綜合數(shù)字化能力：超越預(yù)測(cè)性維護(hù)

編者按本文編譯自2018年10月的《麥肯錫季刊》。作者史蒂夫·布拉德伯里（Steve Bradbury）、布萊恩·卡皮索（Brian Carpizo）、馬特·甘澤爾（Matt Gentzel）、德魯·霍拉（Drew Horah）和喬爾·蒂伯特（Joel Thibert）均為麥肯錫公司的顧問(wèn)。本文認(rèn)為，數(shù)字化可以提高可靠性，降低成本。公司應(yīng)該加大數(shù)字化維護(hù)方面的投入。

我們是否正進(jìn)入智能機(jī)器的世界，在這個(gè)世界里，機(jī)器可以在出故障前自行向操作人員發(fā)出警報(bào)？先進(jìn)的預(yù)測(cè)性維護(hù)（PdM）通過(guò)大量的傳感器集成和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)來(lái)得到實(shí)現(xiàn)，被廣泛視為第四次工業(yè)革命帶來(lái)的進(jìn)步。這自然具有相當(dāng)大的吸引力，鼓勵(lì)資產(chǎn)密集型的公司對(duì)數(shù)字化維護(hù)和可靠性加以投資。

但在我們看來(lái)，如果將先進(jìn)的預(yù)測(cè)性維護(hù)視為應(yīng)對(duì)維護(hù)和可靠性挑戰(zhàn)的靈丹妙藥，有可能會(huì)被證明是一種短視。一方面是因?yàn)楫?dāng)今先進(jìn)的預(yù)測(cè)性維護(hù)事實(shí)上只適用于部分情況，另一方面也在于對(duì)某種方式的過(guò)度倚重會(huì)導(dǎo)致公司無(wú)法獲得數(shù)字化維護(hù)和可靠性提升后的潛在利益。

這些潛在利益的意義相當(dāng)重大。我們對(duì)重工業(yè)向數(shù)字化維護(hù)和可靠性的轉(zhuǎn)變進(jìn)行了觀察，發(fā)現(xiàn)公司可以將其資產(chǎn)可用性提高5%到15%，并且將維護(hù)成本降低18%至25%。

預(yù)測(cè)性維護(hù)的機(jī)遇和挑戰(zhàn)

為什么先進(jìn)的預(yù)測(cè)性維護(hù)被視為工業(yè)4.0的殺手級(jí)應(yīng)用呢？原因不難理解。該方法綜合了推動(dòng)工業(yè)數(shù)字化新浪潮的眾多科技技術(shù)，例如聯(lián)網(wǎng)傳感器、大數(shù)據(jù)、先進(jìn)的分析方法和機(jī)器學(xué)習(xí)等。以前所未有的方式對(duì)成百上千的變量進(jìn)行分析，識(shí)別其中復(fù)雜的模式，讓操作人員可以基于數(shù)據(jù)對(duì)故障出現(xiàn)的原因有更深入的了解，這是一種非常強(qiáng)大的技巧。它給人們帶來(lái)了非常實(shí)在的好處，即機(jī)器不會(huì)出故障。這令人感到誘惑。

但事實(shí)上，在現(xiàn)實(shí)世界里，對(duì)這些先進(jìn)的預(yù)測(cè)性維護(hù)技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性使用并不是那么廣泛。如果機(jī)器容易出現(xiàn)大家熟悉的少量故障模式，通常通過(guò)更為簡(jiǎn)單的方式就可以發(fā)現(xiàn)潛在問(wèn)題，例如根據(jù)設(shè)定的臨界值去監(jiān)測(cè)某零部件的溫度或振動(dòng)，或者是不間斷地嚴(yán)格采用基于數(shù)據(jù)的可靠性分析技術(shù)去查找失效模式的根本原因。而且，如果某機(jī)器出現(xiàn)成百上千種故障的話(huà)（一些故障是相當(dāng)罕見(jiàn)的），那么建立大量高質(zhì)量的模型來(lái)預(yù)測(cè)故障也是不切實(shí)際的。

