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產(chǎn)業(yè)思考 | 劉懷平：故障診斷預(yù)警技術(shù)在鋼鐵企業(yè)設(shè)備管理中的應(yīng)用

昆岳互聯(lián)

日期：2022-09-07

鋼鐵行業(yè)屬于典型的流程性制造業(yè)，煉鐵、煉鋼、熱軋、冷軋和環(huán)保島涉及眾多關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備，連續(xù)運行時間長，生產(chǎn)環(huán)境惡劣，設(shè)備的可靠性直接影響企業(yè)的生產(chǎn)效率和單位成本。設(shè)備一旦發(fā)生故障，生產(chǎn)次序就被打亂，往往造成整條生產(chǎn)線的停運，經(jīng)濟損失嚴重，嚴重的還可能造成人員傷亡和重大環(huán)境污染，危及環(huán)境和公眾健康。

目前，大型鋼鐵企業(yè)中，設(shè)備維護方式主要包含：事后維修、計劃性檢修、預(yù)測性維修三種。事后維修和計劃性維修更加依賴流程和經(jīng)驗對設(shè)備進行運維決策，缺乏有效的數(shù)據(jù)作為支撐。比如對于電機、風機、泵等重要設(shè)備的 *佳檢維護時機的把握，都是根據(jù)過往經(jīng)驗加以總結(jié)得出，由于依賴的是靜態(tài)的數(shù)據(jù)，往往在設(shè)備出現(xiàn)缺陷時不能及時發(fā)現(xiàn)，更無法避免設(shè)備故障的發(fā)生。事后維修和計劃性維修這兩種模式均已無法滿足當下鋼鐵企業(yè)對設(shè)備的預(yù)測性維護需求。

一、鋼鐵企業(yè)設(shè)備管理面臨的挑戰(zhàn)

我國大型鋼鐵企業(yè)達數(shù)百家，鋼鐵企業(yè)重要關(guān)鍵設(shè)備眾多。鋼鐵行業(yè)的巨大規(guī)模以及行業(yè)自身設(shè)備預(yù)測性維護需求，為狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)提供了廣闊的應(yīng)用場景。然而，由于鋼鐵行業(yè)數(shù)字化基礎(chǔ)薄弱，設(shè)備差異大且信息化水平普遍較低，設(shè)備數(shù)據(jù)采集和互聯(lián)互通難度較大，鋼鐵企業(yè)原有相關(guān)系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)有限，存在數(shù)據(jù)采集漏點，難以支撐鋼鐵企業(yè)眾多設(shè)備的預(yù)測性維護需求。鋼鐵企業(yè)的在設(shè)備管理方面依然面臨以下幾個痛點。

1、停機損失大。一條鋼鐵生產(chǎn)線停機一天的損失少則上百萬元，多則上千萬元。

2、運維效率低。人工點巡檢時間長，效率低，漏檢錯檢多。

3、運維成本高。周期性維護需要的備品備件較多，維修成本高。

4、數(shù)據(jù)監(jiān)測難。大部分生產(chǎn)設(shè)備沒有數(shù)據(jù)采集，缺乏數(shù)據(jù)挖掘能力。

在智能化改造和數(shù)字化轉(zhuǎn)型的大背景下，越來越多的鋼鐵企業(yè)正在探索用集中管控、遠程運營、人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算等 技術(shù)應(yīng)用，創(chuàng)新設(shè)備管理新模式。其中，寶武鋼鐵提出了“運維一律遠程”的發(fā)展目標，即以設(shè)備在線監(jiān)控為核心，運用物聯(lián)傳感技術(shù)，依據(jù)大數(shù)據(jù)模型分析，實現(xiàn)對設(shè)備的全生命周期管理，從而推動寶武鋼鐵設(shè)備管理體系變革升級。

