設備資產(chǎn)績效管理系統(tǒng)在火電廠的應用

劉宏芳，封立林，何麗華，廖常春，張珅赫，楊曉霞

(1.浙江浙能電力股份有限公司，浙江 杭州 310007；2.浙江浙能臺州第二發(fā)電有限責任公司，浙江 臺州 317109；3.杭州培慕科技有限公司，浙江 杭州 310000)

隨著電力體制的改革，越來越多的火電廠開始采用計算機軟件系統(tǒng)提升電廠資產(chǎn)管理的水平。然而，目前火電廠采用的企業(yè)資源計劃管理系統(tǒng)(ERP)是以經(jīng)營管理業(yè)務為核心驅(qū)動，對于設備資產(chǎn)管理和維修的業(yè)務并不專注。

以可靠性為中心的維修(reliability centered maintenance，RCM)是目前國際上通用的，用以確定資產(chǎn)預防性維修需求、優(yōu)化維修管理模式的一種系統(tǒng)工程方法。它是根據(jù)設備的可靠性狀況，以最少的維修資源消耗，運用邏輯決斷方法來確定所需的維修內(nèi)容、維修類型、維修間隔周期及維修級別，判定出預防性維修大綱，從而達到優(yōu)化維修的目的。

本文介紹的資產(chǎn)管理系統(tǒng)，依據(jù)RCM理論在統(tǒng)一的業(yè)務基礎軟件平臺上，構建資產(chǎn)數(shù)據(jù)、風險矩陣分析、RCM分析、維修計劃管理、維修記錄回歸、資產(chǎn)績效評估與優(yōu)化、設備健康和資產(chǎn)知識庫等8個業(yè)務處理和決策支持模塊，通過各模塊協(xié)同作用，以提高維修工作效率、降低電廠維護成本，實現(xiàn)電廠利潤最大化。

1 系統(tǒng)功能模塊組成

1.1 系統(tǒng)概述

為滿足電廠設備資源管理的需求，本系統(tǒng)結合RCM的理念，通過分析設備的關鍵性及故障模式，擴展集成其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，關注設備的可靠性和狀態(tài)，輔助選擇最合適的維修方式來指導維修。系統(tǒng)以合理的邏輯決斷方法來確定不同設備所需的維修內(nèi)容、間隔周期和級別，以達到優(yōu)化維修，滿足電廠管理的目標。系統(tǒng)的簡要流程圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)流程圖

1.2 系統(tǒng)功能模塊組成

1.2.1 企業(yè)資產(chǎn)數(shù)據(jù)

資產(chǎn)數(shù)據(jù)管理模塊通過對企業(yè)資產(chǎn)進行分解梳理、邏輯分析，幫助企業(yè)理清設備之間的關系，形成含有豐富信息的企業(yè)資產(chǎn)結構樹，形成與現(xiàn)場對應的設備數(shù)字孿生，并為進一步的風險分析和RCM分析等提供依據(jù)。同時，資產(chǎn)結構樹上也能集成顯示關鍵績效指標，根據(jù)業(yè)務運營和設備運行的變化，動態(tài)展示與設備可靠性、可用性相關的關鍵績效指標，提供直觀圖形化展示，可在單個界面中分組顯示多個性能指標。

1.2.2 風險矩陣分析

風險矩陣是以法律法規(guī)、標準、規(guī)范和所屬企業(yè)的要求為基礎，考慮風險、成本與績效等維度，量化設備管理目標，從而形成的企業(yè)數(shù)字化的標準。通過該模塊對設備定期評審并更新，可以確定設備風險等級。決策者根據(jù)風險矩陣評估的結果，結合當前階段全廠維修管理的目標，得出適合本廠的維修策略。對設備故障導致事故的風險評估，通過風險辨識確定事故的危害及嚴重程度，與事件發(fā)生的可能性乘積共同來確定風險的大小，并用不同的顏色直觀反映風險結果，如圖2所示。