考慮到開(kāi)發(fā)準(zhǔn)確的機(jī)器學(xué)習(xí)模型所需的專(zhuān)業(yè)技術(shù)和所投入的精力，基于模型的預(yù)測(cè)性維護(hù)就成了一種解決特定高價(jià)值問(wèn)題的突破性方法，而不是用于所有維護(hù)工作。如果故障模式有完整的記錄，并且相關(guān)的停工影響較大，那么這種方法就可以發(fā)揮較大的作用，例如針對(duì)大型生產(chǎn)線(xiàn)上的核心機(jī)器。在大規(guī)模地應(yīng)用到大量相同的資產(chǎn)上時(shí)，這種方法也能發(fā)揮大作用。這些資產(chǎn)有足夠長(zhǎng)的可靠性歷史，可以分?jǐn)傞_(kāi)發(fā)和管理成本，例如海上風(fēng)力發(fā)電廠(chǎng)或鐵路機(jī)車(chē)車(chē)隊(duì)。設(shè)備制造商要從戰(zhàn)略角度出發(fā)，為終端使用者大規(guī)模地推動(dòng)預(yù)測(cè)模型的開(kāi)發(fā)和部署。但這些工作目前尚未能大范圍地開(kāi)展。

抓住數(shù)字化紅利

預(yù)測(cè)性維護(hù)的使用范圍相對(duì)較小，這是否意味著維護(hù)和可靠性工作在一定程度上不用去追趕數(shù)字化的潮流？當(dāng)然不是。事實(shí)上，我們建議公司不要只盯著某一類(lèi)數(shù)字化工具，而是要考慮數(shù)字化和先進(jìn)的分析技術(shù)能如何改變整個(gè)維護(hù)和可靠性系統(tǒng)。這也意味著從端到端去尋找利用數(shù)據(jù)的機(jī)會(huì)，并且遵循以用戶(hù)為本的設(shè)計(jì)原則來(lái)對(duì)流程進(jìn)行數(shù)字化。要想取得可持續(xù)的影響，就必須綜合各種新數(shù)字化工具，改變資產(chǎn)戰(zhàn)略，改善可靠性實(shí)踐方法。

數(shù)字化可靠性和維護(hù)的綜合方法

可靠性和維護(hù)工作由兩部分組成，一是程序，二是執(zhí)行。程序是指資產(chǎn)戰(zhàn)略和維護(hù)計(jì)劃。執(zhí)行則是去識(shí)別有哪些工作，確定工作的輕重緩急，對(duì)工作進(jìn)行計(jì)劃安排，并且實(shí)施這些工作。數(shù)字化可靠性和維護(hù)（DRM）則同時(shí)包括了這些元素，并且擁有一系列使能元素來(lái)輔助這些工作的開(kāi)展，其中包括公司管理其資產(chǎn)、數(shù)據(jù)和人員所需的基礎(chǔ)設(shè)施、流程和工具，以改善資產(chǎn)的可靠性和維護(hù)（參見(jiàn)圖1）。

圖1 數(shù)字化可靠性和維護(hù)的綜合框架

數(shù)字化可靠性的使能元素

我們從基礎(chǔ)講起，從下往上來(lái)討論這些使能元素。最重要的一點(diǎn)在于，數(shù)字化的流程都是由數(shù)據(jù)來(lái)推動(dòng)的。也正是出于這個(gè)原因，對(duì)于數(shù)字化可靠性和維護(hù)而言，最基本的使能元素就是強(qiáng)大的數(shù)據(jù)支柱。多數(shù)組織已經(jīng)建立了系統(tǒng)來(lái)記錄同維護(hù)和可靠性相關(guān)的數(shù)據(jù)，但糟糕的管理可能會(huì)破壞此類(lèi)系統(tǒng)的有效性。例如，同樣的資產(chǎn)或問(wèn)題可能在不同的系統(tǒng)里有不同的描述，從而加大了整合的難度。公司可能使用任意格式的文字字段來(lái)記錄問(wèn)題或維護(hù)工作，這也導(dǎo)致自動(dòng)化的搜索或數(shù)據(jù)分析難度加大?；蛘哒f(shuō)關(guān)鍵數(shù)據(jù)可能無(wú)法獲取，被藏在了數(shù)據(jù)表或紙質(zhì)記錄中。