二、鋼鐵企業(yè)設(shè)備故障診斷預(yù)警解決方案

昆岳互聯(lián)是一家“專注工業(yè)企業(yè)節(jié)能減排的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)科技公司”，為鋼鐵、化工、建材等行業(yè)客戶提供設(shè)備預(yù)測性維護智能硬件和平臺，保護客戶設(shè)備安全，降低設(shè)備使用與維護成本。公司已經(jīng)完成了從智能硬件、工業(yè)軟件和設(shè)備預(yù)測性維護整體解決方案的完整技術(shù)布局。得益于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和智能硬件產(chǎn)品的快速發(fā)展，PHM（即Prognostics and Health Management，故障預(yù)測與健康管理）技術(shù)得到進一步發(fā)展，為設(shè)備的預(yù)測性維護開辟了一條新的途徑，輔助設(shè)備管理人員系統(tǒng)地決策修不修、何時休、修什么、怎么修，以及誰來修的各類問題。

基于昆岳工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)（INECO平臺）打造的鋼鐵企業(yè)設(shè)備故障診斷預(yù)警解決方案，主要包括感知層、平臺層、應(yīng)用層和展示層四層架構(gòu)，該架構(gòu)設(shè)計滿足了多區(qū)域、多種類設(shè)備的海量監(jiān)測點數(shù)據(jù)的展現(xiàn)、多系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)集成、數(shù)據(jù)處理與推送流程的靈活配置、多專業(yè)診斷分析與處理、對電腦與移動及大屏等多類型終端支持等要求，在設(shè)備預(yù)測性維護過程中較好地發(fā)揮了靈活快速功能配置支持作用，充分滿足了鋼鐵企業(yè)的“省錢、省事、省心”的設(shè)備管理需求，為鋼鐵企業(yè)帶來“降本、安全、高效、便捷、可靠”五大價值。 

鋼鐵企業(yè)設(shè)備故障診斷預(yù)警解決方案，促進了設(shè)備維修的從被動處理到主動管控、從單一數(shù)據(jù)專項分析到大數(shù)據(jù)綜合分析、從基于經(jīng)驗的預(yù)防性維修到基于數(shù)據(jù)的預(yù)測性維修、從單純反饋設(shè)備狀態(tài)到提供整體解決方案的四個轉(zhuǎn)變，從而實現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)可視、可以預(yù)測及維護方案 *優(yōu)化特點的智能運維模式，成為推動智能制造的重要支撐力量，也代表了設(shè)備管理發(fā)展的方向。

三、基于多維數(shù)據(jù)感知的設(shè)備故障診斷預(yù)警系統(tǒng)

昆岳互聯(lián)自主開發(fā)的設(shè)備故障診斷預(yù)警系統(tǒng)，集成高精度工業(yè)傳感器，對電機、泵、風機、壓縮機、齒輪箱等工業(yè)動設(shè)備的全生命周期數(shù)據(jù)進行實時采集，結(jié)合4G LTE物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、機器學習、邊緣計算等技術(shù)實現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷預(yù)警，目前已在國內(nèi)多家大型鋼鐵企業(yè)成功應(yīng)用。

設(shè)備故障診斷預(yù)警系統(tǒng)包括智能傳感器、故障診斷預(yù)警一體機及故障診斷預(yù)警管理平臺，故障診斷預(yù)警一體機是感知層數(shù)據(jù)采集的核心裝置，通過物聯(lián)及互聯(lián)技術(shù)采集設(shè)備運行的各項數(shù)據(jù)，在復(fù)雜背景噪聲等干擾環(huán)境下有效提取微弱沖擊特征成分，對設(shè)備信號的頻域敏感頻帶進行剖分，分離出蘊含豐富特征信息的子帶信號，從而提高信號的信噪比，實現(xiàn)早期微弱故障的有效識別，同時基于設(shè)備的實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)，結(jié)合信號處理、特征提取、機器學習以及深度學習等人工智能方法，建立設(shè)備故障診斷模型，對設(shè)備狀態(tài)進行監(jiān)控和故障快速預(yù)警。

“故障診斷預(yù)警管理平臺”基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的人工智能模型結(jié)合機理模型，同時運用大數(shù)據(jù)、機器學習技術(shù)實現(xiàn)故障智能診斷預(yù)警。

