使用IoTA实现电子工厂SMT产线OEE分析实践
本实践以某电子工厂SMT产线为例，介绍使用IoT数据分析服务实现对SMT产线各设备OEE分析和关键指标监控的总体流程。
业务场景介绍
SMT产线一般有以下6类设备，分别是
- 镭雕机
- 印刷机
- SPI（锡膏检测仪）
- 贴片机
- 回流炉
- AOI（光学检测仪）
SMT产线模型如下图1所示
SMT产线各设备对IoT数据分析业务诉求如下：
- 对产线及各设备的OEE进行实时计算
- 能实时监控设备的关键属性
- 能实时分析设备数据异常并产生事件告警信息
- 能查看设备OEE相关指标和设备关键属性的历史数据
OEE基本概念介绍
设备综合效率是Overall Equipment Effectiveness，简称OEE。一般每一个生产设备都有自己的理论产能，要实现这一理论产能必须保证没有任何干扰和质量损耗。
OEE就是用来表现设备实际的生产能力相对于理论产能的比率。
指标 |
标准公式 |
指标含义 |
时间利用率 （timeUsage） |
= ∑实际运行时间 / ∑计划开机时间 * 100% |
用来评价停工所带来的损失，包括引起计划生产发生停工的任何事件，例如设备故障，原材料短缺以及生产方法的改变等 |
性能利用率 （performanceUtilization） |
= ∑[产出数量 * 一个产品在设备应有状态下加工的周期时间）] / ∑实际运行时间 * 100% |
用来评价生产速度上的损失。包括任何导致生产不能以最大速度运行的因素，例如设备的磨损，材料的不合格以及操作人员的失误等 |
合格率 （qualificationRatio） |
= 【合格产出数量】 / 【产出数量】 * 100% |
用来评价质量的损失，它用来反映没有满足质量要求的产品（包括返工的产品） |
设备综合效率OEE （overall equipment efficiency） |
= 【时间利用率】 * 【性能利用率】 * 【合格率】 * 100% |
用来表现实际的生产能力相对于理论产能的比率 |
前提条件
- 用户已使用物联网设备接入服务（IoTDA）联接SMT产线的各设备
- 已在IoTDA上创建SMT产线上的各个产品（比如贴片机产品）和设备（比如贴片机设备）。
- SMT设备数据已正常上报到IoTDA服务。
如何通过设备接入服务（IoTDA）快速接入SMT产线设备，请参考：设备快速接入 。
- IoT数据分析服务（IoTA）已与物联网设备接入服务（IoTDA）无缝对接，用户无需任何配置开发、只需一键授权，即可把物联网设备数据对接到IoT数据分析服务，降低数据对接成本，提升开发效率。
SMT产线数据分析流程介绍
总体流程介绍
- 从设备侧到应用侧端到端数据分析过程
主流程说明：
- 设备上报数据（也可基于设备模拟器）
基于标准物模型，设备定时通过MQTT协议自动上报设备属性数据。
- IoT设备接入服务
通过配置设备数据转发规则将设备属性数据和设备消息到IoTA服务。
- IoT数据分析服务
基于数据管道接收设备数据，并通过资产建模和计算分析能力，实时计算生成产线和设备OEE相关数据，判断数据是存存在异常信息。
- 3D应用：
通过调用IoTA的API获取数据，以3D形式展示产线和设备，可查看产线和设备OEE，设备关键指标，告警等故障信息，同时可查到相关历史数据。
- 设备上报数据（也可基于设备模拟器）
- IoTA内部主要分析流程说明
本实践重点描述IoTA内部关键分析步骤，各步骤作用在下面章节有详细描述。
- 开通IoT数据分析服务。
登录华为云，搜索“IoTA”，在产品主页单击“立即使用”，进入IoTA服务Console页面，此时会自动开通IoTA服务。
- 设备管理服务授权配置
详细操作请参考 数据源--添加IoTDA实时数据源。
- 创建管道作业接入IoTDA数据
分析数据的第一步需要将SMT设备上报的数据接入到IoTA服务，基于IoTDA服务授权配置后，数据即会从IoTDA服务自动转发到IoTA中，通过创建管道作业可将从IoTDA转发的数据接入，用户通过构建管道作业实现对设备数据进行清洗，规整，去重，增加外部业务属性信息等一系列处理，为下一步基于资产模型分析设备属性数据做好准备，本案例中管道作业为计算设备OEE相关指标准备好基础数据。
详细操作请参考 创建管道作业接入IoTDA数据。
- 创建SMT产线和设备资产模型
为了构建物联网领域业务对象的数字孪生模型，IoT数据分析服务参考软件工程中面向对象的思想提供了“资产建模”能力，其中核心概念包括资产模型和资产，模型包括属性（类属性）和分析任务（类方法），对物理世界事物构建数字资产模型时，必须先定义好资产模型、然后再创建资产，即要先定义好SMT产线和设备的资产模型，再基于设备模型实例化创建设备资产。
关于模型的相关概念请参考：基本概念介绍
详细介绍请参考 创建SMT产线和设备资产模型。
- 创建SMT产线和设备资产
在完成SMT产线和设备模型构建后，用户可通过该模型，实例化创建对应的资产，包括工厂，产线，设备资产，发布资产后，结合前端管道作业输出的设备数据，可实时监控资产的运行状态。
详细操作请参考 创建SMT产线和设备资产。
- 使用资产模型实时计算产线和设备OEE及设备数据异常分析
在完成SMT产线和设备模型及资产构建后，系统自动根据模型结合资产数据计算引擎，根据设备上报的数据对SMT产线和设备OEE进行实时计算，通过Console可对设备状态、设备关键属性、设备数据异常告警等进行实时监控。详细操作请参考 使用资产模型实时计算产线和设备OEE。
- 第三方应用实时呈现SMT产线和设备数据分析结果
IoTA当前提供标准API对外开放数据，包括设备原始数据，资产快照和历史数据，第三方应用通过API实时获取SMT产线的各项分析结果，包括设备OEE，设备状态、设备关键属性、数据异常告警，设备属性历史数据等进行实时呈现。详细操作请参考 第三方应用实时呈现数据分析结果。
