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ABB預(yù)測(cè)性維護(hù)的“六步走”攻略

對(duì)于能源部門,提高作業(yè)效率是提高底線業(yè)績(jī)最重要的手段之一。資產(chǎn)管理是實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)的關(guān)鍵,需要確保所有資產(chǎn)在高可用性、最低維護(hù)成本的情況下,以最高性能運(yùn)行。



編譯 | 二丫


多年來(lái),企業(yè)管理資產(chǎn)的策略不斷改變,但變化速度從未如此迅速與深刻。在更多低成本的精準(zhǔn)傳感器、更高速的通信、強(qiáng)大的計(jì)算能力(包括云計(jì)算與邊緣計(jì)算)、機(jī)器學(xué)習(xí)、高級(jí)分析技術(shù)的推動(dòng)下,作業(yè)公司擁有了極具吸引力的資產(chǎn)選擇。借助豐富的專業(yè)知識(shí),可以精準(zhǔn)施策,以完美適配所有作業(yè)需求,從而能夠自信地規(guī)劃和落實(shí)更重要的資產(chǎn)優(yōu)化與作業(yè)提效方案。


許多維護(hù)策略都已完備地記錄在案,用于更好地管理資產(chǎn)。常規(guī)方案通常是計(jì)劃例行維護(hù),也就是按照設(shè)備制造商建議的時(shí)間間隔進(jìn)行維護(hù)。如果管理得當(dāng),會(huì)按照時(shí)間或某些性能參數(shù)規(guī)劃預(yù)防性維護(hù),若沒(méi)有成功實(shí)施,則可能會(huì)演變?yōu)楸粍?dòng)故障與修復(fù)方案,進(jìn)而導(dǎo)致作業(yè)中斷。


盡管機(jī)會(huì)很多,但制造業(yè)與能源行業(yè)的許多公司仍在基礎(chǔ)資產(chǎn)上使用反應(yīng)性、預(yù)防性維護(hù)制度。盡管各種研究表明,預(yù)防性維護(hù)僅適用于18%的工廠設(shè)備,但這些公司仍將資金投入到基于時(shí)間的維護(hù)上。對(duì)其余82%的設(shè)備進(jìn)行預(yù)防性維護(hù),實(shí)際上可能反而會(huì)導(dǎo)致故障。


實(shí)際上,在維護(hù)方面并沒(méi)有所謂的萬(wàn)能方法。對(duì)公司而言,最佳的發(fā)展方向是評(píng)估其在資產(chǎn)績(jī)效管理進(jìn)程中的位置,然后根據(jù)每個(gè)工廠的作業(yè)場(chǎng)景、設(shè)備每個(gè)部分的作用(潛在失效方式、對(duì)整個(gè)流程性能或設(shè)備利用率的重要性),為這些資產(chǎn)或設(shè)備選擇正確的維護(hù)策略,


掌握了這些信息,再考慮維修與故障成本,就可將適合的系統(tǒng)部署到位。從軟件和技術(shù)、人員和流程等方面的系統(tǒng)角度來(lái)看,該策略將是最具成本效益、最高效的資產(chǎn)管理方式。關(guān)鍵是在有意義的地方部署預(yù)測(cè)性維護(hù)。


因此,一旦完成了“可靠性基礎(chǔ)”,即知曉關(guān)鍵性、故障機(jī)制、可用性以及成本因素的基本步驟,那應(yīng)該從何處開(kāi)始部署預(yù)測(cè)性維護(hù)策略呢?



01. 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可見(jiàn)

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第一步是要了解流程與設(shè)備的現(xiàn)狀。“你無(wú)法衡量你不知道的東西”,通常情況下,某家公司需要了解其資產(chǎn)的現(xiàn)狀。這可能需要獲取工廠層面的已有數(shù)據(jù),并將這些數(shù)據(jù)可視化,以用于制定有效決策。


公司可以將這些數(shù)據(jù)與IT、維護(hù)管理系統(tǒng)層面的數(shù)據(jù)結(jié)合起來(lái),以更好地了解維護(hù)記錄與工廠狀況。在這種情況下,關(guān)鍵是獲取以前丟失的數(shù)據(jù),并將其安全可靠地整合到IT領(lǐng)域,然后對(duì)其進(jìn)行操作、分析,并根據(jù)這些數(shù)據(jù)做出決策。