四、部署故障診斷預(yù)警系統(tǒng)帶來的價值

故障診斷預(yù)警系統(tǒng)有效實現(xiàn)了鋼鐵企業(yè)動設(shè)備的維修模式從計劃維修向預(yù)測性維修轉(zhuǎn)化，幫助鋼鐵企業(yè)科學合理的安排維修計劃，降低設(shè)備停機風險和安全隱患，從而降低維修成本，顯著延長設(shè)備的使用壽命，提升設(shè)備運維效率。實現(xiàn)以“數(shù)據(jù)流”觸發(fā)“工作流”的新型智慧運維管理模式，幫助企業(yè)實現(xiàn)設(shè)備運維模式的智慧運維數(shù)字化升級。通過應(yīng)用本系統(tǒng)，可以幫助企業(yè)實現(xiàn)設(shè)備運維從傳統(tǒng)的預(yù)防性維護向 的預(yù)測性維護的智慧運維模式數(shù)字化轉(zhuǎn)型，并協(xié)助客戶實現(xiàn)“降本、提質(zhì)、增效”三大價值：降低維保成本，延長設(shè)備使用壽命10%-20%；減少40%-50%備件；提高生產(chǎn)產(chǎn)能，減少70%停機時間，延長生產(chǎn)時間；提高維保質(zhì)量，減少巡檢和運維工作量，減少巡檢人員20%-50%；

昆岳互聯(lián)自主研發(fā)的故障診斷預(yù)警一體機具有以下幾個特點：

1）部署靈活：體積輕巧，導(dǎo)軌式設(shè)計，便于安裝部署；

2）穩(wěn)定性強：數(shù)據(jù)采集單元采用工業(yè)級設(shè)計，抗干擾能力強、穩(wěn)定性高；

3）替代巡檢：采集設(shè)備多維數(shù)據(jù)，實時監(jiān)控設(shè)備運行狀態(tài)，高效替代人工巡檢；

4）邊云結(jié)合：云端算法模型在邊緣端的逐步下沉，在邊緣側(cè)快速完成故障診斷；

5）自適應(yīng)強：通過OTA遠程升級技術(shù)持續(xù)升級邊緣端軟件和算法模法，更加適應(yīng)現(xiàn)場的環(huán)境。

以昆岳互聯(lián)運維的某鋼鐵企業(yè)360㎡燒結(jié)機為例，通過部署設(shè)備故障診斷預(yù)警一體機，實現(xiàn)了“遠程運營+現(xiàn)場運營”的24小時全天候智慧運維設(shè)備管護模式。基于傳感器、邊緣計算以及云端數(shù)據(jù)的統(tǒng)計與分析，實現(xiàn)了設(shè)備故障早期預(yù)警、故障判定、精準定位。關(guān)鍵設(shè)備的故障搶修率較2021年上半年同期下降70%，備件更換率降低20%，巡檢工作量降低70%，設(shè)備使用壽命增加15%，預(yù)計每年降低運行成本和人工成本500萬元左右。通過實施數(shù)字化轉(zhuǎn)型和智能化改造后的環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施，已成為工業(yè)企業(yè)利潤的新來源。

設(shè)備故障診斷預(yù)警系統(tǒng)是工業(yè)大數(shù)據(jù)和人工智能的一個重要產(chǎn)品應(yīng)用，為客戶提供了更多的增值服務(wù)，可以有效降低設(shè)備的故障率及停機時間、提高設(shè)備利用率，保證設(shè)備持續(xù)使用，避免意外停工，提高企業(yè)生產(chǎn)效率；同時減少維修費用及設(shè)備整個生命周期成本，消除在不必要的維護上所花費的時間和資源，對設(shè)備進行適時小修，減少大修、突發(fā)故障所帶來的巨大維修費用。

昆岳互聯(lián)通過智能硬件、工業(yè)軟件及融合大量工業(yè)經(jīng)驗知識庫，構(gòu)建多種診斷數(shù)據(jù)模型，打造了完整的工業(yè)設(shè)備故障預(yù)警診斷方案，聚焦客戶需求，聚焦數(shù)據(jù)價值，用新一代數(shù)字化智能化技術(shù)持續(xù)助力鋼鐵企業(yè)實現(xiàn)智能化改造和數(shù)字化轉(zhuǎn)型。