基于數(shù)據(jù)分析的電力設(shè)備預(yù)防性維修探微

曹慎亮

摘 要：通過(guò)設(shè)備的各種傳感器積累的大量數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行分析模擬，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的預(yù)防性維修。結(jié)合數(shù)據(jù)分析結(jié)果實(shí)現(xiàn)與EAM和ERP應(yīng)用的融合是實(shí)現(xiàn)IT與OT的融合方向，也是設(shè)備數(shù)據(jù)分析對(duì)于維修管理提升的必然選擇，并探討了數(shù)據(jù)分析的電力設(shè)備預(yù)防性維修應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)分析；電力設(shè)備；預(yù)防性維修

信息管理是現(xiàn)代企業(yè)管理的主要手段，也是當(dāng)代企業(yè)在日益殘酷的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境下生存的保障。企業(yè)管理的實(shí)質(zhì)就是對(duì)企業(yè)信息的獲取、分析、掌控和有效利用，而信息系統(tǒng)建設(shè)也成為提高企業(yè)管理水平、提升決策效率的有效手段。根據(jù)統(tǒng)計(jì)到2020年，中國(guó)的數(shù)據(jù)量將飛速增長(zhǎng)，突破8ZB，有價(jià)值數(shù)據(jù)將會(huì)增長(zhǎng)25倍。從電力企業(yè)應(yīng)用的需求層面來(lái)看，大數(shù)據(jù)應(yīng)用的需求主要集中在運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)分析、設(shè)備數(shù)據(jù)分析，而設(shè)備數(shù)據(jù)分析包括了：設(shè)備構(gòu)成分析、設(shè)備動(dòng)態(tài)信息分析、設(shè)備檢修分析、設(shè)備缺陷分析以及設(shè)備試驗(yàn)分析。因此，如何通過(guò)設(shè)備的各種傳感器積累的大量數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行分析模擬，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的預(yù)防性維修，從而在一定程度上取代原有的業(yè)務(wù)模式，降低對(duì)設(shè)備定期的巡檢、點(diǎn)檢工作，即提高了生產(chǎn)安全，也降低了生產(chǎn)成本。

1 電力設(shè)備故障及數(shù)據(jù)分析

1.1 電力設(shè)備故障

電力行業(yè)發(fā)電機(jī)設(shè)備的種類很多，但設(shè)備的工作原理大體相同，其構(gòu)造的一般原則是：用適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電導(dǎo)磁材料構(gòu)成互相進(jìn)行電磁感應(yīng)的磁路和電路，以產(chǎn)生電磁功率，達(dá)到能量轉(zhuǎn)換的目的。很多原因可以引起電力設(shè)備異常振動(dòng)：這些原因可能是設(shè)備在設(shè)計(jì)階段、設(shè)備制造階段的原因，也有可能是設(shè)備在運(yùn)行管理時(shí)異常振動(dòng)導(dǎo)致，還可能是在安裝、調(diào)試、運(yùn)行等方面的原因。

基于構(gòu)造特性，電力設(shè)備故障特點(diǎn)總結(jié)如下：（1）可以直接觸發(fā)主要設(shè)備的振動(dòng)，也可以間接觸發(fā)主要設(shè)備的振動(dòng)，造成電廠電力設(shè)備故障；（2）設(shè)備組件之間相互影響，并且變量之間還會(huì)進(jìn)一步相互影響，相關(guān)性強(qiáng)，例如溫度與電容的正相關(guān)關(guān)系；（3）電力設(shè)備振動(dòng)的組成設(shè)備與組件不同，可能異常振動(dòng)并發(fā)產(chǎn)生。

1.2 數(shù)據(jù)分析的任務(wù)

IT和OT的融合，就是將IT的企業(yè)管理能力與OT的工業(yè)儀器能力進(jìn)行整合。目前這些系統(tǒng)一致都是獨(dú)立存在，如果將這兩種技術(shù)進(jìn)行融合必然會(huì)具有明顯的優(yōu)勢(shì)。根據(jù)整體數(shù)據(jù)場(chǎng)景應(yīng)用角度設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)架構(gòu)設(shè)計(jì)，分為3個(gè)部分：

（1）數(shù)據(jù)獲取：根據(jù)電力設(shè)備故障特點(diǎn)設(shè)置傳感器采集頻率和范圍，設(shè)備本身的技術(shù)參數(shù)也很關(guān)鍵，一并收集。

（2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理與分析：就是從數(shù)據(jù)利用、數(shù)據(jù)分析的角度，對(duì)于已經(jīng)獲取到的參數(shù)數(shù)據(jù)、運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行加工、處理和分析。

（3）分析結(jié)果展現(xiàn)與應(yīng)用：R語(yǔ)言自帶分析工具、語(yǔ)法，結(jié)合SAP集成和可視化工具，對(duì)于數(shù)據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行展示。