案例分析:OKEA情景化數(shù)據(jù)流


挪威油氣公司OKEA的數(shù)字化轉(zhuǎn)型之旅的首個(gè)基石是在Draugen石油平臺(tái)上使用的ABB Ability EdgeInsight系統(tǒng)。該解決方案以不到1秒的延遲,提供了從控制系統(tǒng)到云端的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流。OKEA公司能夠利用云端的儀表板,結(jié)合實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)與KPI數(shù)據(jù),監(jiān)控他們的生產(chǎn)情況。這種邊緣解決方案使實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)易于獲取,有助于作業(yè)者隨時(shí)隨地訪問(wèn)這些數(shù)據(jù)。它還大幅縮短了不同用戶諸多案例的價(jià)值體現(xiàn)時(shí)間,包括預(yù)測(cè)性維護(hù)。


ABB Ability EdgeInsight系統(tǒng)能夠獲取現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、網(wǎng)關(guān)以及作業(yè)系統(tǒng)的可編程控制器的數(shù)據(jù)。然后,它將各種現(xiàn)場(chǎng)協(xié)議轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議,并將標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)果提供給IT基礎(chǔ)設(shè)施,同時(shí)確保不訪問(wèn)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò),保障關(guān)鍵作業(yè)系統(tǒng)的安全。



02. 了解差距并通過(guò)增加傳感器進(jìn)行補(bǔ)救 

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一旦實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可見(jiàn),下一步就是彌補(bǔ)工廠關(guān)鍵資產(chǎn)中可能會(huì)缺少信息的任何缺口。在這里可以添加額外的數(shù)據(jù)點(diǎn),以更深入了解資產(chǎn)狀況。可將大量傳感器安裝在電氣設(shè)備、旋轉(zhuǎn)設(shè)備以及其他工廠資產(chǎn)上,然后成為基于狀態(tài)的維護(hù)制度的一部分。這可以是與控制系統(tǒng)相連的形式,也可以是完全獨(dú)立的系統(tǒng),可根據(jù)資產(chǎn)的狀況做出明智決策。


許多傳感器可以彌補(bǔ)數(shù)據(jù)缺口。ABB Ability傳感器將傳統(tǒng)的電機(jī)、泵與軸承轉(zhuǎn)化為無(wú)線連接的智能設(shè)備。它從設(shè)備表面測(cè)量關(guān)鍵參數(shù),可用于獲取機(jī)器狀況與性能的相關(guān)有效信息,使用戶能夠識(shí)別系統(tǒng)內(nèi)的低效率,減少作業(yè)與維護(hù)的相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)。


狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可對(duì)非關(guān)鍵電機(jī)與旋轉(zhuǎn)設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)、無(wú)線監(jiān)測(cè)。它有助于檢測(cè)可能導(dǎo)致設(shè)備故障與停產(chǎn)的機(jī)器振動(dòng)和異常溫度。用戶可以遠(yuǎn)程訪問(wèn)該系統(tǒng)提供的信息。借助無(wú)線功能,該系統(tǒng)可輕松安裝在現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施上,不會(huì)造成任何額外停工。此外,設(shè)計(jì)、規(guī)劃、材料與安裝成本都低于傳統(tǒng)的有線解決方案。


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狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)控解決方案是至關(guān)重要的工具,特別是當(dāng)資產(chǎn)處于偏遠(yuǎn)、荒涼的地方時(shí),這是油氣行業(yè)普遍存在的問(wèn)題。



案例分析:Goliat油田


Goliat油田是油氣行業(yè)受益于無(wú)線監(jiān)控維護(hù)的典型案例。它是挪威巴倫支海地區(qū)的一個(gè)海上油田,位于哈默菲斯特西北85公里處。該油田使用了全球最大、最復(fù)雜的圓筒形FPSO,并采用了最先進(jìn)的建造技術(shù),以應(yīng)對(duì)在北極環(huán)境中作業(yè)的技術(shù)挑戰(zhàn)。Goliat的容量為100萬(wàn)桶石油,由于采用了陸地供電與零排放的作業(yè)理念,再加之利用了基于狀態(tài)的最新監(jiān)測(cè)技術(shù),它將對(duì)環(huán)境產(chǎn)生最小的影響。


