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第二章 软件定义企业新能力

第一十六节 以状态监测和故障诊断为基础的设备管理系统浅析

安徽海螺信息技术工程有限责任公司 潘伟
 

前言

        水泥企业属于资产密集型企业,设备自动化程度高、生产连续性强,因此设备安全等级高于其他类型企业。如何科学地把企业生产的核心要素设备管理好?如何确保设备的功能和精度以及消除设计制造安装过程中存在的缺陷和隐患,充分发挥设备的综合效率?如何克服人力资源不足,人员基本技能和经验以及专业技术水平目前还不能充分适应新装置的现实情况?通过对企业设备管理全系统的分析,吸收国内外先进的设备管理经验,规划设计出适合公司发展的以状态监测和故障诊断技术为基础的预知维修设备管理系统,使得企业在激烈的市场竞争中,降低维修成本,延长装置稳定运行周期,是未来设备管理的重点。

1 预知维修设备管理方案

        1.1 相关理论综述
        早期的设备维修管理是设备出了故障才停机维修,人们把这一维修机制叫做事后维修制。随后出现了前苏联的计划维修预修制,即人们常说的计划检修。最新的设备创新管理研究与实践表明,事后维修和计划检修都存在局限性。第一,设备的事后维修存在维修不足的问题。由于工业化初期,人们对设备运行的周期寿命和磨损理论研究不够,还不能从根本上深刻认识设备故障产生的机理,对设备的损坏时间没有预见性,造成维修不到位和维修不足,经常发生意外停机事故,造成很大的安全事故和经济损失。第二,前苏联的设备统一计划预修和使用制度(计划检修),比较事后维修是一个进步,但是,计划检修造成严重的维修过剩和很高的维修成本。19世纪20年代,美国提出了预防维修,简称PM。近年来,随着现代科学技术的进步和发展,自动化程度越来越高,监测仪器越来越先进,在上述理论基础上,人们提出了以设备状态监测和故障诊断技术为基础的预知维修设备管理新摸式。设备状态监测和故障诊断技术是一种了解和掌握设备在使用过程中的状态,确定其整体或局部正常或异常,早期发现故障及其原因,并能预报发展趋势的技术。预知维修既能避免维修不足又能克服维修过剩,是目前最先进的一种设备维修模式。
        1.2 预知维修设备管理创新的基本方案设计
        (1)生产设备勘查。主要是调查确定预知维修方案(即开展设备状态监测工作)的可行性。应从各个方面对设备的利用率、故障率和停机时间进行分析得出结论,实际应用中也可根据设备的数量和类型,再加上专家的经验做出判断。
        (2)确定监测对象。选择一定数量的设备作为监测对象,确定监测对象时要同时考虑到人力的投入、生产计划和停机损失等,重点设备须纳入状态监测。
        (3)建立监测计划。①数据处理系统的确定。确定一套简单的数据处理系统,包括数据采集、数据记录(报表)、数据分析及提出报告等4部分内容。②相对判断标准的建立。利用已确定的状态监测方法进行多次长时间的实地测试,并把所获得的测量结果进行“最值”分析,建立状态监测的相对判断标准。应用中根据实际情况,也应考虑确定的相对判断标准是否科学。③监测周期。对每个测点要有确定的监测周期,每一次的监测应包括数据的采集、记录和趋势分析,并提出指导性意见。
        (4)数据分析和故障处理。①数据分析。其目的在于确认设备是否存在故障,如果存在故障,应该进一步开展故障诊断、预测故障类型、所在部位、严重程度,并提出应对办法和检修措施。对设备运行状态作深入的分析,通常包括多种分析方法的综合应用。②故障处理。在诊断出故障之后,维修部门要制定检修工作计划,并对造成故障缺陷的原因从根本上进行治理和改善。
        (5)监测对象分类。①重点设备。通常是指在生产过程中非常重要,一旦发生故障会导致整个生产线停产或严重影响其他生产线产量,并且设备本身价值很高的大型设备。②主要设备。通常是指在生产过程中比较重要,一旦发生故障会影响产量的设备,这类设备通常是企业的中型设备,有时也称“非关键设备”。③一般设备。通常是指分散在不同岗位对企业生产有一定影响的设备,这类设备有时价值并不很高,但发生故障后会对生产、安全、环保造成一定影响,故障率较高的小型设备也应列入这一类。
        (6)确定测点位置和监测参数。确定测点位置和监测参数是整个监测工作中最基本的一个环节,同时也是最重要的环节之一,如果测点位置确定得不合适或监测参数选取不当,最终不会收到预期的效果。因此,这一步工作应非常认真仔细地进行,注意听取各方面的意见和建议,遵循的基本原则是“路径最短,信号准确”,必要时应征求本单位以外、同行业专家的意见。监测点位置要有明显的标识。
        (7)合理配置状态监测仪器。就目前国内企业的设备状态监测与故障诊断技术手段来看,眼看、手摸、耳听的检测方式正逐步被先进仪器所替代。

