在線監(jiān)測(cè)及工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)在設(shè)備智能運(yùn)維平臺(tái)中的應(yīng)用

肖裕君，高帆，李洪元

（1.湖南華菱漣源鋼鐵有限公司，湖南 婁底 417001；2.重慶川儀自動(dòng)化股份有限公司，重慶 401121）

去年12月，工業(yè)和信息化部印發(fā)了《關(guān)于推動(dòng)鋼鐵工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的指導(dǎo)意見(征求意見稿)》(以下簡(jiǎn)稱指導(dǎo)意見)，《指導(dǎo)意見》中提出，“十四五”期間，鋼鐵智能制造在3年行動(dòng)計(jì)劃、鋼鐵行業(yè)智能制造標(biāo)準(zhǔn)等一系列政策措施支持下，將成為我國(guó)鋼鐵全面引領(lǐng)世界的主要途徑之一。到2025年，裝備水平大幅提升，智能制造水平顯著增強(qiáng)，關(guān)鍵工序數(shù)控化率達(dá)到80%左右，生產(chǎn)設(shè)備數(shù)字化率達(dá)到55%，打造50個(gè)以上智能工廠，提升全球競(jìng)爭(zhēng)力，全面建成鋼鐵強(qiáng)國(guó)是高質(zhì)量發(fā)展的最終目的。湖南華菱漣源鋼鐵有限公司（以下簡(jiǎn)稱“華菱漣鋼”）構(gòu)建公司設(shè)備智能運(yùn)維中心，結(jié)合設(shè)備的實(shí)際狀況，在各分廠實(shí)施關(guān)鍵設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)項(xiàng)目，利用智能傳感技術(shù)和系統(tǒng)管理獲得參數(shù)深度感知，包括工藝質(zhì)量參數(shù)和設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，實(shí)現(xiàn)在線狀態(tài)感知與精準(zhǔn)預(yù)報(bào)；基于工業(yè)大數(shù)據(jù)對(duì)設(shè)備健康狀態(tài)進(jìn)行診斷、分析、預(yù)測(cè)，保障生產(chǎn)過程的順行和產(chǎn)品的質(zhì)量；開發(fā)適合鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)的各類工業(yè)App，如點(diǎn)檢、運(yùn)維、資產(chǎn)管理等，通過實(shí)踐逐步建立鋼鐵工業(yè)的智能制造標(biāo)準(zhǔn)，形成以數(shù)據(jù)為核心的全產(chǎn)業(yè)鏈驅(qū)動(dòng)和全生命周期應(yīng)用的示范案例。

1 設(shè)備智能運(yùn)維體系搭建

1.1 建立“四位一體”的設(shè)備智能運(yùn)維體系架構(gòu)

華菱漣鋼自90年代初引入點(diǎn)檢定修制試點(diǎn)，1999年成立檢修公司試行維修人員集中，2007年試點(diǎn)全員設(shè)備管理模式，2010年維修人員實(shí)現(xiàn)了全部集中。在點(diǎn)檢定修制的基礎(chǔ)上，華菱漣鋼對(duì)設(shè)備進(jìn)行專項(xiàng)管理，制訂符合設(shè)備特點(diǎn)的專業(yè)管理制度，有了設(shè)備的分級(jí)管理，就可以把有限的資源用在“刀刃”上，為設(shè)備傾向管理以及合理的檢維修提供合理規(guī)劃，使高水平穩(wěn)定生產(chǎn)的設(shè)備管理保障能力得到進(jìn)一步增強(qiáng)，從而保證設(shè)備專項(xiàng)管理制度的可實(shí)施。

為全面準(zhǔn)確掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、實(shí)施設(shè)備預(yù)測(cè)性維護(hù)，華菱漣鋼搭建在線監(jiān)測(cè)、離線點(diǎn)檢、遠(yuǎn)程故障診斷合而為一的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)診斷平臺(tái)，如圖1所示；建立科學(xué)合理的業(yè)務(wù)流程，以設(shè)備管理、故障診斷、點(diǎn)檢、檢維修四部分人員全面系統(tǒng)的開展設(shè)備監(jiān)測(cè)、診斷、管理、檢查、檢維修等工作，并使設(shè)備故障診斷結(jié)果參與設(shè)備維修；形成分工明確、信息共享的設(shè)備智能運(yùn)維閉環(huán)流程。

1.2 設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)及智能故障診斷

鋼鐵企業(yè)由于設(shè)備工況多為低速重載、變速變載、間隙式運(yùn)行，因此故障診斷主要通過人工分析實(shí)現(xiàn)，設(shè)備管理人員或者專職的診斷分析人員通過波形、變化趨勢(shì)、頻譜等分析工具，結(jié)合設(shè)備機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)部件參數(shù)等信息，實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障定位，為制定合理的檢維修方案提供決策支持。針對(duì)關(guān)鍵設(shè)備的運(yùn)行特點(diǎn)及監(jiān)測(cè)診斷中的技術(shù)難點(diǎn)，漣鋼引入應(yīng)力波分析技術(shù)，可在設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p壞，并最終被傳統(tǒng)技術(shù)檢測(cè)到之前(振動(dòng)、碎屑、發(fā)熱)，對(duì)設(shè)備的健康狀態(tài)進(jìn)行最早期的監(jiān)測(cè)和診斷。應(yīng)力波技術(shù)促進(jìn)普遍采用的定期檢修向預(yù)測(cè)維修、主動(dòng)維修轉(zhuǎn)變。先進(jìn)的預(yù)測(cè)性維護(hù)將是建立在大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和人工智能技術(shù)上的智能診斷，應(yīng)用聚類、決策樹等機(jī)器學(xué)習(xí)算法提取設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)中的故障特征，通過運(yùn)行大數(shù)據(jù)的積累，完善特征知識(shí)庫(kù)，獲得與故障有關(guān)的診斷規(guī)則，通過故障特征匹配，并結(jié)合可信度綜合計(jì)算等步驟，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)輸出診斷結(jié)論。

