聚焦物流設(shè)備的預(yù)測性維護

文/本刊記者 江 宏

近年來，國內(nèi)物流系統(tǒng)建設(shè)項目大幅增加，應(yīng)用在各個行業(yè)領(lǐng)域的物流設(shè)備數(shù)量急劇上升。目前，設(shè)備發(fā)生故障后的緊急搶修、定期維護保養(yǎng)是最常采用的物流設(shè)備維保服務(wù)模式。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和信息技術(shù)的快速發(fā)展，物流設(shè)備的預(yù)測性維護管理開始起步。

隨著自動化、智能化物流設(shè)備的廣泛應(yīng)用，企業(yè)的物流系統(tǒng)資產(chǎn)日趨龐大，設(shè)備運行管理越來越復(fù)雜，如果缺少有效的維保手段，會造成物流系統(tǒng)故障頻發(fā)、作業(yè)效率難以保證、備件消耗成本巨大等一系列問題。因此，物流系統(tǒng)設(shè)備的維護管理越來越受到企業(yè)的重視。近年來，預(yù)測性維護在物流領(lǐng)域開始應(yīng)用，如果做得到位，能夠?qū)崟r掌握物流設(shè)備的運行狀態(tài)，避免突發(fā)性故障出現(xiàn)，保證系統(tǒng)設(shè)備的穩(wěn)定運行，減少維護成本支出，無論物流裝備企業(yè)還是終端客戶都將從中獲益。

一、售后維護的重要性

物流系統(tǒng)建設(shè)投資巨大，作為保障業(yè)務(wù)正常運營不可或缺的設(shè)施設(shè)備，物流系統(tǒng)一旦出現(xiàn)意外而導(dǎo)致停機，將使企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營受到影響，甚至蒙受巨大的經(jīng)濟損失。因此，保證物流系統(tǒng)設(shè)備的穩(wěn)定運行和高利用率非常關(guān)鍵。

同時，隨著物流自動化與智能化程度不斷提高，物流工程項目日趨復(fù)雜，大量子系統(tǒng)與多種設(shè)備綜合應(yīng)用，物流設(shè)備發(fā)生故障和功能失效的幾率增大，其運行維護的成本越來越高。

據(jù)不完全統(tǒng)計，國內(nèi)每年新增1000座立體庫、5000臺堆垛機……隨著自動化物流設(shè)備存量市場規(guī)模越來越大，售后服務(wù)需求直線上升。對于物流裝備企業(yè)來說，維保不僅是其必須為客戶提供的一項服務(wù)，也是企業(yè)進一步開拓市場、增加收入的有效方式。特別是由于物流裝備市場競爭日趨激烈，有些外資系統(tǒng)集成商的售后服務(wù)收入在總營業(yè)額的占比雖然只有10%左右，但在總利潤額的占比可以高達50%。因此，物流裝備企業(yè)對售后服務(wù)的重視程度不斷提升。

當(dāng)前，終端客戶對于物流系統(tǒng)設(shè)備維護主要采用自主與外包兩種方式。技術(shù)能力強的企業(yè)大多選擇自主維護模式，通常配備軟件、電氣、機械三類專業(yè)人員。但對于大多數(shù)企業(yè)來說，組建一支專業(yè)、合規(guī)的維保技術(shù)團隊并不容易，而且出于降低成本的考慮，選擇將維保任務(wù)整體外包給物流系統(tǒng)建設(shè)單位或?qū)I(yè)維保公司，同時將相應(yīng)責(zé)任轉(zhuǎn)出。

從長遠(yuǎn)來看，專業(yè)化分工是發(fā)展趨勢，因此物流系統(tǒng)售后服務(wù)外包市場潛力很大。

二、三種不同的維護模式

目前最常見的物流系統(tǒng)設(shè)備維護模式有事后維修和預(yù)防性維護，而預(yù)測性維護模式剛剛出現(xiàn)，應(yīng)用企業(yè)不多。

所謂事后維修（Break-down Maintenance）,即“有故障才維修”，是等到設(shè)備用壞再修理的方式，屬于非計劃性維修。

預(yù)防性維護（Preventive Maintenance）又稱定期維護，是根據(jù)生產(chǎn)計劃和行業(yè)經(jīng)驗，按規(guī)定的時間間隔進行停機檢查、維護保養(yǎng)、更換零部件，以預(yù)防設(shè)備損壞造成意外停機帶來損失。這是目前普遍采用的物流設(shè)備維護模式。

預(yù)測性維護（Predictive Maintenance，簡稱PdM）是以設(shè)備狀態(tài)為依據(jù)的新興的維護方式，在設(shè)備運行時對其主要部位進行周期性或持續(xù)監(jiān)測，判定所處的狀態(tài)，預(yù)測狀態(tài)未來的發(fā)展趨勢，并依據(jù)該狀態(tài)發(fā)展趨勢和可能的故障模式，預(yù)先制定維修計劃，確定機器應(yīng)該修理的時間、內(nèi)容、方式。

