狀態(tài)字是一種位模式，它指示設備相關參數(shù)是否有效，并在必要時包含固定長度的錯誤號。例如：如果設備在正常參數(shù)范圍內(nèi)工作，則允許生成設備狀態(tài)輸出；如果缺少輸入值或參數(shù)值無效，則輸出值標記為不確定，不能使用設備狀態(tài)輸出。設備制造商可依據(jù)自身技術標準自定義狀態(tài)字。對于設備狀態(tài)在線測量，狀態(tài)信息往往伴隨時間的變化，提供一定范圍內(nèi)的歷史數(shù)據(jù)，給設備狀態(tài)判別與決策支持。對于跨多個設備狀態(tài)監(jiān)測的時間戳和時間同步應采用合適的機制，應考慮第三方(如現(xiàn)場總線組織)的規(guī)格。時間戳在一定條件下可以省略。8.2信息顯示設備(或系統(tǒng))信息顯示常用方式如下：7GB/T37942—2019——現(xiàn)場標牌：用于現(xiàn)場直觀顯示設備的狀態(tài)；——廣播/蜂鳴器：通過獨特的音樂、音調(diào)或聲音區(qū)分不同的設備狀態(tài)，如用聲音提示設備故障、生產(chǎn)線的啟動或停止等；———MES/ERP:用于記錄設備基本數(shù)據(jù)、運行數(shù)據(jù)、狀態(tài)及狀態(tài)字等內(nèi)容，便于在管理系統(tǒng)中實現(xiàn)8GB/T37942—2019(資料性附錄)設備狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)舉例不同類型設備及系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)舉例如表A.1所示。表A.1不同類型設備及系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)舉例數(shù)據(jù)分類數(shù)據(jù)設備及系統(tǒng)名稱數(shù)控機床裝配線搬運機器人三坐標測量機液壓夾具基本數(shù)據(jù)設備名稱設備型號設備規(guī)格生產(chǎn)廠家資產(chǎn)編號采購/入庫時間運行數(shù)據(jù)開關電壓電流位置(行程)速度溫度液位振動輸入功率輸出功率油壓氣壓油損耗扭矩主軸負載率熱成像統(tǒng)計數(shù)據(jù)開機率利用率故障率平均故障間隔時間(MTBF)平均修復時間(MTBR)綜合效率9GB/T37942—2019(資料性附錄)設備狀態(tài)監(jiān)測功能塊模型為了以統(tǒng)一的方式記錄和處理設備狀態(tài)監(jiān)控數(shù)據(jù)，應使用功能塊的建模概念對設備狀態(tài)監(jiān)測統(tǒng)一接口和功能進行描述。其設備狀態(tài)監(jiān)測功能塊模型如圖B.1所示。基線基線閾值輸山輸入狀態(tài)判別理使能一時問戳控制器屬性參數(shù)狀態(tài)輸山狀態(tài)字數(shù)據(jù)預處數(shù)數(shù)據(jù)預處模式圖B.1設備狀態(tài)監(jiān)測功能模型圖功能塊模型各部分為：a)輸入端：為設備被測量輸入端，由模擬量、數(shù)字量組成，它們是功能塊中的數(shù)據(jù)處理和后續(xù)狀態(tài)計算的b)使能端：控制設備狀態(tài)監(jiān)測開啟與關閉，該端允許從外部控制塊的測量。當使能信號設置為1時，激活測量；當使能信號設置為0時，禁用測量。如果禁用測量，則輸出狀態(tài)保持不變，使能端為邊沿信號觸發(fā)。c)數(shù)據(jù)預處理：設備狀態(tài)特征的數(shù)據(jù)。設備制造商或設備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)供應商也可自行提供數(shù)據(jù)處理方法。d)狀態(tài)判別：依據(jù)設備狀態(tài)特征按一定監(jiān)測方法進行判別輸出設備狀態(tài)。e)數(shù)據(jù)預處理參數(shù)：數(shù)據(jù)預處理時所使用與設備相關的參數(shù)值，該值可以是固定的，也可以隨設備狀態(tài)變化而變f)基線數(shù)據(jù)/閾值：基線數(shù)據(jù)為設備在各種過程下正常狀態(tài)下設備特征值的基準值。閾值為設備特征值參考范圍的限值。閾值應采取絕對值或相對于參考值(如果存在)的相對偏差的形式。閾值應表示為百GB/T37942—2019分比或絕對值。百分比相對于參考值表示。絕對值應被評估為與參考值的偏差或作為在沒有任何參考值的情況下有效的固定極限。所選擇的變量取決于要監(jiān)視的條件變量。設備狀態(tài)監(jiān)測模式應采用以下定義的固定值集合中的一個。這些模式是：2)停止服務(鈍化):塊不執(zhí)行任何計算。輸入值被忽略，不生成輸出值，并且設備狀態(tài)無輸6)教學：在替代處理步驟中將輸入值輸入教學過程。該示教過程的結果允許生成參考值和或閾值。設備狀態(tài)無輸出。制造商可以為其設備定義特定模式：——屬性參數(shù)：用于向上一層監(jiān)測或管理系統(tǒng)提供輸入數(shù)據(jù)。錯誤號。——時間戳：GB/T37942