2 预知维修设备管理系统实施措施

        2.1建立科学、有效、全面的设备巡检管理平台
        平台实现如下功能:①融合设备、生产、物流在线视频,全方位实时监控现场状况,提高管理效率;②与DCS数据同步,以图形化方式实现设备状态在线巡检,提高设备巡检质量;③设备故障预警、检维修、润滑在线管理,将设备故障消除在隐患阶段,提高设备可控性。
        考虑系统的兼容性,此方案采用面向服务体系架构,DCS数据采集系统相对独立,其通过发布webservice为DIOMS提供实时采集的现场数据;DIOMS为每个采集点配置webservice地址及标签名;通过这种基于webservice的服务调用方式,解决数据动态获取的问题,并能够很好的解决后期数据源迁移的问题。根据数据存储特性,构建实时/历史数据库与关系数据库并存的数据库系统。实时/历史数据库存储采集点的实时数据和历史趋势,关系数据库存储报警信息、检修记录、润滑记录等信息,系统的主要功能画面如图1所示:

系统的主要功能画面

图1 系统的主要功能画面

        2.2建立在线监测与故障诊断系统

通过系统提供的分析工具,判断装备的工作状态

图2通过系统提供的分析工具,判断装备的工作状态

        建立在线监测与故障诊断系统,以实现对关键设备运行状况的实时监测与诊断。根据设备监测经验和数据资料,将振动监测与信号分析、生产工艺数据有效结合起来。
        通过系统提供的分析工具,判断装备的工作状态,定位异常部位以及故障劣化的模式。系统提供了多种分析方法包括:时域波形、频谱、趋势、多时域、多频谱、多趋势、长波形、瀑布、转速波形、通道温度趋势、倒谱、包络解调等。时域波形分析、频谱分析、趋势分析同时显示,根据趋势自由切换相关数据。
        同步获取振动、温度信号,及录入到系统中的所有部件信息,自动计算所有部件信息的故障特征频率,比如轴承、齿轮、皮带轮、电机、叶片等多种零部件的特征频率,自动生成轴承各部件的缺陷频率,帮助精确诊断轴承的早期故障。

3 预知维修设备管理系统的预期效果

        在相关部室的积极引领和业主公司的积极配合下,通过设备管理系统,在使用好设备、管理好设备和维护好设备的同时,将能极大地提高设备综合效率,为企业的持续发展,提高企业持续竞争能力,发挥巨大的能动作用。设备状态监测预知维修管理系统,孕育着在设备管理与维修方式上的一场技术革命和观念转变,具体体现在设备运行状态检查由定性化操作将逐步被定量化操作所取代,以预知维修为主导的检修模式将逐步取代计划检修模式或与计划检修模式相结合,降低维修费用,延长装置的长周期稳定运行。

4 结论

        基于状态监测和故障诊断的设备管理系统,通过收集设备运行过程中产生的数据,结合生产制造数据、运行管理数据,构建一套设备故障大数据平台,并实现故障模型的建立及设备运行故障的自诊断功能。该系统为设备预防性维护,预知性维修理论提供了有效的工具支持。