預(yù)測性維護與預(yù)防性維護雖然只有一字之差，在理念上卻截然不同。預(yù)測性維護，是以設(shè)備的狀態(tài)作為依據(jù)的維護，狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷是基礎(chǔ)，狀態(tài)預(yù)測是重點，得出最終的維護活動要求。與之相對應(yīng)的是，預(yù)防性維護不考慮系統(tǒng)設(shè)備當(dāng)前的運行狀態(tài)和健康狀態(tài)，是按照已經(jīng)安排好的時間來完成計劃內(nèi)的維護工作。兩種方式的特點對比見表1。

專業(yè)人士普遍認(rèn)為，定期的常規(guī)性維護，技術(shù)人員只能進行設(shè)備情況檢查與常規(guī)保養(yǎng)，本質(zhì)上屬于無目的性維護，很難完全發(fā)現(xiàn)問題并排除故障隱患，因此“該出事還會出事”。如果縮短維護周期，則會導(dǎo)致過度維護，增加人力投入，帶來成本上升。

圖1 德馬天璣系統(tǒng)架構(gòu)

表1 預(yù)防性維護與預(yù)測性維護的對比

表2 物流設(shè)備預(yù)測性維護的價值

據(jù)江蘇六維公司董事長徐正林分析，其實，除了要求系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運行，客戶還非常關(guān)注物流系統(tǒng)的效率與效益，包括：系統(tǒng)運營效率多高，是否達到了最佳？能否滿足實際需求，是否還有改善空間？經(jīng)濟性如何，幾年可以收回投資？尤其是隨著智能制造的推進，很多工廠采用了MES、ERP、排產(chǎn)等軟件系統(tǒng)后，更加想了解物流系統(tǒng)能否與生產(chǎn)節(jié)拍相吻合。然而，如果沒有數(shù)據(jù)，集成商無法提供物流系統(tǒng)詳盡的運營情況報告。

正是為了滿足客戶需要，在2020 CeMAT ASIA 展會上，江蘇六維公司推出了全生命周期管理系統(tǒng)。這是一個完整的面向自動化立體庫項目實施/運行/維護/升級的數(shù)字化管理平臺，由十大功能模塊組成，可以幫助企業(yè)建立真正全面感知、全面覆蓋、可視、可控、可信的智能物流系統(tǒng)，目前已在一些項目上線使用。其中的預(yù)警管理模塊，通過傳感器等各種監(jiān)測手段獲得設(shè)備的有關(guān)信息和運行數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行加工處理分析，經(jīng)過適當(dāng)?shù)脑u價方法，對整套物流系統(tǒng)的狀態(tài)做出初步判斷，當(dāng)判斷結(jié)果滿足預(yù)警準(zhǔn)則要求時，就觸發(fā)報警系統(tǒng)。比如，通過監(jiān)測電機的電流/電壓可以了解電機的穩(wěn)定性，超出標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值范圍則進行提示；在倉庫的關(guān)鍵節(jié)點安裝傳感器，監(jiān)測貨架的水平垂直變形量，保障系統(tǒng)安全?？梢姡撈脚_具備了預(yù)測性維護的功能。

同樣在2020 CeMAT ASIA 展會上，德馬公司推出了數(shù)字化服務(wù)平臺——“天璣”設(shè)備預(yù)測及健康管理系統(tǒng)，以實時監(jiān)控自動化物流系統(tǒng)的運行與設(shè)備狀態(tài)，保障全天候高效運營。天璣系統(tǒng)負(fù)責(zé)人趙毅認(rèn)為，預(yù)測性維護管理引入了對系統(tǒng)、對設(shè)備未來可靠性的預(yù)測能力，借助這種能力來識別和管理故障的發(fā)生，規(guī)劃維護維修計劃和備件供應(yīng)保障。其主要目的是降低設(shè)備使用和保障費用，提高設(shè)備安全性和完好性，從而以較少的維修投入，實現(xiàn)基于狀態(tài)的維修或視情況維修和自主式保障。

可以說，預(yù)測性維護對物流設(shè)備商、系統(tǒng)集成商和終端客戶企業(yè)都帶來顯而易見的價值，詳見表2。

三、預(yù)測性維護采用的技術(shù)

據(jù)北京科技大學(xué)物流工程系青年教師王培東介紹，任何設(shè)備在故障發(fā)生之前都會出現(xiàn)一些異?，F(xiàn)象或癥狀，如振動偏大、有異常噪音等。預(yù)測性維護的目標(biāo)就是預(yù)測出更為準(zhǔn)確的故障預(yù)計發(fā)生時間，以便維護人員準(zhǔn)確及時地做出應(yīng)對。具體到物流系統(tǒng)設(shè)備預(yù)測性維護管理，主要環(huán)節(jié)包括：設(shè)施設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷、故障預(yù)測、維修決策支持和維修活動實施。