圖2 風險矩陣分析

1.2.3 RCM分析

按ISO 14224標準將機組劃分為系統(tǒng)、設備、部件等級別，確定設備的串并聯(lián)關系，同時將設備故障模式與設備的部件關聯(lián)，對設備的故障原因、故障模式進行清晰的定義與管理。通過引導方式的故障模式與影響分析(FMEA)，對部件級別的故障模式、故障后果等因素進行全面梳理與管理。通過建立資產(chǎn)結構樹，分析設備中每個部件的故障對系統(tǒng)或機組的影響，建立常用的部件維修策略，同時為模擬提供資產(chǎn)結構模型基礎。

1.2.4 維修記錄回歸分析

本模塊能夠在收集歷史檢維修數(shù)據(jù)之后，形成歷史維修記錄庫。使用威布爾分布曲線方式，對設備的歷史檢維修數(shù)據(jù)進行回歸分析，獲得故障原因的平均故障間隔周期，用于更新資產(chǎn)結構樹模型，使得資產(chǎn)結構模型更加貼近實際。這一獨特的數(shù)據(jù)庫反映了設備中各個單元或整個機組的故障規(guī)律，并且能有效地避免在使用通用知識庫時所產(chǎn)生的誤導性結果。

1.2.5 資產(chǎn)績效模擬與優(yōu)化

設備資產(chǎn)績效模擬優(yōu)化技術(RAM)是基于設備的歷史故障數(shù)據(jù)，在對機組及設備的故障原因與故障模式、檢維修策略進行建模后，調(diào)用系統(tǒng)中的算法，基于設備可靠性和平均無故障時間，完成對維修策略的模擬評估。通過定性與定量分析技術的結合，對機組或設備的可靠性、可用性和可維護性進行分析、評估及優(yōu)化，得到對未來的生產(chǎn)能力、效益預測的報告。評估不同的維修策略對可用性、可靠性等的影響，可確定其經(jīng)濟風險和故障損失的大小。發(fā)現(xiàn)維修策略的薄弱環(huán)節(jié)，可進行優(yōu)化并加以改善。根據(jù)風險排序，制訂有針對性的檢維修策略、大小修計劃，輔助決策檢修設備范圍、檢修部件和內(nèi)容。

1.2.6 設備健康管理

本模塊用于建立設備異常參數(shù)與設備故障模式的關聯(lián)關系，接收設備狀態(tài)的實時數(shù)據(jù)、故障信息等影響設備可靠度的數(shù)據(jù)和信息。通過設備建模和模擬評估，綜合判斷設備的當前狀態(tài)，為用戶提供需關注的設備清單，實現(xiàn)智能分析和輔助決策，幫助企業(yè)提高設備監(jiān)測和狀態(tài)評估效率。其主要實現(xiàn)以下兩種功能。

1)建設設備的實時數(shù)據(jù)預警模型：以行業(yè)標準預警模型為基礎，結合企業(yè)機組和設備特點，利用現(xiàn)有的PI系統(tǒng)獲取設備的實時數(shù)據(jù)，構建企業(yè)特有的設備故障預警模型。

2)構建預警信息與設備故障庫的邏輯關系：結合智能生產(chǎn)應用系統(tǒng)的設備層級預警信息，通過行業(yè)知識庫和企業(yè)經(jīng)驗沉淀，建設設備預警信息與設備部件故障的邏輯關系，實現(xiàn)預警信息與設備部件故障現(xiàn)象及故障原因的關聯(lián)關系，實現(xiàn)預警、診斷和處理措施的有機結合。

1.2.7 維修策略計劃管理

企業(yè)在設備維護管理中采用不同策略，如基于設備狀況的維修(CBM)、預防性維修(PM)或僅在設備運行至故障后進行事后維修(CM)。用戶借助軟件功能，使用專業(yè)的數(shù)學量化分析方法，對比所有相關成本、設備的維護及可靠性在實施該方案前后的變化等，結合可靠性分析理論和企業(yè)的實際管理經(jīng)驗，根據(jù)業(yè)務運營和設備運行的不斷變化，創(chuàng)建、分析和調(diào)整與公司運營目標相一致的維修策略。最終實現(xiàn)確保設備最佳的可靠性水平、最優(yōu)的設備性能及整個設備管理程序的有效性。

