在線監(jiān)測及工業(yè)物聯(lián)網在設備智能運維平臺中的應用

肖裕君，高帆，李洪元

（1.湖南華菱漣源鋼鐵有限公司，湖南 婁底 417001；2.重慶川儀自動化股份有限公司，重慶 401121）

去年12月，工業(yè)和信息化部印發(fā)了《關于推動鋼鐵工業(yè)高質量發(fā)展的指導意見(征求意見稿)》(以下簡稱指導意見)，《指導意見》中提出，“十四五”期間，鋼鐵智能制造在3年行動計劃、鋼鐵行業(yè)智能制造標準等一系列政策措施支持下，將成為我國鋼鐵全面引領世界的主要途徑之一。到2025年，裝備水平大幅提升，智能制造水平顯著增強，關鍵工序數(shù)控化率達到80%左右，生產設備數(shù)字化率達到55%，打造50個以上智能工廠，提升全球競爭力，全面建成鋼鐵強國是高質量發(fā)展的最終目的。湖南華菱漣源鋼鐵有限公司（以下簡稱“華菱漣鋼”）構建公司設備智能運維中心，結合設備的實際狀況，在各分廠實施關鍵設備狀態(tài)在線監(jiān)測診斷系統(tǒng)項目，利用智能傳感技術和系統(tǒng)管理獲得參數(shù)深度感知，包括工藝質量參數(shù)和設備運行參數(shù)，實現(xiàn)在線狀態(tài)感知與精準預報；基于工業(yè)大數(shù)據(jù)對設備健康狀態(tài)進行診斷、分析、預測，保障生產過程的順行和產品的質量；開發(fā)適合鋼鐵工業(yè)生產的各類工業(yè)App，如點檢、運維、資產管理等，通過實踐逐步建立鋼鐵工業(yè)的智能制造標準，形成以數(shù)據(jù)為核心的全產業(yè)鏈驅動和全生命周期應用的示范案例。

1 設備智能運維體系搭建

1.1 建立“四位一體”的設備智能運維體系架構

華菱漣鋼自90年代初引入點檢定修制試點，1999年成立檢修公司試行維修人員集中，2007年試點全員設備管理模式，2010年維修人員實現(xiàn)了全部集中。在點檢定修制的基礎上，華菱漣鋼對設備進行專項管理，制訂符合設備特點的專業(yè)管理制度，有了設備的分級管理，就可以把有限的資源用在“刀刃”上，為設備傾向管理以及合理的檢維修提供合理規(guī)劃，使高水平穩(wěn)定生產的設備管理保障能力得到進一步增強，從而保證設備專項管理制度的可實施。

為全面準確掌握設備運行狀態(tài)、實施設備預測性維護，華菱漣鋼搭建在線監(jiān)測、離線點檢、遠程故障診斷合而為一的設備狀態(tài)監(jiān)測診斷平臺，如圖1所示；建立科學合理的業(yè)務流程，以設備管理、故障診斷、點檢、檢維修四部分人員全面系統(tǒng)的開展設備監(jiān)測、診斷、管理、檢查、檢維修等工作，并使設備故障診斷結果參與設備維修；形成分工明確、信息共享的設備智能運維閉環(huán)流程。

1.2 設備狀態(tài)監(jiān)測及智能故障診斷

鋼鐵企業(yè)由于設備工況多為低速重載、變速變載、間隙式運行，因此故障診斷主要通過人工分析實現(xiàn)，設備管理人員或者專職的診斷分析人員通過波形、變化趨勢、頻譜等分析工具，結合設備機械傳動結構，旋轉部件參數(shù)等信息，實現(xiàn)設備故障定位，為制定合理的檢維修方案提供決策支持。針對關鍵設備的運行特點及監(jiān)測診斷中的技術難點，漣鋼引入應力波分析技術，可在設備產生嚴重損壞，并最終被傳統(tǒng)技術檢測到之前(振動、碎屑、發(fā)熱)，對設備的健康狀態(tài)進行最早期的監(jiān)測和診斷。應力波技術促進普遍采用的定期檢修向預測維修、主動維修轉變。先進的預測性維護將是建立在大數(shù)據(jù)、云計算和人工智能技術上的智能診斷，應用聚類、決策樹等機器學習算法提取設備運行狀態(tài)數(shù)據(jù)中的故障特征，通過運行大數(shù)據(jù)的積累，完善特征知識庫，獲得與故障有關的診斷規(guī)則，通過故障特征匹配，并結合可信度綜合計算等步驟，實現(xiàn)自動輸出診斷結論。

