楊恒1 周平1 范鹍2 王成鎮(zhèn)1
（1山東鋼鐵集團(tuán)有限公司研究院，山東 濟(jì)南 250100；2山東鋼鐵集團(tuán)日照有限公司信息計(jì)量部，山東 日照276800）
摘 要：設(shè)備高質(zhì)量運(yùn)行是鋼鐵企業(yè)提升產(chǎn)品質(zhì)量和企業(yè)競爭力的基本要素，基于大數(shù)據(jù)分析的可視化智能運(yùn)維系統(tǒng)的應(yīng)用，有效的解決了鋼鐵企業(yè)設(shè)備管理的共性問題，實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵設(shè)備的全生命周期管理，提升了企業(yè)設(shè)備管理水平。
關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)分析；可視化；智能運(yùn)維系統(tǒng)；全生命周期管理
1 前言
鋼鐵企業(yè)設(shè)備管理水平距離國家智能制造總體要求還存在一定的差距，主要體現(xiàn)在：設(shè)備規(guī)模大且分散，管理困難，缺少可視化和自動化遠(yuǎn)程智能運(yùn)維管理手段；環(huán)境異構(gòu)、業(yè)務(wù)系統(tǒng)繁多，無法快速適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境設(shè)備的管控；人員能力層次不齊，服務(wù)范圍廣，缺少規(guī)范的、自動的流程化管理等方面。
為了解決上述存在的問題，實(shí)現(xiàn)設(shè)備（特別是關(guān)鍵設(shè)備）的全生命周期管理，提高設(shè)備管理的精細(xì)化水平，國內(nèi)鋼鐵企業(yè)已開始進(jìn)行了有效的嘗試和探索，并取得了一定效果。其中尤以基于大數(shù)據(jù)分析的可視化智能運(yùn)維系統(tǒng)（以下簡稱：智能運(yùn)維系統(tǒng)）的應(yīng)用效果顯著，該系統(tǒng)的應(yīng)用為設(shè)備全生命周期跟蹤提供更多、更精細(xì)的數(shù)據(jù)支撐，大幅減少了設(shè)備非故障停機(jī)率，有效提高了生產(chǎn)效率。
2 系統(tǒng)架構(gòu)
智能運(yùn)維系統(tǒng)隸屬于設(shè)備管理系統(tǒng)范疇，因此，在鋼鐵企業(yè)信息化系統(tǒng)中應(yīng)定位于L3（三級）層級，系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)對鋼鐵企業(yè)全流程生產(chǎn)關(guān)鍵設(shè)備的智能運(yùn)維，在設(shè)計(jì)時就要從技術(shù)層面考慮安全性、可靠性、開放性、實(shí)用性、可擴(kuò)展性、規(guī)范性和穩(wěn)定性等原則，從而實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵設(shè)備的全生命周期管理。
智能運(yùn)維系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)的主要功能包括數(shù)據(jù)處理、Web頁面、手機(jī)APP等，部署安裝于企業(yè)云端的服務(wù)器中。Web頁面采用基于B/S架構(gòu)，數(shù)據(jù)處理軟件采用基于C/S架構(gòu)，在軟件的開發(fā)及擴(kuò)展上，其技術(shù)架構(gòu)如圖1所示：
圖 1 智能運(yùn)維系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)圖
數(shù)據(jù)處理層：實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)、設(shè)備、PLC、環(huán)境等數(shù)據(jù)的采集、存儲，采用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，掌握設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，對各種故障進(jìn)行診斷并給出相關(guān)解決參考策略。同時，將相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，在此基礎(chǔ)上為外部系統(tǒng)提供訪問數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)發(fā)布功能，系統(tǒng)支持多種通訊協(xié)議，實(shí)現(xiàn)與鋼鐵企業(yè)各信息化系統(tǒng)信息的互聯(lián)互通。本系統(tǒng)數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)如圖2所示：
圖 2 智能運(yùn)維系統(tǒng)數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)圖
業(yè)務(wù)承載層：在企業(yè)云端部署虛擬服務(wù)器，配置相應(yīng)的操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫軟件，搭建軟件運(yùn)行環(huán)境，用以支撐數(shù)據(jù)分析計(jì)算和應(yīng)用程序運(yùn)行。
應(yīng)用部署層：將實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)要求的各模塊功能軟件部署于服務(wù)器端，主要包括Web頁面、手機(jī)APP通訊軟件、數(shù)據(jù)處理軟件等。