基于以上設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)架構(gòu)，結(jié)合實(shí)際設(shè)備管理和檢修管理的要求，對(duì)于收集到的設(shè)備參數(shù)和運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析工作，得到的結(jié)果可以通過(guò)分析、應(yīng)用和可視化等工具進(jìn)行展現(xiàn)，也可以和企業(yè)的EAM、ERP、CRM、呼叫中心、營(yíng)銷自動(dòng)化等應(yīng)用數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)合，讓數(shù)據(jù)挖掘與數(shù)據(jù)分析幫助業(yè)務(wù)提升價(jià)值。

2 數(shù)據(jù)分析的電力設(shè)備檢修維護(hù)管理

EAM，即企業(yè)設(shè)備檢修維護(hù)管理系統(tǒng)，常被用在電力、能源、鋼鐵等資產(chǎn)密集行業(yè)。設(shè)備維護(hù)管理系統(tǒng)的主要目的是大量減少非計(jì)劃停機(jī)時(shí)間、對(duì)于資產(chǎn)實(shí)際績(jī)效實(shí)現(xiàn)可視化管理、改變?cè)O(shè)備修理時(shí)間過(guò)長(zhǎng)現(xiàn)象、實(shí)現(xiàn)設(shè)備可靠性管理，同步降低在設(shè)備方面不必要的成本投入。電力行業(yè)特別是發(fā)電企業(yè)，要求生產(chǎn)與業(yè)務(wù)一體化管理，而EAM就是以資產(chǎn)模型、設(shè)備臺(tái)帳為基礎(chǔ)，加強(qiáng)低成本預(yù)算，從傳統(tǒng)的計(jì)劃?rùn)z修提升為預(yù)防性維修。結(jié)合數(shù)據(jù)分析結(jié)果實(shí)現(xiàn)與EAM和ERP應(yīng)用的融合是實(shí)現(xiàn)IT與OT的融合方向，也是設(shè)備數(shù)據(jù)分析對(duì)于維修管理提升的必然選擇。

基于數(shù)據(jù)分析方法的設(shè)備維護(hù)管理的流程，流程描述如下：設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)在實(shí)際維修業(yè)務(wù)過(guò)程中，是通過(guò)設(shè)備集成組件、傳感器或自動(dòng)化控制系統(tǒng)DCS、電廠SIS系統(tǒng)傳輸來(lái)的設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，可以實(shí)時(shí)反應(yīng)主要設(shè)備機(jī)組的運(yùn)行狀況，經(jīng)過(guò)維修工程師確認(rèn)后，數(shù)據(jù)進(jìn)入EAM/ERP系統(tǒng)中，自動(dòng)觸發(fā)設(shè)備缺陷，產(chǎn)生響應(yīng)的維修計(jì)劃和物流需求，EAM系統(tǒng)可以自動(dòng)創(chuàng)建工單并傳遞至維護(hù)班組，維護(hù)班組通過(guò)系統(tǒng)安排維修工程師或維修技工執(zhí)行維修作用。同時(shí)，如果需要外委服務(wù)采購(gòu)或在維修工作中需要更換備品備件，自動(dòng)觸發(fā)采購(gòu)申請(qǐng)，進(jìn)入采購(gòu)管理環(huán)節(jié)。從采購(gòu)管理的源頭分析，客戶、工廠維護(hù)、項(xiàng)目管理、服務(wù)等部門均可以觸發(fā)，進(jìn)入至標(biāo)準(zhǔn)的采購(gòu)管理環(huán)節(jié)，涉及采購(gòu)服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)、供應(yīng)源、供應(yīng)商選擇等環(huán)節(jié)。

3 數(shù)據(jù)分析的電力設(shè)備預(yù)防性維修應(yīng)用

3.1 集合數(shù)據(jù)分析與設(shè)備維護(hù)管理的應(yīng)用分析

集合數(shù)據(jù)分析與設(shè)備檢修維護(hù)管理的場(chǎng)景設(shè)計(jì)，就是基于預(yù)防維護(hù)服務(wù)及技術(shù)基礎(chǔ)提供了一個(gè)IT/OT數(shù)據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景，通過(guò)來(lái)自諸如ERP、EAM的 IT數(shù)據(jù)映射到對(duì)應(yīng)的機(jī)器數(shù)據(jù)模型和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)模型與來(lái)自設(shè)備OT數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了IT/OT數(shù)據(jù)的融合。傳感機(jī)數(shù)據(jù)除了測(cè)量值以外，還可以包含地理空間數(shù)據(jù)、診斷數(shù)據(jù)或者重點(diǎn)設(shè)備事件數(shù)據(jù)。業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)包含維修信息、維修和采購(gòu)歷史、設(shè)備臺(tái)賬、設(shè)備制造商信息、生產(chǎn)和風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)。結(jié)合數(shù)據(jù)分析的設(shè)備維護(hù)管理可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于設(shè)備機(jī)器主要狀態(tài)數(shù)據(jù)的檢測(cè)，預(yù)防異常產(chǎn)生，結(jié)合設(shè)備管理，可以設(shè)置設(shè)備維護(hù)或服務(wù)的優(yōu)先級(jí)，結(jié)合采購(gòu)與庫(kù)存管理，甚至可以優(yōu)化保修和零配件的管理，例如進(jìn)一步優(yōu)化安全庫(kù)存，另外，對(duì)于設(shè)備設(shè)計(jì)制造也有重要意義。

