基于在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)備預(yù)測性維修研究

李大江

[中圖分類號] TE95

[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A

[文章編號]2095-6487 （2021） 02-0134-03

Predictive Maintenance of Equipment Based on Online Condition Monitoring System

Li Da-jiang

[ Abstract]

nie application ofmechanical equipment is increasing year by year. While improving the productivity of mechanical equipment， thereare some practical problems， such as performance degradation and frequent safety hazards. For equipment users， predictive maintenance should be donewell to greatly improve the utilization rate of equipment. The traditional predictive maintenance method of equipment in the past is facing challenges inthe new era. Using online condition monitoring system for predictive maintenance can timely find equipment problems and formulate feasible maintenancemeasures. This paper first introduces the connotation of predictive maintenance， then analyzes the significance of equipment predictive maintenance， thensummarizes the common problems of current equipment predictive maintenance， and finally explores the practice of online condition monitoring system inequipment predictive maintenance. The purpose is to provide reference for peers， improve the application value of online condition monitoring system， andachieve good results ofpredictive maintenance of equipment.

[ Keywords] equipment; predictive maintenance; online condition monitoring system

近年來，設(shè)備預(yù)測性維修工作備受企業(yè)重視，當(dāng)預(yù)知維修落實(shí)到細(xì)節(jié)，能使設(shè)備保持最佳工作狀態(tài)，并逐漸提高設(shè)備管理有效性。網(wǎng)絡(luò)信息時(shí)代下，在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)順勢而生，設(shè)備預(yù)知維修環(huán)節(jié)使用在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，能夠成功解放勞動力資源，并自動、準(zhǔn)確定位設(shè)備故障，確保設(shè)備在短時(shí)間內(nèi)投用，使企業(yè)設(shè)備維修、養(yǎng)護(hù)成本最小化，最終提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)利潤空間?？梢?，分析在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)在設(shè)備預(yù)測性維修中的應(yīng)用，其現(xiàn)實(shí)性意義較顯著，具體分析如下。

1 預(yù)測性維修的內(nèi)涵

發(fā)達(dá)國家最早提出預(yù)測性維修概念，根據(jù)維修對象的使用狀態(tài)和維修需求進(jìn)行維修實(shí)踐。預(yù)測性維修以故障預(yù)知為目標(biāo)，根據(jù)維修結(jié)果制定故障防控措施，使故障損失最小化，人人提高設(shè)備健康管理水下。

從狹義角度來看，預(yù)測性維修指故障診斷，通過連續(xù)監(jiān)測設(shè)備作業(yè)情況，不定期抽檢，得知設(shè)備是否存在異常，并據(jù)此判斷故障趨勢，使維修工作科學(xué)推進(jìn)。簡言之，設(shè)備維修以故障診斷為導(dǎo)向，維修計(jì)劃靈活制定與實(shí)施。實(shí)際上，這種預(yù)測性維修在規(guī)模化生產(chǎn)企業(yè)中具有普適性，既能提高維修工作的意義，又能豐富維修工作內(nèi)容。從廣義角度來看，預(yù)測性維修具有一體化、綜合化特征，即狀態(tài)監(jiān)測與預(yù)測、故障定位、維修決策等環(huán)節(jié)系統(tǒng)銜接。頇測性維修活動全過程開展，基于監(jiān)測、診斷，重點(diǎn)落實(shí)狀態(tài)預(yù)測工作，最終參照維修決策順利組織維修活動，推動維修管理工作邁向新臺階。

2 設(shè)備預(yù)測性維修的意義

2.1?掌握設(shè)備狀態(tài)

設(shè)備運(yùn)行過程中，表觀狀態(tài)被盡收眼底，但設(shè)備內(nèi)部狀態(tài)無從得知，說明設(shè)備故障風(fēng)險(xiǎn)等級難以確定。當(dāng)預(yù)測性維修工作穩(wěn)步推進(jìn)，能夠連續(xù)監(jiān)測設(shè)備內(nèi)外部狀態(tài)，減少密集維修現(xiàn)象，進(jìn)而延長維修間隔，避免因頻繁維修增加維修成本。足以見之，預(yù)測性維修能夠全而、真實(shí)掌握設(shè)備狀態(tài)，并有效控制維修費(fèi)控。