1.2.8 資產(chǎn)知識庫

系統(tǒng)提供標準故障庫，包含設備故障模式和故障原因庫等，為企業(yè)構建以可靠性為中心的設備管理系統(tǒng)快速搭建提供基礎。同時，充分利用信息手段實現(xiàn)經(jīng)驗積累與知識共享，將維修人員的知識轉(zhuǎn)化成企業(yè)特色的知識庫，建立字段間關聯(lián)關系，固化專家經(jīng)驗，形成標準化的維修技術步驟和流程。通過管理系統(tǒng)將優(yōu)化企業(yè)內(nèi)的各部門以設備的運行、維護維修為主線的業(yè)務流程。

2 應用

通常電廠的維修管理目標可以分為提高設備可靠性、控制成本或者控制風險這幾個方面。但是電廠的人力和物力有限，設備的狀態(tài)也是各不相同，無法做到面面俱到，所以維修計劃需要有取舍，相應的維修管理目標也會隨著生產(chǎn)運營的狀況，在不同時期會有不同的側(cè)重點。在系統(tǒng)應用方面，可以將風險矩陣與維修策略評估的模塊結合，考慮全廠維修管理的目標，得出適合本廠的維修策略。

在系統(tǒng)中，風險矩陣功能為用戶提供了各設備或整個機組中各故障原因的風險分布與統(tǒng)計數(shù)據(jù)。用戶可以根據(jù)自己的標準定制不同的風險矩陣，將RCM分析過程中建立的所有故障原因在風險矩陣中的分布進行計算和展示。

建設過程中需要將管理目標量化，在安全、生產(chǎn)等管理維度，根據(jù)失效后果，結合平均故障時間，建立企業(yè)管理目標相關的風險矩陣。將設備的每個部件級別的故障原因?qū)暮蠊燃壎炕螅Y合RAM模擬與風險矩陣，判斷維修策略與管理目標的偏差，進行策略的優(yōu)化。優(yōu)化的決策邏輯如圖3所示。

圖3 決策邏輯圖

在實際應用中，首先根據(jù)發(fā)生的事故后果和可能性定義風險矩陣。下面以通過風險矩陣以確定過修對象為例進行說明，過修對象存在以下的特點：故障發(fā)生概率較低；故障后果不嚴重；有預防性維修策略。上述條件同時滿足的情況下，可認為該部件存在過修的可能性，考慮通過減少維修策略或者延長檢修周期來節(jié)約成本。

圖4所示為某臺設備按照原定的所有部件每2年進行1次檢修的策略，通過RAM模擬后，得到該設備的部件故障的風險分布，其中平均故障時間位于風險矩陣的左上方的則為過修的部件。點擊數(shù)字后查看具體部件模擬所得的平均故障間隔，如圖5所示。

圖4 風險矩陣案例

圖5 過修部件案例

此時，2年1次的維修中，維修內(nèi)容減少，過修的項目減少，通過圖6的風險矩陣分析可知，設備的風險沒有增加。此外，圖7中將2種維修方式模擬報告的設備可靠度進行比較，在減少了檢修項目之后，模擬得到的設備可靠度只減少了0.02。那么，可認為這是可行的維修策略優(yōu)化方案。

圖6 風險矩陣對比

圖7 可靠度對比圖

同樣可通過以下幾個條件來確定欠修對象：處于風險矩陣高風險區(qū)域及臨界區(qū)域的故障原因；對系統(tǒng)可用性影響較高；缺少維修策略或者維修措施。上述條件同時滿足的情況下，則是重點關注和研究的欠修對象。

3 結語

本文通過信息化系統(tǒng)的建立，完成電廠設備資產(chǎn)臺賬的完善、設備信息集中展示分析、電廠設備的定性定量分析、相關維修策略的分析，并與企業(yè)管理目標相結合，進行了統(tǒng)一的設備管理規(guī)劃，優(yōu)化了設備的維修策略，以確?；痣姀S機組的安全、可靠、經(jīng)濟、高效運行。