其中一項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)是應(yīng)用于Goliat的旋轉(zhuǎn)機(jī)械裝置組(從渦輪機(jī)到壓縮機(jī)和柴油發(fā)電機(jī))的無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)。該狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用范圍也擴(kuò)展至整個(gè)電氣系統(tǒng),包括變壓器、配電盤、驅(qū)動(dòng)器、HVAC、電纜以及海底系統(tǒng)等。同時(shí),密切監(jiān)測(cè)了對(duì)安全、可靠運(yùn)行至關(guān)重要的整個(gè)船舶系統(tǒng),如卸貨站、船體結(jié)構(gòu)與起重機(jī)系統(tǒng),設(shè)備模型監(jiān)測(cè)當(dāng)前性能與當(dāng)前參數(shù)預(yù)期性能,并指出潛在或?qū)嶋H偏差。發(fā)送設(shè)備故障、事件與警告至狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),并通知作業(yè)者建議維護(hù)的區(qū)域。 



03. 分析、了解故障的主要趨勢(shì)

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當(dāng)涉及從傳統(tǒng)設(shè)備獲取信息時(shí),邊緣設(shè)備再次發(fā)揮了關(guān)鍵作用。ABB Ability Genix APM Predict擁有整體數(shù)據(jù)集,是一種用于收集、分析這些數(shù)據(jù)的軟件解決方案。Genix APM Predict從不同系統(tǒng)中收集實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù),并將其展現(xiàn)在單個(gè)儀表板中,因此用戶就可同時(shí)獲得設(shè)備健康數(shù)據(jù)與作業(yè)情況,從而節(jié)約行動(dòng)時(shí)間。


這是過(guò)渡到預(yù)測(cè)性維護(hù)策略的有效方法。它使控制室內(nèi)外的用戶都能即時(shí)、安全地獲取他們所需的設(shè)備數(shù)據(jù),以做出有助于優(yōu)化作業(yè)、降低維護(hù)與作業(yè)成本的決策。


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案例分析:巴斯夫公司


狀態(tài)監(jiān)測(cè)在德國(guó)化學(xué)公司BASF改善其維護(hù)作業(yè)的過(guò)程中起著重要作用。它有許多非關(guān)鍵的低壓電機(jī)與泵,在日常維護(hù)中都是依靠人工檢查。然而,手動(dòng)收集的信息并不能提供足夠多的當(dāng)前狀態(tài)退化或潛在故障相關(guān)的在線信息。旋轉(zhuǎn)機(jī)械裝置的機(jī)組管理已被BASF公司確定為一項(xiàng)協(xié)同創(chuàng)新舉措,這將有助于進(jìn)一步提高工廠的整體可用性、可靠性與作業(yè)效率。


為了克服這個(gè)問(wèn)題,ABB公司提供了一套從傳感器到高級(jí)分析與企業(yè)儀表板的端對(duì)端解決方案,適用于旋轉(zhuǎn)機(jī)械裝置的機(jī)組管理。該方案運(yùn)行復(fù)雜的機(jī)組診斷算法,以改善整個(gè)機(jī)組的運(yùn)作。借助這個(gè)系統(tǒng),BASF公司通過(guò)ABB Ability系統(tǒng)上運(yùn)行的分析算法,可輕松評(píng)價(jià)工廠中每個(gè)組件的狀態(tài)。這反過(guò)來(lái)又為BASF公司提供了足夠信息來(lái)監(jiān)控設(shè)備,并識(shí)別機(jī)器中即將出現(xiàn)的問(wèn)題。BASF公司利用該方案能夠提前檢測(cè)出故障,優(yōu)化維護(hù)作業(yè),從而為推進(jìn)預(yù)測(cè)性維護(hù)提供了替代方案。