1.3 物聯(lián)網(wǎng)綜合管理平臺(tái)+移動(dòng)端手機(jī)App

設(shè)備健康監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)綜合管理平臺(tái)包含了感知層、匯聚層、應(yīng)用層三個(gè)層面，如圖1所示。感知層完成各類設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)和相關(guān)數(shù)據(jù)的采集，實(shí)現(xiàn)讓設(shè)備開口說話以及關(guān)鍵設(shè)備全面監(jiān)控，涉及的技術(shù)有物聯(lián)網(wǎng)（傳感技術(shù)）、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、無線通信技術(shù)等，在感知層實(shí)現(xiàn)邊緣智能。匯聚層完成數(shù)據(jù)的處理、存儲(chǔ)、交互，涉及的技術(shù)有云計(jì)算、云存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)分析、預(yù)測(cè)和決策模型。應(yīng)用層完成與用戶的交互，包含多樣化的終端服務(wù)應(yīng)用，涉及的技術(shù)有動(dòng)畫、3D顯示、AR等數(shù)據(jù)可視化。物聯(lián)網(wǎng)綜合管理平臺(tái)是設(shè)備智能運(yùn)維的載體，解決企業(yè)內(nèi)部各子系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)孤島問題。

圖1 基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的設(shè)備健康監(jiān)測(cè)綜合管理平臺(tái)

移動(dòng)端手機(jī)App包含設(shè)備管理、點(diǎn)檢管理、隱患管理、工單管理等多個(gè)功能，如圖2所示，設(shè)備管理人員通過手機(jī)App，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示，對(duì)設(shè)備突發(fā)故障進(jìn)行及時(shí)提示、設(shè)備維修任務(wù)立即派發(fā)、維修結(jié)果快速反饋等，達(dá)到設(shè)備管理的全面信息化、智能化。

圖2 移動(dòng)端設(shè)備監(jiān)測(cè)App

2 關(guān)鍵設(shè)備預(yù)測(cè)性維護(hù)典型案例

設(shè)備智能運(yùn)維中心負(fù)責(zé)監(jiān)控全公司生產(chǎn)工藝全流程的關(guān)鍵設(shè)備，為華菱漣鋼的數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型賦能，如表1所示，生產(chǎn)工藝全流程關(guān)鍵設(shè)備預(yù)測(cè)性維護(hù)典型案例為企業(yè)減少非計(jì)劃停機(jī)時(shí)間近500小時(shí)，形成直接經(jīng)濟(jì)效益超5000萬(wàn)元，為華菱漣鋼人均年產(chǎn)鋼達(dá)1382噸做出貢獻(xiàn)。

3 總結(jié)及展望

“十四五”期間，智能制造將成為我國(guó)鋼鐵全面引領(lǐng)世界的主要途徑之一，智能制造升級(jí)需要匹配設(shè)備管理能力的同步提升，華菱漣鋼積極響應(yīng)鋼鐵行業(yè)智能制造關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，提出構(gòu)建公司設(shè)備智能運(yùn)維中心的計(jì)劃，并付諸實(shí)施，使設(shè)備管理由計(jì)劃維修向預(yù)測(cè)維修、主動(dòng)維修邁進(jìn)。

華菱漣鋼對(duì)生產(chǎn)工藝全流程的關(guān)鍵設(shè)備實(shí)施在線監(jiān)測(cè)診斷，建立基于大數(shù)據(jù)智能化的設(shè)備在線監(jiān)測(cè)及遠(yuǎn)程診斷網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，利用智能傳感技術(shù)和系統(tǒng)管理實(shí)現(xiàn)在線狀態(tài)感知，基于工業(yè)大數(shù)據(jù)對(duì)設(shè)備健康狀態(tài)進(jìn)行診斷、分析、預(yù)測(cè)，保障生產(chǎn)過程的順行，通過數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理、App以及物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用提升企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備管理水平，實(shí)現(xiàn)企業(yè)提高設(shè)備管理水平、降本增效的總體目標(biāo)。

設(shè)備智能運(yùn)維中心的設(shè)立及運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了狀態(tài)數(shù)字化、診斷智能化、運(yùn)維智能化，提高了設(shè)備整體運(yùn)行效率，為實(shí)現(xiàn)智能制造提供了技術(shù)保障。

表1 關(guān)鍵設(shè)備預(yù)測(cè)性維護(hù)典型案例及價(jià)值