2.2 預(yù)知潛在故障

預(yù)測性維修直接目的，即降低突發(fā)性故障，滿足連續(xù)生產(chǎn)需求，減少不必要的生產(chǎn)損失。潛在故障排除后，有利于保證生產(chǎn)的穩(wěn)定性和高效性，這對企業(yè)良好形象樹立有促進(jìn)作用。一般來說，信息化技術(shù)輔助故障預(yù)測，所以設(shè)備潛在問題能夠自動化定位，進(jìn)而故障排除活動有序推進(jìn)。

2.3 調(diào)度維修資源

預(yù)測性維修工作過程化落實(shí)，能夠根據(jù)預(yù)測結(jié)果針對性調(diào)度維修資源，實(shí)現(xiàn)低成本、高效率、高質(zhì)量維修目標(biāo)。預(yù)測性維修活動規(guī)范化開展，能為維修實(shí)踐準(zhǔn)備所需資源，還能優(yōu)排設(shè)備，避免出現(xiàn)設(shè)備矛盾使用、維修資源低效利用等現(xiàn)象，真正提高企業(yè)綜合效益。

3 當(dāng)前設(shè)備預(yù)測性維修常見問題

3.1 設(shè)備倍息片面采集

預(yù)測性維修以設(shè)備信息采集為前提，如果信息缺乏完整性和真實(shí)性，那么設(shè)備預(yù)測性維修活動將失去方向，導(dǎo)致設(shè)備故障頻發(fā)，難以滿足連續(xù)生產(chǎn)需求。分析原因可知，設(shè)備數(shù)量過多，并且不同設(shè)備在規(guī)格、工藝等方面存在差異，現(xiàn)有監(jiān)測下臺處于分散狀態(tài)，短時(shí)間內(nèi)未能。實(shí)現(xiàn)設(shè)備信息集中式管控，導(dǎo)致設(shè)備維修、管理工作被動推進(jìn)。長此以往，會降低預(yù)測性維修效率，不利于設(shè)備穩(wěn)定化投用。

3.2信息數(shù)據(jù)低效利用

設(shè)備數(shù)據(jù)獲取后，數(shù)據(jù)挖掘工作停留于表而，數(shù)據(jù)信息未能真實(shí)反映出設(shè)備狀態(tài)，使得預(yù)測性維修工作意義人幅降低。對于維修部門來說，常常出現(xiàn)事后維修、遺漏維修等現(xiàn)象，這既會延長設(shè)備投用時(shí)間，又會提高設(shè)備維修成本，導(dǎo)致企業(yè)綜合效益人幅降低。立足設(shè)備預(yù)測性維修實(shí)際，應(yīng)拓展思路、創(chuàng)新方法，將信息化監(jiān)測系統(tǒng)引入其中，真正彌補(bǔ)傳統(tǒng)設(shè)備維修方法的不足。

4 在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)用于設(shè)備預(yù)測性維修的實(shí)踐分析

4.1總體設(shè)計(jì)

基于系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)安裝數(shù)據(jù)采集服務(wù)器、客戶端計(jì)算機(jī)，以及相關(guān)硬件裝置，借助人數(shù)據(jù)技術(shù)采集設(shè)備數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存儲于數(shù)據(jù)庫。設(shè)備維修人員登錄客戶端之后，實(shí)時(shí)獲取設(shè)備數(shù)據(jù)，從而了解設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)期間，有效使用預(yù)測設(shè)備維修時(shí)間算法，通過設(shè)置參數(shù)、報(bào)警值，實(shí)現(xiàn)故障信息盡早發(fā)現(xiàn)、盡早處理。具體來說，準(zhǔn)確定位測點(diǎn)，利用監(jiān)測系統(tǒng)動態(tài)獲取測點(diǎn)信息，接下來分類存儲歷史數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、報(bào)參信息;基于已知數(shù)據(jù)計(jì)算測點(diǎn)接觸報(bào)警值所需時(shí)間，其中最近時(shí)間代表預(yù)測維修時(shí)間。接下來深層次分析設(shè)備故障成因，主要借助設(shè)備報(bào)警數(shù)據(jù)黑匣子算法查找異常數(shù)據(jù)源，從而確定故障點(diǎn)，指導(dǎo)合理制定故障處理措施。為準(zhǔn)確預(yù)測發(fā)備工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)預(yù)測性維修管理的良性循環(huán)，要求維修人員掌握趨勢報(bào)警內(nèi)涵，并掌握趨勢報(bào)警算法性能要求，在設(shè)備信號監(jiān)測、分析的基礎(chǔ)上，有效預(yù)測設(shè)備運(yùn)行趨勢。