做好維護可以保障自動化立體庫的穩(wěn)定高效運行

2018年，德勤在《預(yù)測性維護和智能工廠》報告中提出，借助以下三種技術(shù)可以實現(xiàn)預(yù)測性維護。

1.物聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)使用溫度、振動或電導(dǎo)率等傳感器，將設(shè)備的操作過程轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。數(shù)據(jù)也可以從其他來源傳輸，例如，機器的可編程邏輯控制器（PLC），制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）終端，CMMS，甚至ERP系統(tǒng)。物聯(lián)網(wǎng)完成物理-數(shù)字-物理（P-D-P）閉環(huán)的前半部分。

2.軟件。預(yù)測性維護能夠從關(guān)鍵設(shè)備傳感器、企業(yè)資源規(guī)劃系統(tǒng)（ERP）、計算機維護管理系統(tǒng)（CMMS）、生產(chǎn)數(shù)據(jù)等多個系統(tǒng)中快速采集數(shù)據(jù)。

3.硬件。主要是傳感器，包括噪音、振動、電流、形變、扭力等多種類型的傳感器。

趙毅提出，實現(xiàn)物流系統(tǒng)設(shè)備預(yù)測性維護需要從三個層面來考慮。

一是數(shù)據(jù)采集層：底層設(shè)備運行數(shù)據(jù)的采集主要通過兩大類方式。一類是各類傳感器；另一類是各子系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，如PLC、單片機、單板機等等。德馬已經(jīng)和硬件合作伙伴共同設(shè)計研發(fā)了各類傳感器，能夠更好地匹配德馬的各類設(shè)備。

二是邊緣控制層：主要由數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)、邊緣計算、數(shù)據(jù)上傳等軟硬件組成。在硬件層面，德馬和硬件合作伙伴共同定制研發(fā)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)，用來組網(wǎng)集成各類傳感器和PLC、單片機；在軟件層面，德馬通過邊緣計算，計算、提取有效數(shù)據(jù)并上傳云端服務(wù)器。

三是分析應(yīng)用層：分析應(yīng)用層根據(jù)預(yù)設(shè)的模型對上傳的數(shù)據(jù)進行挖掘、分析、加工，并最終呈現(xiàn)給終端客戶。

談到預(yù)測性維護最關(guān)鍵的技術(shù)，趙毅概括為三點：預(yù)測模型的建立、硬件網(wǎng)關(guān)的研發(fā)、定制傳感器的研發(fā)。其中，預(yù)測模型的建立尤為困難。預(yù)測模型分為基于產(chǎn)品數(shù)字化模型的模型、基于實時數(shù)據(jù)的模型、基于歷史趨勢的模型這三類。無論哪種模型的建立，都需要花費大量的時間去收集測試運行數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，逐步積累，逐步建立、優(yōu)化模型。這是與物流自動化設(shè)備結(jié)合極其緊密而且周期很長的一個過程。

當(dāng)前，越來越多的傳感器被用于自動化立體庫、穿梭車、輸送系統(tǒng)、分揀系統(tǒng)、自動導(dǎo)引車AGV等物流設(shè)備。隨著單個傳感器的功能變得更加強大，可以減少傳感器的使用數(shù)量。而云解決方案，則讓過程數(shù)據(jù)可以在全球范圍內(nèi)用于維護和監(jiān)控任務(wù)。

四、市場前景展望

據(jù)了解，物流設(shè)備在全生命周期的不同階段有著不同的表現(xiàn)，通常在剛開始使用時會經(jīng)常出現(xiàn)故障；隨著時間的推移設(shè)備進入運行穩(wěn)定期，故障大幅減少；到了后期，故障率會飆升，需要維護次數(shù)增加，直到最終報廢。因此，國內(nèi)外通行的做法是，物流系統(tǒng)集成商為客戶提供一年的免費維保服務(wù)，有些廠商還提供駐地服務(wù)，即安排技術(shù)人員在客戶現(xiàn)場工作，隨時提供維護服務(wù)，解決突發(fā)緊急故障，以保障物流系統(tǒng)良好運行。

傳統(tǒng)的物流設(shè)備定期維護方式具有經(jīng)驗化、被動性、粗糙化、低效化特征，維護過程中缺乏數(shù)據(jù)實時采集和監(jiān)測體系，實際效果難以評估。預(yù)測性維護可以解決以上痛點問題，將產(chǎn)生新的市場需求。在記者采訪中，需要相關(guān)服務(wù)的企業(yè)主要會考慮成本投入和經(jīng)濟價值如何體現(xiàn)、供應(yīng)商的服務(wù)能力等方面。不同行業(yè)的關(guān)注點存在明顯差異，如軍工、航空航天等行業(yè)，更看重的是安全性和技術(shù)可用性，但絕大多數(shù)企業(yè)更加關(guān)注投入產(chǎn)出比；另外，如何評價預(yù)測性維護的效果也是企業(yè)考慮的重點。

