預(yù)測(cè)性維護(hù)技術(shù)與制造業(yè)

預(yù)測(cè)性維護(hù)技術(shù)與制造業(yè)

編者按

制造商對(duì)維護(hù)的態(tài)度正在發(fā)生改變。企業(yè)日漸將設(shè)備維護(hù)視作一種戰(zhàn)略性的工作，不再是“一種必不可少的倒霉事”。預(yù)測(cè)性維護(hù)可以給制造業(yè)帶來(lái)巨大的潛在收益，但在推行時(shí)也面臨一定的挑戰(zhàn)。羅蘭貝格國(guó)際管理咨詢有限公司是一家著名的跨國(guó)咨詢公司。嘉實(shí)多公司是世界公認(rèn)的潤(rùn)滑油行業(yè)的“專家”，兩家公司一直在研究制造商對(duì)預(yù)測(cè)性維護(hù)技術(shù)的使用，于2014年11月在羅蘭貝格公司網(wǎng)站發(fā)布了本文。

制造商日漸將設(shè)備維護(hù)視作一種戰(zhàn)略性的工作，因?yàn)樗麄兿Ｍ诮档途S護(hù)成本和縮短故障停機(jī)時(shí)間的同時(shí)延長(zhǎng)設(shè)備的生命期。過去，維護(hù)曾經(jīng)被視作是“一種必不可少的倒霉事”，但這種日子已經(jīng)一去不復(fù)返。制造商們不再選擇成本高昂的突發(fā)性維護(hù)，讓設(shè)備一直運(yùn)轉(zhuǎn)，直到出現(xiàn)問題，或者是采用低效的預(yù)防性維護(hù)，“不管出沒有出現(xiàn)問題都進(jìn)行維護(hù)”。

羅蘭貝格國(guó)際管理咨詢有限公司（Roland Berger）同嘉實(shí)多公司（Castrol）的研究發(fā)現(xiàn)，目前有越來(lái)越多的預(yù)測(cè)性維護(hù)解決方案可供選擇，通過利用設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)來(lái)預(yù)測(cè)即將發(fā)生的問題，只在必要的時(shí)候安排維護(hù)，由此幫助制造商提高維護(hù)工作的效率。在采用這些解決方案后，一流制造商的設(shè)備意外停機(jī)時(shí)間比行業(yè)平均水平大約降低5%，設(shè)備綜合效率提高超過8%。

預(yù)測(cè)維護(hù)技術(shù)正在發(fā)展，在分析預(yù)測(cè)性維護(hù)可以給當(dāng)今的制造商帶來(lái)哪些好處之前，讓我們先分析一下在制造領(lǐng)域的維護(hù)技術(shù)現(xiàn)狀。

制造商目前使用什么方法來(lái)對(duì)自身設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)？

目前，制造商普遍針對(duì)自己的核心設(shè)備采用狀態(tài)監(jiān)測(cè)解決方案，即對(duì)設(shè)備狀態(tài)的一項(xiàng)或數(shù)項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，例如震動(dòng)、廢油、溫度或超聲波。他們使用這些讀數(shù)來(lái)判斷潛在的問題。例如，震動(dòng)分析可以用來(lái)判斷部分常見的機(jī)械故障，比如軸偏心、零部件磨損或軸承松動(dòng)等。

不過，因?yàn)楸姸嘣O(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)解決方案通常重點(diǎn)關(guān)注一二種離散數(shù)據(jù)，所以無(wú)法全面地把握所有潛在的故障。此外，設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通常不能對(duì)發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行診斷，人們因此無(wú)法深入了解即將發(fā)生的問題究竟是否緊急。這些系統(tǒng)只是告訴人們讀數(shù)不在正常的數(shù)值范圍內(nèi)。

在制造工廠內(nèi)，即使針對(duì)關(guān)鍵設(shè)備的潛在機(jī)械故障發(fā)出警報(bào)，如果工程師們沒有注意到問題的嚴(yán)重性和了解其根源，這種警報(bào)仍不會(huì)起太大作用。如果讓工程師了解到問題的根源，知道問題可能出現(xiàn)的時(shí)間段，那么警報(bào)的作用會(huì)更大。例如，以磨床故障為例，能夠指明主軸電機(jī)的某個(gè)軸承已經(jīng)磨損，而且如果在一周內(nèi)不更換的話，就有90%的可能出現(xiàn)故障。這正是預(yù)測(cè)性維護(hù)技術(shù)解決方案可以創(chuàng)造價(jià)值的地方。

