基于物聯網技術的設備潤滑服務模式轉型

眭瑞燕，李翊，劉春濤

(中國石油潤滑油公司，北京 100028)

0 引言

潤滑管理是設備管理的重要組成部分，設備安全與潤滑安全息息相關。潤滑油在機械的傳動和設備保護中均起到重要作用，主要起潤滑、冷卻、防銹、清潔、密封和緩沖等作用[1]，潤滑油狀況反映了設備狀況，以維修計劃來避免潛在的重大隱患，從而減低生產成本，提高生產率，在保證機械設備安全、經濟、環保、穩定運行的前提下，找到檢修成本控制的平衡點，同時達到最佳的設備綜合效率與最小的檢修成本[2-3]。國內外大量的設備故障統計資料表明，80%的設備失效是因為潤滑故障導致異常磨損所引起的，而摩擦消耗的能源占總能源消耗的1/3-2/3[4]。

2017年3月5日, 在《2017年政府工作報告》里, 李克強總理指出, 要大力改造提升傳統產業, 深入實施“中國制造2025”,加快大數據、云計算、物聯網應用, 以新技術新業態新模式,推動傳統產業管理和營銷轉型[5]。隨著先進制造業的深入發展，精密、自動化設備對高端潤滑油的需求量會急劇增加[6]。設備潤滑安全是防止和延緩設備磨損的重要手段。設備油液在線監測技術已成為當前設備潤滑磨損失效診斷技術重要發展熱點和趨勢之一[7-8]。

物聯網被視為繼計算機、互聯網和移動通訊后的又一次信息產業革命性發展[9]。在設備制造和潤滑行業，利用現代最新物聯網傳感技術和網絡技術，遠程采集到設備運行參數和關鍵潤滑參數，實現從數據源到服務端的無縫連接，通過調用數據處理算法邏輯，對數據進行各種組合處理分析，判斷設備的運行狀態，建立設備潤滑物聯網平臺和管理體系，可實現遠程實時監控和診斷，實現按質換油，為設備提供全生命周期潤滑服務和技術支持，最終實現服務模式轉型。

1 潤滑油液檢測現狀

潤滑油液檢測最早是采用離線取樣，送至實驗室分析的方式。這種方式準確性高，但也存在諸多不便。實驗室檢測設備造價高，需要專業人員操作，只能在固定的地方檢測，時效性差。后來催生出便攜式檢測設備，取樣后可及時出結果解決了時效性差的問題。但這兩種方式均是離線監測，需要取樣才可以檢測。據統計，離線監測分析的結果有50%沒有發現問題，45%顯示失效即將發生，僅5%檢測出嚴重問題[10]。油液離線檢測方式越來越不能滿足對現代設備長周期連續不間斷的檢測需求。

2011年6月，在武漢理工大學召開的在線油液監測技術專題研討會上，與會專家學者一致認為在線監測將成為油液監測技術的主要發展方向與設備運行狀態監測不可或缺的組成部分[11]。油液在線監測技術設備不停機、不解體的情況下，通過在線傳感器監測潤滑油液的理化指標、污染情況和顆粒信息，判斷油液的使用性能[12]。對在用油的理化性能參數進行連續不間斷的原位監測，根據所監測的潤滑油的參數趨勢變化來判定或預測系統或設備的運行工況和狀態，診斷系統或設備的異常運行部件，從而有效及時避免故障或生產事故發生。油液在線監測消除了人為不確定性因素，取樣和檢測幾乎同時進行[13]，降低人工成本，特別是有些特殊環境下運作的設備取樣困難大；樣品避免了二次污染風險；實時讀取，時效性強。

根據設備的實際工況，確定了潤滑油在線監測三維六個指標體系，即理化指標、磨損指標、綜合品質指標，三種指標互相補償，能夠科學合理地判定潤滑油工作狀態和設備磨損狀態[14-15]。隨著物聯網技術的落地，油液在線監測已經成為可能，也逐步應用到設備管理中。

2 設備潤滑物聯網平臺技術方案

設備潤滑物聯網平臺(以下簡稱平臺)主要包括采集、傳輸、存儲、分析、展示五大核心組件，實現實時監測、預警預測、數據分析、數據整合、安全評估、應急指揮六大核心功能，見圖1。

圖1 設備潤滑物聯網平臺技術架構

2.1 采集系統

(1)油液指標采集傳感器。是指在設備不停止工作的情況下，在潤滑油箱或者管路上，安裝在線傳感器對油品的理化指標進行連續的采集，根據油品指標變化對設備運行進行判斷或預測。這是平臺的技術關鍵和技術難點。目前較成熟的傳感器包括溫度、黏度、污染顆粒、介電常數等。

(2)平臺與傳感器數據對接。平臺通過多種通信采集規約庫接收油品傳感器數據，平臺支持RS232/485、撥號、電臺、GSM、GPRS、TCP/IP、UDP/IP等多種數據方式。可以同時采集多個不同設備的數據，進行數據集中匯總、分類和預處理，并提供對外開放數據接口，為第三方系統提供數據服務。