要解決這些問(wèn)題，通常不在于對(duì)新技術(shù)進(jìn)行投資，而取決于采用更為嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)對(duì)資產(chǎn)進(jìn)行標(biāo)識(shí)和對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。自然語(yǔ)言處理這類(lèi)人工智能技術(shù)可以幫助組織改變混亂的歷史數(shù)據(jù)，采用更適合于自動(dòng)分析的形式。

同樣，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)帶寬的成本驟降，也意味著現(xiàn)在從機(jī)器控制系統(tǒng)和外部傳感器處收集數(shù)據(jù)流的難度更小，成本也更低。這類(lèi)數(shù)據(jù)可以被用于狀態(tài)監(jiān)測(cè)、診斷和故障模式分析。不管是使用傳統(tǒng)的方法還是運(yùn)用先進(jìn)分析學(xué)與機(jī)器學(xué)習(xí)，這些數(shù)據(jù)都同樣有用。

在擁有了數(shù)據(jù)之后，公司必須有途徑來(lái)訪(fǎng)問(wèn)這些數(shù)據(jù)。對(duì)于多數(shù)組織而言，他們必須采取新的舉措。合并數(shù)據(jù)服務(wù)層，即“數(shù)據(jù)湖”可以從多個(gè)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)源收集數(shù)據(jù)，然后建立單一的事實(shí)源，填補(bǔ)系統(tǒng)之間的信息鴻溝，為資產(chǎn)的健康情況提供全面的信息。數(shù)據(jù)湖是數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施中至關(guān)重要的組成部分，擁有多種用途。它為數(shù)字化績(jī)效管理、描述性分析和管理儀表盤(pán)提供基礎(chǔ)，同時(shí)作為新維護(hù)和可靠性應(yīng)用中不可分割的一層，為先進(jìn)分析模型提供必要的數(shù)據(jù)。

對(duì)數(shù)字化可靠性和維護(hù)而言，接下來(lái)重要的使能元素就是可靠性工程分析的數(shù)字化工具。通過(guò)故障樹(shù)分析、因果分析或失效模式和影響分析（FMEA）等方法從根源上來(lái)解決問(wèn)題，這是組織維護(hù)和可靠性戰(zhàn)略中最基本的內(nèi)容。不過(guò)，這些工作現(xiàn)在通常是人工進(jìn)行的，而且它們的結(jié)果很少被集中記錄。將可靠性工程工具整合到組織的數(shù)字化可靠性和維護(hù)架構(gòu)中，能確保分析的統(tǒng)一性和系統(tǒng)性，加快和簡(jiǎn)化輸入數(shù)據(jù)的獲取，并且獲得分析結(jié)果以備未來(lái)使用。

建立一個(gè)數(shù)字化平臺(tái)，用以提供數(shù)字化可靠性和維護(hù)使用的所有工具，并作為數(shù)據(jù)源，這項(xiàng)工作具有挑戰(zhàn)性。但如果能在數(shù)字化可靠性和維護(hù)項(xiàng)目的初期就建立正確合適的平臺(tái)，就能創(chuàng)造長(zhǎng)久的效益。一家油氣公司準(zhǔn)備在既有平臺(tái)上打造維護(hù)解決方案。但在描繪出自身數(shù)字化維護(hù)的宏大愿景時(shí)，公司領(lǐng)導(dǎo)人發(fā)現(xiàn)，這套系統(tǒng)的技術(shù)能力達(dá)不到要求。因?yàn)閷?duì)公司的長(zhǎng)期維護(hù)愿景而言，工具之間的無(wú)縫對(duì)接是至關(guān)重要的。為此公司選擇將所有的維護(hù)解決方案整合到一個(gè)全新的平臺(tái)。盡管從短期而言，這意味著推倒重來(lái)，但數(shù)字化可靠性和維護(hù)的功能可以隨著公司的需求和數(shù)字化能力的發(fā)展而進(jìn)行擴(kuò)充，避免了只是暫時(shí)發(fā)揮積極的作用，卻很快落后于競(jìng)爭(zhēng)和技術(shù)能力發(fā)展的尷尬。