先進(jìn)的預(yù)測(cè)性維護(hù)解決方案有何不同之處？

最近數(shù)年里已經(jīng)開發(fā)出先進(jìn)的預(yù)測(cè)和診斷軟件解決方案，并且在石油天然氣、風(fēng)力發(fā)電和航空航天領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。最新的預(yù)測(cè)性維護(hù)技術(shù)比傳統(tǒng)的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)有著眾多優(yōu)勢(shì)。先進(jìn)的預(yù)測(cè)性解決方案會(huì)從多個(gè)方面收集數(shù)據(jù)，并且使用分析建模技術(shù)來(lái)進(jìn)行預(yù)測(cè)。這種解決方案可以更早地發(fā)現(xiàn)問題，進(jìn)行診斷，根據(jù)問題的嚴(yán)重性確定予以解決的緩急，并且就可采取的行動(dòng)提供建議，以預(yù)防設(shè)備故障的發(fā)生。對(duì)于維護(hù)部門來(lái)說，這種方式可以發(fā)現(xiàn)潛在的問題，并且對(duì)問題根源進(jìn)行處理，避免問題升級(jí)，出現(xiàn)全面爆發(fā)或失控的狀況。

預(yù)測(cè)性維護(hù)技術(shù)的工作原理是什么？

預(yù)測(cè)性維護(hù)解決方案會(huì)采用一種或多種建模方法，建模依據(jù)分別為實(shí)證、物理特征和經(jīng)驗(yàn)。通過這些方法可以構(gòu)建一個(gè)正常狀態(tài)下的模型，也就是設(shè)備在特定條件下應(yīng)該是什么樣，然后再根據(jù)這些常態(tài)來(lái)監(jiān)測(cè)偏差情況。任何與常態(tài)之間的偏差都意味著設(shè)備狀態(tài)出現(xiàn)了變化。

如何來(lái)構(gòu)建這個(gè)正常狀態(tài)模型？采用實(shí)證方法的解決方案會(huì)使用設(shè)備的歷史數(shù)據(jù)來(lái)構(gòu)建模型，而基于經(jīng)驗(yàn)的解決方案在建模時(shí)會(huì)使用從多個(gè)類似設(shè)備上收集的匯總數(shù)據(jù)?；谖锢硖卣鞯姆椒▌t完全不同，在建模時(shí)會(huì)應(yīng)用工程學(xué)的基本原則來(lái)了解設(shè)備在特定操作條件下理論上會(huì)如何運(yùn)轉(zhuǎn)。這些方法各有優(yōu)勢(shì)，也各有缺點(diǎn)，所以最先進(jìn)的解決方案會(huì)對(duì)三種方法綜合加以使用。但所有先進(jìn)的預(yù)測(cè)性維護(hù)解決方案都擁有提前預(yù)測(cè)、診斷準(zhǔn)確性高、為顧客不斷創(chuàng)造高價(jià)值的優(yōu)點(diǎn)。

預(yù)測(cè)性維護(hù)技術(shù)給其他行業(yè)帶來(lái)了哪些好處？

先進(jìn)的預(yù)測(cè)性維護(hù)技術(shù)解決方案早已在眾多行業(yè)內(nèi)得到有效的應(yīng)用，其中包括石油天然氣、發(fā)電和航空航天等行業(yè)。在這些行業(yè)內(nèi)，預(yù)測(cè)性維護(hù)技術(shù)給客戶們帶來(lái)的好處可以使用一系列的指標(biāo)來(lái)加以衡量，例如投資回報(bào)率和生產(chǎn)收入的提高。這些行業(yè)的共同點(diǎn)在于他們都要使用大型的旋轉(zhuǎn)設(shè)備，這些設(shè)備相比制造業(yè)的眾多設(shè)備而言沒有那么復(fù)雜，而且類型更加單一。

案例研究一：石油天然氣行業(yè)——減少了核心設(shè)備的故障停機(jī)次數(shù)，提高了產(chǎn)量。

美國(guó)能源部發(fā)現(xiàn)，在石油天然氣行業(yè)推行預(yù)測(cè)性維護(hù)項(xiàng)目的結(jié)果顯示，該項(xiàng)目普遍可以給顧客帶來(lái)以下的好處：

——投資回報(bào)率提高10倍；

——維護(hù)成本降低25%～30%；

——設(shè)備故障現(xiàn)象減少70%～75%；

——設(shè)備停機(jī)時(shí)間縮短35%～45%；

——產(chǎn)量提高了20%～25%。

案例分析二：風(fēng)力發(fā)電廠——降低了維護(hù)成本，提高了設(shè)備在惡劣環(huán)境下的正常運(yùn)行時(shí)間。

在許多案例中，風(fēng)力發(fā)電運(yùn)營(yíng)商表示，在渦輪機(jī)保修期結(jié)束后，預(yù)測(cè)性維護(hù)技術(shù)可以有效地降低運(yùn)營(yíng)和維護(hù)成本，提高生產(chǎn)收入。在一些案例中，預(yù)測(cè)性維護(hù)技術(shù)將投資回報(bào)期降低到少于6個(gè)月。