2.2 傳輸系統

基于物聯網標準協議的數據傳輸中間件，支持分布式多節點集群架構，實現實時數據的傳輸、訂閱、分發，消息推送、實時統計、實時在線。傳輸方式靈活多樣，根據需要進行不同的方式。有線傳輸方式主要有電線載波或載頻、同軸線、開關量信號線、RS232串口、RS485、USB等；近端無線傳輸方式主要有RF433/315M、藍牙、Zigbee、Z-ware、IPv6/6Lowpan等，遠端移動無線通信技術發展到現在，采用5G可以很方便直接與互聯網通信，越來越多的設備采用移動網技術。

2.3 存儲系統

存儲設備可處理超量數據，高性能、易擴展，高可用，可以隨時存儲自定義字段。跨平臺的全量數據采集，快速響應的查詢功能。

2.4 分析系統

提供可視化的界面和模塊拖拽與組合，構建出用于處理或分析流數據的自定義應用程序、過濾模塊和邏輯流程，以滿足特定應用場景需求和物聯網服務需求。支持將來自數萬個設備源、事件源的狀態流、事件流、數據流等數據持續添加到自建的數據流中，并進行后臺處理數據服務，完成對數據的記錄、事件處理、統計分析、跟蹤分析等靈活處理。

2.5 展示系統

實時監控分析，根據自身業務自由配置監控指標和展現形式，無論身在何處，通過大屏、電腦、手機隨時監控。支持包括柱狀圖、折線圖、餅圖、散點圖等常規圖表，支持自定義背景塊、邊框、單張圖片等圖元，跨平臺支持Windows、Andriod、Ios等主流操作系統，支持PC、手機、平板等多種終端設備的靈活配置及數據可視化。

3 利用設備潤滑物聯網平臺實現潤滑油企業服務模式轉型

傳統的潤滑油企業是僅僅將潤滑油作為商品賣到客戶，而轉型后的潤滑油企業對客戶提供的不僅是潤滑產品，更是對設備的整體服務和解決方案。

設備潤滑物聯網平臺以設備運行和潤滑安全為關注點，為設備使用者主動提供及時、科學、有效的設備維護和潤滑油更換建議，構建在線監控預警、線下業務處理相融合的服務體系，實現智慧潤滑、按質換油，為客戶設備提供全生命周期潤滑服務和技術支持，見圖2。

圖2 設備潤滑物聯網平臺服務模式架構

4 應用案例

2019年1月，設備潤滑物聯網平臺項目在大慶油田油氣田注水站兩臺離心式注水泵機組實現首次應用。兩臺離心式注水泵機組使用TSA32潤滑油，實現對溫度、黏度、含水量、污染度等理化指標24 h自動監控、分析并預警。現場和遠程技術人員可通過電腦PC端觀測油液狀態變化，從而實現對設備潤滑狀態的實時監控。

2019年1月24日，遠程潤滑技術服務人員通過遠端監控發現水分含量高達150 μg/g，越限警戒值報警(水分正常值為60 μg/g左右，設置警戒值為80 μg/g)。當即通知設備現場，安排巡檢注水泵機組，發現其中一臺注水泵傳動軸部位出現滲水現象。操作人員立即進行停機維護，阻止了潤滑系統繼續進水情況發生，并通過離心式濾油脫水機對在用油品進行持續過濾脫水。

現場持續關注監測系統水分數據變化，注水泵機組在用油品經過兩周的持續脫水處理后，水分數據逐步恢復正常狀態，注水泵經維修后正常運轉，見圖3。

圖3 大慶油田注水站離心式注水泵機組潤滑油箱水分含量走勢

5 總結與展望

根據上文講述，基于物聯網技術的設備潤滑遠程服務，實現共享設備運行參數和潤滑參數，對設備安全運行進行監控，有效連接設備管理者和潤滑服務提供者，為設備管理者和潤滑服務提供者帶來雙贏的局面。

5.1 設備管理者

(1)建立線上精準設備檔案管理，實現精準設備管理。可準確制定大中修計劃，合理采購配件和安排維修人員，減少庫存成本和維修人工成本。

(2)建立線上精準油品檔案管理，實現一站式潤滑服務。可利用大數據分析診斷算法，優化設備換油周期，降低能耗、油品消耗。

(3)設備全部聯網，建立全國設備和油品服務體系，優化生產布局。

5.2 潤滑服務提供者

(1)在線監控診斷潤滑油運轉數據，為客戶主動提供及時、科學、有效的潤滑油更換建議，構建更緊密的客戶關系，促進公司業務提升。

(2)實現客戶拜訪、潤滑油更換等環節的無紙化，在線申報審批，歷史記錄快速查閱，語音輸入、掃碼/圖像識別、音視頻快速取證，提高工作效率。

(3)工作過程可追溯，客戶評價直接反饋，督促員工認真履行工作職責，為績效量化考核提供準確科學的數據。

(4)積累潤滑油運轉和問題處理大數據，為更優質的潤滑油研發提供基礎數據。