用戶訪問層：針對用戶訪問功能，提供Web頁面和手機(jī)APP軟件等多重訪問方式，同時針對不同的訪問方式進(jìn)行安全隔離機(jī)制，確保信息安全高效的傳輸。
3 功能實(shí)現(xiàn)
智能運(yùn)維系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)由標(biāo)準(zhǔn)管理、維修管理、資產(chǎn)管理、專家知識庫、設(shè)備狀態(tài)管理、資料管理等模塊組成，如圖3所示，通過企業(yè)總線與ERP（企業(yè)資源計(jì)劃）系統(tǒng)以及企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營的其他專業(yè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源共享。
圖 3 智能運(yùn)維系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖
智能運(yùn)維系統(tǒng)結(jié)合企業(yè)設(shè)備運(yùn)行的實(shí)際情況，建立完善的設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)體系，提高標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)用性，規(guī)范支撐設(shè)備管理的制度、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程等，通過對制度、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程等的統(tǒng)一、規(guī)范性管理，使制度的指導(dǎo)性提高，標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用更加方便、快捷，有利于設(shè)備運(yùn)維人員對標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行持續(xù)優(yōu)化，為設(shè)備運(yùn)維工作的順利開展提供可靠的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)支撐。
智能運(yùn)維系統(tǒng)從設(shè)備的采購到設(shè)備淘汰報(bào)廢的整個生命周期，對設(shè)備實(shí)施全面合理的管理和監(jiān)控。以提高設(shè)備可靠性為目標(biāo)，設(shè)備臺賬管理為基礎(chǔ)，設(shè)備定期工作管理、點(diǎn)檢管理、技術(shù)監(jiān)督等預(yù)防性、預(yù)警性管理為核心，檢修管理、技改管理等計(jì)劃性、項(xiàng)目性管理為依托，設(shè)備缺陷管理、運(yùn)行值班管理等日常運(yùn)營性數(shù)據(jù)為支撐，設(shè)備定值、設(shè)備異動、設(shè)備評級等管理為補(bǔ)充，利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)建立一個系統(tǒng)化、立體化、可視化的智能運(yùn)維體系。將之前靜態(tài)、片面的設(shè)備臺賬管理上升到動態(tài)的、系統(tǒng)化的設(shè)備健康檔案管理，將原來事后搶救、疲于奔命式的運(yùn)維管理轉(zhuǎn)變?yōu)槭虑邦A(yù)防性、預(yù)警性的智能運(yùn)維管理，并與ERP系統(tǒng)的預(yù)算管理、物資管理實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，將智能運(yùn)維管理統(tǒng)一納入企業(yè)價值鏈管理之中，實(shí)現(xiàn)設(shè)備全生命周期管理。設(shè)備全生命周期管理過程如圖4所示：
圖4 設(shè)備全生命周期管理過程
規(guī)范點(diǎn)巡檢管理的作業(yè)流程，按照路徑行程組合最優(yōu)原則，規(guī)劃設(shè)備點(diǎn)檢路線，將點(diǎn)檢標(biāo)準(zhǔn)、點(diǎn)檢區(qū)域、點(diǎn)檢計(jì)劃等信息在系統(tǒng)中進(jìn)行匹配，同時利用大數(shù)據(jù)手段將點(diǎn)檢反饋、歷史記錄信息進(jìn)行分析和處理，提出更有針對性的點(diǎn)巡檢策略，實(shí)現(xiàn)運(yùn)維工作的過程化、動態(tài)化跟蹤，使點(diǎn)檢人員得操作更為規(guī)范、省時，效率更高。點(diǎn)巡檢流程如圖5所示：
圖5點(diǎn)巡檢流程示意圖
3.4智慧專家知識庫建設(shè)
智慧專家知識庫圍繞智能運(yùn)維的實(shí)際需求，對海量異構(gòu)數(shù)據(jù)等進(jìn)行分析建模和挖掘建模。以點(diǎn)帶面，全面推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，通過數(shù)據(jù)挖掘發(fā)現(xiàn)隱藏于數(shù)據(jù)中的規(guī)律以及數(shù)據(jù)間的關(guān)系，將設(shè)備運(yùn)維過程中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為知識，輔助工序設(shè)備運(yùn)維人員科學(xué)合理的做好設(shè)備管理工作。實(shí)現(xiàn)對軋機(jī)等大型裝備和主傳動等復(fù)雜控制系統(tǒng)的故障智能診斷與智能維護(hù)，建立公司級設(shè)備管理專家知識庫。