一家全球性風(fēng)力發(fā)電運(yùn)營(yíng)商發(fā)現(xiàn)，借助預(yù)測(cè)性維護(hù)技術(shù)，他們可以在中等規(guī)模的風(fēng)力發(fā)電廠節(jié)約大概25萬(wàn)美元的運(yùn)營(yíng)和維護(hù)成本。

另一家運(yùn)營(yíng)商在使用預(yù)測(cè)性維護(hù)技術(shù)跟蹤設(shè)備的健康狀態(tài)時(shí)看到，自己的一臺(tái)渦輪機(jī)的發(fā)電量大幅低于標(biāo)準(zhǔn)水平。他們發(fā)現(xiàn)，之所以存在這個(gè)問題，是因?yàn)樗麄儫o(wú)意之間在這臺(tái)渦輪機(jī)上設(shè)置了限制。通過解決這個(gè)問題，他們可以創(chuàng)造額外的收入。如果沒有預(yù)測(cè)性維護(hù)解決方案，他們無(wú)法實(shí)現(xiàn)這個(gè)結(jié)果。

制造領(lǐng)域?yàn)槭裁磿?huì)對(duì)先進(jìn)的預(yù)測(cè)性維護(hù)技術(shù)感興趣？

其他行業(yè)在采用預(yù)測(cè)性維護(hù)技術(shù)后所得到的好處對(duì)制造商而言也同樣具有吸引力。這些好處包括有：

——消除了不必要的維護(hù)工作；

——降低了零部件更換成本；

——縮短了計(jì)劃外的停機(jī)時(shí)間；

——延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命。

綜合在一起，這些好處可以提高制造商設(shè)備的整體生產(chǎn)能力和盈利能力，因而預(yù)測(cè)性維護(hù)解決方案不管是對(duì)維護(hù)部門還是對(duì)管理層而言都具有同等的吸引力。

在制造業(yè)廣泛采用預(yù)測(cè)性維護(hù)解決方案會(huì)面臨哪些挑戰(zhàn)？

正如我們所看到的，制造商將會(huì)從預(yù)測(cè)性維護(hù)技術(shù)解決方案中受益匪淺。但制造行業(yè)卻在逃避采用先進(jìn)的預(yù)測(cè)性維護(hù)技術(shù)。我們認(rèn)為，為了讓預(yù)測(cè)性維護(hù)技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，目前存在的一些障礙必須予以克服。這些障礙只存在于制造領(lǐng)域，而且可以被劃分成兩大類：

——開發(fā)適用于制造業(yè)的解決方案存在種種難點(diǎn)；

——制造領(lǐng)域尚未做好準(zhǔn)備。

1.開發(fā)適用于制造業(yè)的解決方案存在種種難點(diǎn)

技術(shù)方面存在的眾多難點(diǎn)，讓解決方案供應(yīng)商在為制造行業(yè)提供全面的預(yù)測(cè)性解決方案方面面臨巨大的挑戰(zhàn)。

（1）要能為多樣化的大型設(shè)備提供支持

與那些已經(jīng)廣泛采用預(yù)測(cè)性維護(hù)技術(shù)的行業(yè)不同，多數(shù)制造型企業(yè)使用的設(shè)備復(fù)雜多樣。例如風(fēng)力發(fā)電廠內(nèi)，最重要的是渦輪機(jī)的三套主件。但在普通的制造工廠內(nèi)，會(huì)使用多種多樣的設(shè)備，而且這些設(shè)備對(duì)于生產(chǎn)來(lái)說全都一樣重要。因此，成功的預(yù)測(cè)性解決方案必須能適用于大量復(fù)雜且不同的設(shè)備，這對(duì)于現(xiàn)有的解決方案提供商來(lái)說是一種技術(shù)挑戰(zhàn)。

（2）要能在動(dòng)態(tài)的操作條件下發(fā)揮作用

其他行業(yè)的設(shè)備種類要少一些，操作條件的變化也相對(duì)少一些，而制造業(yè)的設(shè)備通常在一個(gè)多變的條件下運(yùn)轉(zhuǎn)。這是因?yàn)楣と说膮⑴c度非常高，加工的材料多種多樣，單一的設(shè)備要進(jìn)行多種操作，而且所生產(chǎn)的成品也是變化的。這種操作條件的改變給預(yù)測(cè)性維護(hù)技術(shù)提供商帶來(lái)了相當(dāng)大的復(fù)雜性，現(xiàn)有的提供商尚未能完全解決這個(gè)問題。