截至目前，我們的討論集中在應(yīng)用數(shù)字技術(shù)來(lái)加速、推動(dòng)和改善現(xiàn)有的可靠性工程實(shí)踐工作。數(shù)字化也為可靠性工程團(tuán)隊(duì)提供了種類(lèi)繁多的新工具和新方法。正如此前所說(shuō)的，使用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)來(lái)監(jiān)測(cè)資產(chǎn)狀態(tài)已經(jīng)得到大量的關(guān)注，盡管其成本和復(fù)雜性最終可能會(huì)限制其應(yīng)用。

不過(guò)，并非所有狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)都需要精心設(shè)計(jì)的算法或復(fù)雜的模型。數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的條件監(jiān)測(cè)方法使用簡(jiǎn)單的詢(xún)問(wèn)功能。該方法會(huì)定期進(jìn)行查詢(xún)，或者是實(shí)時(shí)查詢(xún)機(jī)器和外部傳感器生產(chǎn)的時(shí)間序列數(shù)據(jù)。如果超出了臨界狀態(tài)，這些系統(tǒng)會(huì)通過(guò)數(shù)字可靠性工程工作流程來(lái)啟動(dòng)調(diào)查或糾正措施，或者是直接實(shí)施維護(hù)。

數(shù)字化績(jī)效管理

上文介紹的使能技術(shù)形成了數(shù)字化可靠性和維護(hù)的基礎(chǔ)，但并沒(méi)有能真正地改善資產(chǎn)的可靠性或維護(hù)效果。那些改善來(lái)自于組織如何使用其數(shù)字化數(shù)據(jù)來(lái)優(yōu)化維護(hù)工作，即調(diào)整計(jì)劃，合理化計(jì)劃，優(yōu)化資源分配。

數(shù)字化的績(jī)效管理系統(tǒng)是有效的數(shù)字化可靠性和維護(hù)項(xiàng)目的核心所在。該系統(tǒng)涉及使用描述性分析和數(shù)據(jù)可視化來(lái)實(shí)時(shí)了解資產(chǎn)的健康程度和可靠性。數(shù)字化績(jī)效管理可以自動(dòng)生成和展示關(guān)鍵指標(biāo)和定性信息，公司可以在其可靠性項(xiàng)目中使用這些指標(biāo)和信息，例如設(shè)備綜合效率（OEE）數(shù)據(jù)或損耗原因。這類(lèi)自動(dòng)化是令人驚奇的、強(qiáng)有力的改善工具，能將資產(chǎn)維護(hù)人員從數(shù)據(jù)收集和分析這類(lèi)耗時(shí)且易錯(cuò)的工作中解放出來(lái)。而且它能夠支持快速的趨勢(shì)識(shí)別、基于事實(shí)的決策制定、即時(shí)的干預(yù)，以及設(shè)備投資、流程和政策的改變。

有時(shí)候，公司已經(jīng)擁有管理維護(hù)績(jī)效所需的大部分?jǐn)?shù)字基礎(chǔ)設(shè)施。例如，一家礦業(yè)公司正準(zhǔn)備建立一套系統(tǒng)來(lái)跟蹤移動(dòng)設(shè)備的維護(hù)。公司列出了新系統(tǒng)的要求，并且發(fā)現(xiàn)公司當(dāng)前計(jì)算機(jī)化的維護(hù)管理系統(tǒng)中已經(jīng)擁有所需的功能。相關(guān)的模塊已經(jīng)在公司內(nèi)進(jìn)行過(guò)試用，但從未規(guī)?；?。