4.2 具體設(shè)計(jì)

借助Web Server技術(shù)實(shí)現(xiàn)在線狀態(tài)監(jiān)測，然而在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)為設(shè)備預(yù)測性維修提供便利的同時(shí)，還存在安全風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)環(huán)境具有開放性，所以會為網(wǎng)絡(luò)黑客攻擊提供機(jī)會。為保證在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)穩(wěn)定性，并真實(shí)、全而地獲取設(shè)備預(yù)測性維修信息，應(yīng)做好網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)工作。具體來說，通過用戶身份認(rèn)證、實(shí)時(shí)監(jiān)控等方法進(jìn)行數(shù)據(jù)加密，避免違規(guī)、違法行為作祟。

在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)期間，以設(shè)備預(yù)測性維修需求為導(dǎo)向，根據(jù)！實(shí)際需求細(xì)分功能模塊，如系統(tǒng)管理、發(fā)備管理、數(shù)據(jù)采集、在線實(shí)測、數(shù)據(jù)分析等模塊。設(shè)備管理者和專業(yè)維修人員借助在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)獲知設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)顯示到軟件平臺，這時(shí)設(shè)備管理者和維修人員等待處理結(jié)果即可，具體得知設(shè)備潛在故障點(diǎn)，進(jìn)而啟動相應(yīng)的處理方案。其中，結(jié)果傳遞方式既可以是短信，電可以是電話、郵件等形式。

4.3 系統(tǒng)實(shí)踐

設(shè)備預(yù)測性維修階段使用在線狀態(tài)}監(jiān)測系統(tǒng)，遵循數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)分析這一流程。

4.3.1 數(shù)據(jù)采集

獲知與設(shè)備故障相關(guān)的數(shù)據(jù)，如設(shè)備屬性、投用環(huán)境、故障與維修記錄、運(yùn)行狀態(tài)、異常信息。通過在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)了解設(shè)備生產(chǎn)商的相關(guān)信息，對比同類設(shè)備在型號、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)日期、工藝等方面的異同點(diǎn)，擇優(yōu)采購適宜的生產(chǎn)設(shè)備。設(shè)備在差異化運(yùn)營環(huán)境中的表現(xiàn)非同，利用在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)快速篩選出適合運(yùn)行環(huán)境的設(shè)備，這既能發(fā)揮設(shè)備性能，又能降低設(shè)備故障率。故障記錄數(shù)據(jù)獲取時(shí)，既可以運(yùn)用人工經(jīng)驗(yàn)法，又可以借助預(yù)測模型，從而提取故障信息。一般來說，維修人員通過故障報(bào)告、在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)故障記錄得知故障位置，以及故障產(chǎn)生的時(shí)間。維修記錄獲取時(shí)，工作人員要保持嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真態(tài)度，調(diào)查以往歷史數(shù)據(jù)的同時(shí)，實(shí)時(shí)獲取設(shè)備狀態(tài)信息，通過總結(jié)維修活動規(guī)律，針對性制定故障預(yù)測性維修計(jì)劃，這能為設(shè)備高質(zhì)量管理奠定良好基礎(chǔ)。運(yùn)行狀態(tài)信息具有實(shí)時(shí)性，基于在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)傳感器動態(tài)獲取狀態(tài)參數(shù)，并主動向業(yè)務(wù)專家請教數(shù)據(jù)信息的深層含義，為后期設(shè)備預(yù)測性維修提供支持。