北京科技大學(xué)物流工程系副教授楊樂昌告訴記者：預(yù)測性維護其實早已應(yīng)用在多個行業(yè)領(lǐng)域?！袄?，我們都熟悉通過不規(guī)則的聲音或振動來預(yù)測汽車何時將發(fā)生故障。只不過物聯(lián)網(wǎng)帶來了新功能，即從數(shù)千或數(shù)百萬臺設(shè)備收集數(shù)據(jù)的能力，尤其是基于人工智能（AI）技術(shù)，我們可以從中學(xué)習(xí)、創(chuàng)建和更新模型，全部實現(xiàn)自動化且規(guī)?？涨??！?/p>

最近幾年，預(yù)測性維護管理延伸到物流裝備領(lǐng)域。在這方面國外企業(yè)起步較早，一些大型工業(yè)自動化廠商如西門子、施耐德電氣等把為制造工廠做監(jiān)控運維的軟件整體改進并應(yīng)用到物流行業(yè)。

隨著物流自動化、智能化水平不斷提升，客戶會需要更專業(yè)、更全面的售后服務(wù)支持，圍繞物流系統(tǒng)設(shè)備提供維護、維修、健康監(jiān)控等服務(wù)有著巨大的市場需求

“工業(yè)自動化企業(yè)在軟件架構(gòu)及技術(shù)方面雖然有著成熟的經(jīng)驗和技術(shù)，但他們畢竟不是物流設(shè)備制造商，因此對各種物流設(shè)備的產(chǎn)品特性沒有很好地了解，很難真正切入運用到具體的設(shè)備中，給預(yù)測性運維提供幫助?！壁w毅如此分析。 “相比之下，國內(nèi)物流設(shè)備制造商對產(chǎn)品特性異常了解，但軟件不夠成熟，大多仍處于摸索的狀態(tài)。這就好比地基很牢固，使得要建造什么樣的房子都成為了可能。因此，這兩年國內(nèi)的設(shè)備制造商很多都在大力推進設(shè)備預(yù)測性維護管理軟件的研發(fā)和推廣工作。而德馬屬于走在比較前列的?！?/p>

如果將物流系統(tǒng)設(shè)備預(yù)測性維護管理作為一項服務(wù)，德馬在收費方面會考慮哪些因素呢？趙毅告訴記者，天璣系統(tǒng)現(xiàn)在仍處于市場推廣階段，會采取讓客戶免費使用一段時間的策略。待客戶體驗上去后，再考慮采用一次性買斷、按時間、按流量等不同的收費方式。

值得一提的是，在目前市場上，物流設(shè)備供應(yīng)商或系統(tǒng)集成商看重的是銷售，而售后服務(wù)被放在了從屬地位，僅對公司業(yè)務(wù)起到支持作用，所以多數(shù)公司的人員和技術(shù)資源首先確保銷售部門。其實，隨著越來越多的物流系統(tǒng)上線運行，隨著物流自動化、智能化水平不斷提升，客戶會需要更專業(yè)、更全面的售后服務(wù)支持，圍繞物流系統(tǒng)設(shè)備提供維護、維修、健康監(jiān)控等服務(wù)有著巨大的市場需求，將會成為物流設(shè)備廠商和系統(tǒng)集成商的重要業(yè)務(wù)模式與利潤來源。

當(dāng)物流裝備企業(yè)更加重視產(chǎn)品交付后的運行維護服務(wù)，并將其作為痛點來解決，采用預(yù)測性維護模式，不僅可以大幅降低自身維護成本，也為客戶帶來減少故障次數(shù)、避免停機、縮短維修時間、提升系統(tǒng)穩(wěn)定運行質(zhì)量、提高效率與產(chǎn)能等價值。因此，預(yù)測性維護將使供應(yīng)商與終端客戶實現(xiàn)雙贏，大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云技術(shù)的進步也會加速其發(fā)展，市場前景看好。

預(yù)測性維護技術(shù)應(yīng)用建模、診斷、預(yù)測、優(yōu)化、決策及AI 芯片以及眾多的高新技術(shù)和人工智能新理論，其最大價值是基于設(shè)備健康狀態(tài)監(jiān)測，預(yù)測狀態(tài)未來的發(fā)展趨勢，在維護機會窗內(nèi)選擇成本最低的維護策略，同時綜合考慮所有設(shè)備的維護需求，制定全局最優(yōu)的維護方案。