以生產(chǎn)工序→重點(diǎn)設(shè)備→重點(diǎn)部件建立的點(diǎn)檢標(biāo)準(zhǔn)、報(bào)警標(biāo)準(zhǔn)、故障庫的知識庫數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過梳理形成以設(shè)備為中心的“知識關(guān)系庫”，構(gòu)成數(shù)據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的智能可視化運(yùn)維。以軸承庫為例，將企業(yè)內(nèi)各設(shè)備關(guān)鍵部位的軸承數(shù)據(jù)預(yù)定義到系統(tǒng)中，點(diǎn)檢數(shù)據(jù)頻譜分析時可直接用來判斷是否有特征故障存在。內(nèi)置軸承廠家各種常見軸承信息，可擴(kuò)展增加自定義軸承信息，自帶特征頻率計(jì)算助手。軸承知識庫示意如圖6 所示：
圖6 軸承庫示意圖
3.5設(shè)備預(yù)測性維護(hù)
實(shí)時對設(shè)備在線進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測，并以不同的形式展示給點(diǎn)檢人員，進(jìn)行分析判斷及時做出處理，使設(shè)備始終運(yùn)行在健康狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)高精度生產(chǎn)的設(shè)備運(yùn)維目標(biāo)（如圖7）。建立設(shè)備故障知識庫，完成對設(shè)備故障專業(yè)診斷和評價，實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障診斷分析功能。
采集在線設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，結(jié)合故障診斷數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)在系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行綜合分析和處理，實(shí)現(xiàn)多元異構(gòu)數(shù)據(jù)的融合，形成易于識別應(yīng)用的數(shù)據(jù)，完成非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的特征提取和海量設(shè)備數(shù)據(jù)存儲，通過數(shù)據(jù)分析提前預(yù)測設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、得出設(shè)備的運(yùn)行規(guī)律，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的預(yù)測性運(yùn)維。
圖7 熱連軋產(chǎn)線精軋除鱗泵齒輪箱趨勢/頻譜/時域圖
3.6 設(shè)備實(shí)時監(jiān)控
主要用于實(shí)現(xiàn)設(shè)備參數(shù)、PLC、UPS、環(huán)境溫濕度、設(shè)備通訊狀態(tài)、視頻、智能儀表等數(shù)據(jù)的實(shí)時監(jiān)控，針對不同人員所關(guān)心的數(shù)據(jù)不同進(jìn)行不同的展示。圖8為高爐實(shí)時監(jiān)控圖：
圖 8 高爐實(shí)時監(jiān)控圖
3.7移動互聯(lián)的應(yīng)用
隨著工業(yè)信息化的發(fā)展，智能手機(jī)的普遍應(yīng)用及手機(jī)的便捷性，設(shè)備管理移動化已經(jīng)成為是未來工業(yè)設(shè)備管理應(yīng)用的重要部份，移動互聯(lián)主要功能主要包括：狀態(tài)監(jiān)測、故障審報(bào)、工作審批等。
移動應(yīng)用功能通過移動應(yīng)用終端，集消息應(yīng)用、現(xiàn)場應(yīng)用、管理應(yīng)用、自助應(yīng)用等為一體，滿足鋼鐵全流程各工序設(shè)備管理業(yè)務(wù)不同級別不同崗位的需求，已成為系統(tǒng)的重要組成部分，運(yùn)維管理技術(shù)人員可以通過移動端很直觀的查看設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，對設(shè)備的異常情況及時做出處理。圖9為智能運(yùn)維技術(shù)移動端展示：
圖 9 智能運(yùn)維技術(shù)移動端展示圖
4 結(jié)語
智能運(yùn)維系統(tǒng)通過大數(shù)據(jù)分析手段實(shí)時采集獲取企業(yè)關(guān)鍵機(jī)械設(shè)備、電氣設(shè)備的運(yùn)行信息、運(yùn)維參數(shù)信息，根據(jù)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)和理論參數(shù)在大數(shù)據(jù)系統(tǒng)中模擬分析最優(yōu)的設(shè)備運(yùn)行參數(shù)曲線，結(jié)合模型算法實(shí)現(xiàn)預(yù)防性的設(shè)備診斷、預(yù)警和維修，保障設(shè)備的科學(xué)合理使用，避免突發(fā)性設(shè)備故障，有效的保障了企業(yè)生產(chǎn)的連續(xù)性和產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。