這些意義包含：（1）故障診斷，快速響應(yīng)維護(hù)條件，并積極采取行動(dòng)。（2）基于數(shù)據(jù)分析，對(duì)系統(tǒng)故障進(jìn)行識(shí)別、隔離并恢復(fù)。（3）根據(jù)最新的詳細(xì)信息，按績(jī)效派遣技術(shù)人員提供服務(wù)。（4）優(yōu)化資產(chǎn)管理，追蹤和監(jiān)控資產(chǎn)位置，并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程維護(hù)。（5）自動(dòng)訂購(gòu)零部件與耗材，實(shí)現(xiàn)收入最大化。

3.2 基于數(shù)據(jù)分析的設(shè)備狀態(tài)維修管理

結(jié)合數(shù)據(jù)分析成果、檢修實(shí)際業(yè)務(wù)，在研究了檢測(cè)診斷系統(tǒng)框架的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了如下應(yīng)用架構(gòu)模型涉及如下5個(gè)層次：

（1）數(shù)據(jù)集成：獲取來(lái)自業(yè)務(wù)集成數(shù)據(jù)（IT）與設(shè)備集成數(shù)據(jù)（OT），實(shí)現(xiàn)集成與融合。

（2）可預(yù)測(cè)維修與服務(wù)：實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)集成數(shù)據(jù)（IT）與對(duì)象設(shè)備集成數(shù)據(jù)（OT）的關(guān)聯(lián)，有些數(shù)據(jù)來(lái)自第三檔數(shù)據(jù)集成平臺(tái)。核心技術(shù)與算法在此層次進(jìn)行落地。

（3）可視化展示，包含：標(biāo)簽云、聚類圖、空間信息流、熱圖、信息推送。

（4）狀態(tài)監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)服務(wù)，包含：設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)與故障診斷。

（5）為客戶提供的增值服務(wù)，把預(yù)防性維修業(yè)務(wù)最高一層是為客戶提供了增值服務(wù)，驅(qū)動(dòng)進(jìn)行商業(yè)模式的創(chuàng)新，經(jīng)過(guò)創(chuàng)新，構(gòu)建了預(yù)防性維修的生態(tài)圈。

此架構(gòu)對(duì)于設(shè)備擁有方和設(shè)備設(shè)計(jì)制造廠商均有實(shí)際意義。對(duì)于設(shè)備制造廠商，在工業(yè) 4.0背景下，中國(guó)政府提出中國(guó)制造2025計(jì)劃以提升中國(guó)制造業(yè)的能力，開(kāi)展預(yù)防性的維修管理可以提升設(shè)備管理能力，是實(shí)現(xiàn)“智能制造”的必然選擇，本質(zhì)上講，是“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下的工業(yè)信息化的深度應(yīng)用。“智能制造”，本質(zhì)上講，是實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、制造、管理、服務(wù)等4個(gè)方面的智能化。基于數(shù)據(jù)分析進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)維修管理可以提升設(shè)備管理能力，是實(shí)現(xiàn)“制造智能化”和“服務(wù)智能化”的核心。

綜上所述，利用數(shù)據(jù)分析可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)設(shè)備信息，及時(shí)進(jìn)行干預(yù)維護(hù)，幫助用戶預(yù)測(cè)未來(lái)可能出現(xiàn)的機(jī)器和部件故障，進(jìn)而提高設(shè)備可靠性、提升設(shè)備管理效率并降低維護(hù)成本。具體體現(xiàn)在：（1）降低運(yùn)營(yíng)和維護(hù)成本。通過(guò)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)和通知流程，提高資產(chǎn)生產(chǎn)率。（2）提高可靠性和可見(jiàn)性。通過(guò)狀態(tài)檢修程序和工具，提高資產(chǎn)可用性。（3）改善現(xiàn)金流：降低備件庫(kù)存水平最大限度地減少計(jì)劃外設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)間。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)基于數(shù)據(jù)分析進(jìn)行電力設(shè)備狀態(tài)檢修的應(yīng)用可以為企業(yè)高層決策者提供決策依據(jù)。設(shè)備數(shù)據(jù)與主營(yíng)業(yè)務(wù)生產(chǎn)、財(cái)務(wù)、物資、人力資源、工程管理等管理領(lǐng)域的經(jīng)營(yíng)數(shù)據(jù)融合應(yīng)用是未來(lái)大數(shù)據(jù)應(yīng)用的方向和價(jià)值方向。通過(guò)IT數(shù)據(jù)與OT數(shù)據(jù)的融合實(shí)現(xiàn)。例如通過(guò)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)與庫(kù)存管理備品備件數(shù)據(jù)的融合，指導(dǎo)采購(gòu)的同時(shí)，啟動(dòng)實(shí)現(xiàn)減少庫(kù)存的目標(biāo)，可以幫助進(jìn)行管理提升。現(xiàn)在的企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，需要實(shí)時(shí)的進(jìn)行決策或者指導(dǎo)決策，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的管理和應(yīng)用成為未來(lái)發(fā)展的方向。

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（作者單位：神華國(guó)能和豐煤電有限公司）