可靠性工程活動(dòng)的周期和效果通常會(huì)因?yàn)樾畔⑷笔Щ蛘哌\(yùn)營(yíng)與可靠性/維護(hù)團(tuán)隊(duì)之間的失調(diào)而受到影響。通過(guò)跟蹤可靠性工程職能執(zhí)行的每個(gè)工作單元的整個(gè)生命周期，數(shù)字化可靠性工程工作流系統(tǒng)可以填補(bǔ)這些鴻溝。這些系統(tǒng)至少能記錄引發(fā)可靠性工程團(tuán)隊(duì)調(diào)查的事件細(xì)節(jié)、相應(yīng)的行動(dòng)，以及這些行動(dòng)的結(jié)果。

數(shù)字化資產(chǎn)戰(zhàn)略

新的數(shù)字化工具也可以提高成本收益分析和決策的速度，并且標(biāo)準(zhǔn)化這些活動(dòng)。例如，數(shù)字化資產(chǎn)管理工具能夠幫助可靠性團(tuán)隊(duì)在單個(gè)資產(chǎn)或整批資產(chǎn)的生命周期內(nèi)計(jì)劃和管理維修或替換。同樣，新的數(shù)字化工具可以為以可靠性為中心的維護(hù)提供支持，幫助維護(hù)團(tuán)隊(duì)針對(duì)每種資產(chǎn)選擇正確的維護(hù)戰(zhàn)略（例如故障后維護(hù)、有計(jì)劃的預(yù)防性維護(hù)或基于資產(chǎn)狀態(tài)的維護(hù)等）。

數(shù)字化工作管理

新的數(shù)字化工具也改變了公司對(duì)維護(hù)和可靠性活動(dòng)的計(jì)劃和管理方式。數(shù)字化的工作管理包括流程數(shù)字化和數(shù)據(jù)推動(dòng)的分析，以提高維護(hù)工作的效率和效力。這些工具包括自動(dòng)化計(jì)劃算法、數(shù)字化計(jì)劃環(huán)境，以及用于現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)檢索的平板或可穿戴設(shè)備。

多數(shù)工業(yè)企業(yè)已經(jīng)在有意和無(wú)意間踏上了數(shù)字化可靠性和維護(hù)的旅程。他們通過(guò)企業(yè)資源規(guī)劃或資產(chǎn)管理系統(tǒng)來(lái)記錄自己的工作，他們的眾多資產(chǎn)開(kāi)始生成和收集數(shù)據(jù)，雖然這些數(shù)據(jù)相當(dāng)分散，甚少得到使用。

這些默認(rèn)的自動(dòng)化方法現(xiàn)在并不能充分發(fā)揮其潛在的影響力。我們?cè)诮衲昴瓿鯇?duì)一些資產(chǎn)維護(hù)經(jīng)理進(jìn)行了調(diào)查。僅僅只有50%的被調(diào)查者表示，他們當(dāng)前的信息和運(yùn)營(yíng)技術(shù)（IT/OT）架構(gòu)足以為他們的維護(hù)和可靠性流程提供支持。對(duì)于維護(hù)工人是否擁有積極的用戶(hù)體驗(yàn)，做肯定回答的維護(hù)經(jīng)理不到20%。

對(duì)多數(shù)組織而言，至關(guān)重要的一步是在其數(shù)字化維護(hù)和可靠性戰(zhàn)略中采用前置的、全面的、經(jīng)過(guò)深思熟慮的方法。這要求他們對(duì)當(dāng)前的維護(hù)和可靠性實(shí)踐工作進(jìn)行詳細(xì)的評(píng)估，分析數(shù)據(jù)采集改進(jìn)所提高的直觀性、先進(jìn)分析所帶來(lái)的洞察力，以及新的數(shù)字化維護(hù)執(zhí)行系統(tǒng)所提高的控制力在哪里能產(chǎn)生影響。關(guān)鍵在于從端對(duì)端來(lái)全面了解潛在的應(yīng)用方法，并且思考新工具、新技術(shù)和新方法如何得到整合和聯(lián)合。

同任何大型變革一樣，為了向數(shù)字化可靠性和維護(hù)的新世界邁進(jìn)，公司必須敢想敢干，找到系統(tǒng)化的轉(zhuǎn)變方法，并且擁有長(zhǎng)遠(yuǎn)的目光。