真空加熱類設(shè)備故障預警系統(tǒng)探索與研究

劉博樂，趙建偉，牛啟明，任宇航，趙 航，朱立仁

（中國航發(fā)（北京）航空材料研究院，北京 100095）

1 設(shè)備維保管理

1.1 影響維保進度的原因

在日常的設(shè)備維保工作中發(fā)現(xiàn)，如果設(shè)備的故障診斷、維修及檢驗等工作未能及時完成，將造成設(shè)備長時間停機，影響科研生產(chǎn)進度。針對上述情況，總結(jié)出影響設(shè)備日常維保進度的原因有以下6 個。

（1）設(shè)備屬于事后性維修[1]，只有在發(fā)生故障時才能組織人員進行故障判斷，判斷周期一般為1～2 d。

（2）備件采購周期長（平均7 d）。設(shè)備類型較多、備件庫存無法滿足設(shè)備維保的要求，因此購買備件占用了設(shè)備維保時間的1/3。

（3）維保后需要對設(shè)備進行調(diào)試等工作。由于沒有設(shè)備完好狀態(tài)數(shù)據(jù)的支持，無法快速進行校驗，只能憑借以往維修經(jīng)驗進行判斷，因此設(shè)備調(diào)試等時間較長。

（4）未能及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備的輕微故障，造成設(shè)備帶病工作，設(shè)備長時間運行將加重故障程度，嚴重時易出現(xiàn)安全生產(chǎn)事故。

（5）維保工作需要外委時，無法第一時間對于京外及國外廠家進行現(xiàn)場設(shè)備故障判斷。

（6）與外委供方簽訂合同存在一定周期（平均1 個月），合同簽訂后方可進行設(shè)備維修。

經(jīng)過上述分析可知，目前設(shè)備維保工作存在的主要問題是維保滯后和無法把控設(shè)備日常運行狀態(tài)。

1.2 維保工作的發(fā)展方向

結(jié)合2020 年和2021 年、近2000 余項的維修記錄，總結(jié)、分析設(shè)備維修及保養(yǎng)情況，并按照設(shè)備類別進行劃分（表1）。

表1 根據(jù)設(shè)備結(jié)構(gòu)進行維保類別劃分

對表1 的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、對比后發(fā)現(xiàn)，設(shè)備維修主要包括加熱、真空、氣動、冷卻等類別。在充分考慮結(jié)構(gòu)類型對設(shè)備維修影響的基礎(chǔ)上，將真空加熱設(shè)備作為實驗的典型設(shè)備，采用動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)[2]有效監(jiān)測設(shè)備運行全流程，保證在設(shè)備出現(xiàn)異常狀態(tài)前做到故障預警、提出維保解決方案，這樣可以做到設(shè)備維保工作前置，減少突發(fā)情況造成的設(shè)備停機損失。

2 動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)

2.1 監(jiān)測點的選擇

為了提高設(shè)備維保效率，減少設(shè)備的事后性維修，提出從設(shè)備故障源頭解決該類問題，即對設(shè)備整體狀態(tài)進行監(jiān)測，找到設(shè)備正常的運行規(guī)律，在發(fā)生異常情況時可以提前進行預警，做到設(shè)備維保工作前置，保證在設(shè)備不停機的情況下進行設(shè)備維保，提高設(shè)備利用率。結(jié)合以往維保經(jīng)驗，設(shè)計一套基于物聯(lián)網(wǎng)（局域網(wǎng)）平臺的設(shè)備狀態(tài)管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)依托于設(shè)備各系統(tǒng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)，能夠收集、處理數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對設(shè)備真空、循環(huán)水、溫控等系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測以及報警等功能。

以真空加熱爐為例，按照設(shè)備結(jié)構(gòu)進行劃分，通過在設(shè)備各具體部位加裝測量裝置，對設(shè)備總體進行數(shù)據(jù)監(jiān)測、收集數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)反映日常設(shè)備的完好狀態(tài)，達到對該設(shè)備的監(jiān)控效果。

表2 為真空加熱爐五大系統(tǒng)（包含14 個重點部件）的監(jiān)測位置、判定標準等，由于每一臺電爐的具體監(jiān)測參數(shù)都不一致，因此需要根據(jù)實際情況對判定標準進行定量。

表2 真空加熱爐的測量點及判定標準

2.2 系統(tǒng)軟件實現(xiàn)

借鑒國內(nèi)外同類系統(tǒng)建設(shè)經(jīng)驗，結(jié)合現(xiàn)有的實際情況，充分利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)及數(shù)字孿生新一代信息技術(shù)，在全面智能感知的基礎(chǔ)上，構(gòu)建符合工業(yè)爐智能運維系統(tǒng)框架，實現(xiàn)工業(yè)爐工藝感知、運維及決策支持的一體化全程智能管控（圖1）。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)云平臺

物聯(lián)網(wǎng)云平臺實現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)的采集，可連接著現(xiàn)場使用的重要設(shè)備和儀器儀表，對其運行狀態(tài)和數(shù)據(jù)、運行參數(shù)進行監(jiān)控，同時防止數(shù)據(jù)泄露，保障數(shù)據(jù)安全；數(shù)字孿生平臺利用2D/3D 模型、各類圖表等方式，將各類采集數(shù)據(jù)進行可視化展示，實現(xiàn)工業(yè)爐現(xiàn)場高度還原（圖2）。

圖2 設(shè)備（工業(yè)爐）運行狀態(tài)界面

（1）在界面中展示真空加熱爐運行數(shù)據(jù)、預報警、工單信息等，使得作業(yè)人員可實時查看加熱爐運行狀態(tài)，同時預留遠程控制接口，當出現(xiàn)異常情況時人員可以通過系統(tǒng)遠程控制設(shè)備的啟/停，避免由設(shè)備停機造成的損失。

（2）預告警信息。根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗，劃分數(shù)據(jù)異常等級，進行分級展示：①觸發(fā)預警值后通過黃色氣泡進行展示相關(guān)信息，在觸發(fā)告警值時通過紅色氣泡展示相關(guān)信息；②通過彈窗分別展示相關(guān)信息，并利用彈窗大小進行區(qū)分，小彈窗展示告警信息、推薦方案、設(shè)備監(jiān)管人員、發(fā)起檢修工單等技術(shù)信息；大彈窗展示告警信息、位置信息、設(shè)備信息、推薦方案、工單指派、整改要求、維修安全提示、提交等信息。

3 預期效果

動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)可以全面展示真空加熱爐的運行狀態(tài)、參數(shù)等數(shù)據(jù)，隨時隨地掌握設(shè)備運行狀況；當出現(xiàn)數(shù)據(jù)異常時，系統(tǒng)及時進行預告警，同時基于維修知識庫，根據(jù)異常原因進行維修方案推送，提供維修依據(jù)，從而幫助用戶快速解決問題，降低生產(chǎn)損失，提高設(shè)備利用率，保障設(shè)備長期、安全無故障運行。

4 結(jié)束語

由于相關(guān)單位保密要求等原因，目前無法對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行網(wǎng)上傳輸，只能采用傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)線傳輸方式現(xiàn)場進行設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測。后期在解決保密等問題時可以做到數(shù)據(jù)監(jiān)控無線傳輸，可以節(jié)約成本，減少人力、物力投入。另外，在此基礎(chǔ)上結(jié)合OEE（設(shè)備綜合效率）管理，本系統(tǒng)可以通過設(shè)備數(shù)據(jù)采集，精確反映出設(shè)備的利用率等數(shù)據(jù)，為后期OEE 建設(shè)提供支持。