1.3 物聯(lián)網綜合管理平臺+移動端手機App

設備健康監(jiān)測物聯(lián)網綜合管理平臺包含了感知層、匯聚層、應用層三個層面，如圖1所示。感知層完成各類設備狀態(tài)數(shù)據(jù)和相關數(shù)據(jù)的采集，實現(xiàn)讓設備開口說話以及關鍵設備全面監(jiān)控，涉及的技術有物聯(lián)網（傳感技術）、工業(yè)互聯(lián)網技術、無線通信技術等，在感知層實現(xiàn)邊緣智能。匯聚層完成數(shù)據(jù)的處理、存儲、交互，涉及的技術有云計算、云存儲、數(shù)據(jù)分析、預測和決策模型。應用層完成與用戶的交互，包含多樣化的終端服務應用，涉及的技術有動畫、3D顯示、AR等數(shù)據(jù)可視化。物聯(lián)網綜合管理平臺是設備智能運維的載體，解決企業(yè)內部各子系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)孤島問題。

圖1 基于工業(yè)物聯(lián)網架構的設備健康監(jiān)測綜合管理平臺

移動端手機App包含設備管理、點檢管理、隱患管理、工單管理等多個功能，如圖2所示，設備管理人員通過手機App，實現(xiàn)對設備運行數(shù)據(jù)實時顯示，對設備突發(fā)故障進行及時提示、設備維修任務立即派發(fā)、維修結果快速反饋等，達到設備管理的全面信息化、智能化。

圖2 移動端設備監(jiān)測App

2 關鍵設備預測性維護典型案例

設備智能運維中心負責監(jiān)控全公司生產工藝全流程的關鍵設備，為華菱漣鋼的數(shù)字化、智能化轉型賦能，如表1所示，生產工藝全流程關鍵設備預測性維護典型案例為企業(yè)減少非計劃停機時間近500小時，形成直接經濟效益超5000萬元，為華菱漣鋼人均年產鋼達1382噸做出貢獻。

3 總結及展望

“十四五”期間，智能制造將成為我國鋼鐵全面引領世界的主要途徑之一，智能制造升級需要匹配設備管理能力的同步提升，華菱漣鋼積極響應鋼鐵行業(yè)智能制造關鍵技術發(fā)展趨勢，提出構建公司設備智能運維中心的計劃，并付諸實施，使設備管理由計劃維修向預測維修、主動維修邁進。

華菱漣鋼對生產工藝全流程的關鍵設備實施在線監(jiān)測診斷，建立基于大數(shù)據(jù)智能化的設備在線監(jiān)測及遠程診斷網絡平臺，利用智能傳感技術和系統(tǒng)管理實現(xiàn)在線狀態(tài)感知，基于工業(yè)大數(shù)據(jù)對設備健康狀態(tài)進行診斷、分析、預測，保障生產過程的順行，通過數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理、App以及物聯(lián)網大數(shù)據(jù)的應用提升企業(yè)的生產設備管理水平，實現(xiàn)企業(yè)提高設備管理水平、降本增效的總體目標。

設備智能運維中心的設立及運行，實現(xiàn)了狀態(tài)數(shù)字化、診斷智能化、運維智能化，提高了設備整體運行效率，為實現(xiàn)智能制造提供了技術保障。

表1 關鍵設備預測性維護典型案例及價值