4.3.2 數(shù)據(jù)傳輸與存儲

借助無線網(wǎng)絡(luò)完成設(shè)備數(shù)據(jù)向本地服務(wù)器的傳送，并妥善安裝數(shù)據(jù)采集器，合理設(shè)置內(nèi)在程序，以便為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)共享提供服務(wù)。同時(shí)構(gòu)建核心數(shù)據(jù)庫，滿足數(shù)據(jù)源實(shí)時(shí)采集、安全傳輸?shù)刃枨螅唧w落實(shí)網(wǎng)絡(luò)隔離工作，盡可能減少黑客攻擊現(xiàn)象。數(shù)據(jù)存儲的過程中，文件存儲方式最為常見，基于系統(tǒng)化存儲機(jī)制以及多樣數(shù)據(jù)層級，順利完成數(shù)據(jù)安全化、高效化存儲任務(wù)。4.3.3數(shù)據(jù)分析

預(yù)測分析技術(shù)是設(shè)備預(yù)測性維修的關(guān)鍵性技術(shù)，利用多參數(shù)預(yù)測法滿足數(shù)據(jù)人量計(jì)算、高級建模等需求，在多個模塊協(xié)配下，預(yù)測性得知設(shè)備故障點(diǎn)以及潛在故障發(fā)生的原因。報(bào)警觸發(fā)限值設(shè)定時(shí)，考慮到觸發(fā)警報(bào)信息傳遞的時(shí)效性，所以合理化設(shè)計(jì)，減少誤判頻次，人人提高預(yù)測性診斷的準(zhǔn)確性。

4.3.4在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)優(yōu)化

設(shè)備預(yù)測性維修要求逐漸提高，為確保設(shè)備常態(tài)投用，應(yīng)動態(tài)優(yōu)化在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，以便更好地服務(wù)于設(shè)備全生命周期質(zhì)量管控。立足設(shè)備應(yīng)用實(shí)際，設(shè)備長時(shí)間投用的同時(shí)，相關(guān)參數(shù)隨之變化，從歷史數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)更新速度方而能夠看出。基于數(shù)字雙胞胎理論進(jìn)行故障預(yù)測，推動設(shè)備健康管理工作有序開展。此外，多次組織設(shè)備維護(hù)性訓(xùn)練活動，并具體記錄訓(xùn)練信息，通過信息前后對比具體掌握維護(hù)性訓(xùn)練成效，為設(shè)備預(yù)測性維修提供可靠保障。

4.4 實(shí)踐案例2019年3月某地區(qū)化工行業(yè)機(jī)器運(yùn)動部件

齒輪副信息異常顯示，故障診斷人員利用在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)調(diào)取歷史數(shù)據(jù)和相關(guān)數(shù)據(jù)，分析齒輪副異常振動產(chǎn)生的原因，并與預(yù)測性維修中心取得聯(lián)系，以郵件發(fā)送的形式進(jìn)行齒輪副描述。預(yù)測性維修中心收到郵件后及時(shí)處理將設(shè)備振動幅度恢復(fù)常態(tài)。具體處理過程如下：在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)顯示齒輪副異常信息的當(dāng)天，發(fā)現(xiàn)齒輪副因磨損導(dǎo)致微量金屬粉與潤滑油摻雜，經(jīng)檢測潤滑油內(nèi)出現(xiàn)粒徑較人微量金屬粉顆粒，致使運(yùn)動部件發(fā)生磨損，所以齒輪副加速度的變化情況不同于往常，這引起了在線監(jiān)測人員的重視，監(jiān)測人員借助在線監(jiān)測系統(tǒng)總結(jié)加速度數(shù)值變化規(guī)律。密切觀察3h后，齒輪副運(yùn)動速度遲緩，這時(shí)監(jiān)測人員向預(yù)測性維修中心尋求幫助，希望預(yù)測性維修中心在齒輪副故障處理中給出可行性建議。在預(yù)測性維修中心的幫助下，齒輪副維修人員及時(shí)更換新的齒輪副，并適當(dāng)校正機(jī)器運(yùn)動部件位置，避免出現(xiàn)部件磨損現(xiàn)象，4h后發(fā)現(xiàn)齒輪副工況達(dá)到正常狀態(tài)。

5 結(jié)束語

綜上所述，設(shè)備健康管理活動開展得如火如茶，網(wǎng)絡(luò)信息時(shí)代下，利用在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)備預(yù)測性維修實(shí)踐，從而掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、預(yù)知潛在故障、調(diào)度維修資源，使設(shè)備在企業(yè)生產(chǎn)與管理中有效運(yùn)用，一定程度上提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，并提高設(shè)備現(xiàn)代化管理水下。

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