（3）能與多種不同制造商生產(chǎn)的設(shè)備進(jìn)行互操作

此外，針對(duì)制造業(yè)的預(yù)測(cè)性維護(hù)解決方案必須能夠應(yīng)用于工廠的一系列設(shè)備，而且必須能與這些設(shè)備進(jìn)行互操作。這也是一項(xiàng)技術(shù)挑戰(zhàn)，因?yàn)槊考以O(shè)備制造商用來(lái)測(cè)量設(shè)備內(nèi)部狀態(tài)的方法可能存在差異。

2.制造領(lǐng)域尚未做好準(zhǔn)備

就大幅提升預(yù)測(cè)性維護(hù)技術(shù)在制造業(yè)的使用率而言，一些促進(jìn)要素已經(jīng)具備，但還有一些要素尚未形成。

（1）可用的設(shè)備數(shù)據(jù)

在當(dāng)今的制造業(yè)，用來(lái)監(jiān)測(cè)設(shè)備健康狀態(tài)的數(shù)據(jù)正越來(lái)越多，而且眾多“智能”機(jī)器現(xiàn)在都有內(nèi)置的傳感器和數(shù)據(jù)收集功能。企業(yè)在考慮是否對(duì)舊設(shè)備進(jìn)行改造時(shí)，會(huì)把改造的成本和工作量與設(shè)備的重要性進(jìn)行均衡。

就收集預(yù)測(cè)性維護(hù)所必需的數(shù)據(jù)而言，數(shù)據(jù)收集現(xiàn)在有了新的標(biāo)準(zhǔn)（例如MT Connect），而且核心設(shè)備的儀表化在提高，這些都會(huì)讓數(shù)據(jù)收集在未來(lái)不再是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。

（2）在短時(shí)間內(nèi)解決設(shè)備故障的緊迫性

在制造工廠內(nèi)，設(shè)備故障可能意味著生產(chǎn)力大幅受損。在研究中，我們與一位維護(hù)工程師進(jìn)行過交流。他此前曾經(jīng)在一家頂尖的汽車廠工作。他回憶說，如果設(shè)備故障在3分鐘不能解決，進(jìn)而導(dǎo)致生產(chǎn)停止，那么就會(huì)被視為相當(dāng)嚴(yán)重的事故。

（3）對(duì)預(yù)測(cè)性維護(hù)技術(shù)的不信任

與制造業(yè)維護(hù)工程師的探討顯示，相比于傳統(tǒng)的維護(hù)方法，他們對(duì)于預(yù)測(cè)性維護(hù)技術(shù)持較高的懷疑態(tài)度。在大部分制造企業(yè)內(nèi)，維護(hù)工作很大程度上依然依賴人工來(lái)進(jìn)行。這些維護(hù)人員通常不相信科技能夠和自己一樣準(zhǔn)確可靠地發(fā)現(xiàn)機(jī)器故障。他們?cè)谛录夹g(shù)的采用方面動(dòng)力不足，原因也在于擔(dān)心自己的工作會(huì)因此受到威脅。從文化的角度來(lái)說，新維護(hù)技術(shù)在多數(shù)制造工廠內(nèi)的接納度偏低。

（4）不愿意進(jìn)行長(zhǎng)期投資

制造行業(yè)的成本壓力是眾所周知的，所以給維護(hù)預(yù)算也帶來(lái)了一定的負(fù)面影響。鑒于預(yù)算壓力，制造商通常不愿意大筆投資新的技術(shù)項(xiàng)目。這種對(duì)長(zhǎng)期投資和長(zhǎng)期項(xiàng)目的謹(jǐn)慎態(tài)度是另一種影響預(yù)測(cè)性維護(hù)技術(shù)在制造業(yè)廣泛傳播的因素之一。但事實(shí)是只有22%的維護(hù)經(jīng)理滿意當(dāng)前的維護(hù)項(xiàng)目。他們認(rèn)為自己花了太多時(shí)間來(lái)“滅火”，而且預(yù)防性維護(hù)工作的效率和效力低下。預(yù)防性維護(hù)工作中1/3的費(fèi)用是浪費(fèi)的。

結(jié)論

技術(shù)工人短缺，預(yù)算削減，設(shè)備老化，這些都給制造業(yè)帶來(lái)了越來(lái)越大的壓力。預(yù)測(cè)性維護(hù)技術(shù)可以作為制造商的一種強(qiáng)有力的工具，幫助他們降低成本，提高生產(chǎn)流程的生產(chǎn)力，從而減輕他們的壓力。

眾多其他行業(yè)的大量案例分析和驗(yàn)證顯示，在制造領(lǐng)域推行最新的維護(hù)技術(shù)，將給該行業(yè)帶來(lái)巨大的潛在好處。只要制造商信任預(yù)測(cè)性維護(hù)技術(shù)的力量，并且駕馭這種力量，那么為制造領(lǐng)域提供可行的預(yù)測(cè)性維護(hù)解決方案只是時(shí)間問題。

（粟志敏 編譯）