04. 利用趨勢(shì)提前預(yù)測(cè)出故障,優(yōu)化維護(hù)策略 

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許多預(yù)測(cè)性維護(hù)方法都采用純數(shù)據(jù)科學(xué)方法進(jìn)行預(yù)測(cè)性分析。使用機(jī)器學(xué)習(xí)與基于模型分析相結(jié)合的方法或更加有效。這樣做可以將實(shí)際性能與預(yù)期性能進(jìn)行比較。通過(guò)對(duì)比各工廠的機(jī)組,不僅可以預(yù)測(cè)故障的發(fā)生概率,還可以預(yù)測(cè)故障的發(fā)生時(shí)間。協(xié)助分析以確定根本原因,并制定適當(dāng)?shù)拇胧┓桨?,以恢?fù)正常狀態(tài)。


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案例分析:以資產(chǎn)健康狀況衡量可靠性


ABB Ability Genix APM采用了這種方法。該軟件的核心是專家開(kāi)發(fā)的久經(jīng)驗(yàn)證的模型,通過(guò)預(yù)測(cè)分析提供診斷,以便及早發(fā)現(xiàn)設(shè)備問(wèn)題。這使作業(yè)者能夠在故障或失效發(fā)生很久之前就采取措施。


利用能夠表征工廠健康狀態(tài)的數(shù)據(jù),來(lái)配置設(shè)備的統(tǒng)計(jì)模型。設(shè)備涵蓋物理模型中定義的組件、裝置與系統(tǒng)。然后使用啟發(fā)式信息(如果有的話)來(lái)補(bǔ)充機(jī)器學(xué)習(xí)算法,以實(shí)現(xiàn)“兩全其美”。這種信息主要以所有可靠性工程師都熟悉的故障模式與影響分析(FMEA)的格式來(lái)表達(dá)。


這套在線系統(tǒng)不斷檢查工廠的現(xiàn)狀。這些實(shí)時(shí)信號(hào)可以來(lái)自任何來(lái)源,通常來(lái)自分布式控制系統(tǒng)(DCS)、狀態(tài)監(jiān)測(cè)以及其他自動(dòng)化系統(tǒng)。這些數(shù)據(jù)與脫機(jī)訓(xùn)練中獲得的特征模型進(jìn)行比較,然后以每個(gè)信號(hào)的關(guān)鍵診斷指標(biāo)(KDI)、每個(gè)故障模式的關(guān)鍵故障指標(biāo)(KFI)以及設(shè)備效率相關(guān)的關(guān)鍵性能指標(biāo)(KPI)的形式向用戶提供總結(jié)信息。除了這些指標(biāo)外,基于網(wǎng)頁(yè)端的用戶界面還提供了詳盡的分析工具,例如圖表、匯總統(tǒng)計(jì)指標(biāo)、未來(lái)指標(biāo)預(yù)測(cè)等。由于機(jī)器學(xué)習(xí)模型和FMEA啟發(fā)式方法的通用性,資產(chǎn)健康狀況可適用于所有部門以及許多應(yīng)用。


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案例分析:Enel Green Power水電站


ABB與意大利Enel Green Power水電站的合作提供了創(chuàng)新型預(yù)測(cè)性維護(hù)解決方案,降低了維護(hù)成本,提高了性能、可靠性與能源效率。該方案利用ABB Ability Genix APM系統(tǒng),將三分之一的機(jī)組從基于時(shí)間的維護(hù)改進(jìn)為基于狀態(tài)的預(yù)測(cè)性維護(hù)。


自2018年初以來(lái),ABB公司與Enel公司密切合作,在意大利和西班牙的5座Enel工廠內(nèi)開(kāi)展了試點(diǎn)項(xiàng)目,共同開(kāi)發(fā)、測(cè)試了先進(jìn)的預(yù)測(cè)性維護(hù)方案,其中包括那不勒斯附近的千兆瓦電廠Presenzano。該方案擁有數(shù)字軟件技術(shù)與服務(wù),將分析超過(guò)19萬(wàn)個(gè)信號(hào),部署大約800個(gè)數(shù)字資產(chǎn)模型,旨在通過(guò)預(yù)測(cè)性維護(hù)改善工廠的生產(chǎn)業(yè)績(jī),減少意外故障,實(shí)現(xiàn)更有效的計(jì)劃性維護(hù)作業(yè)。該整合預(yù)計(jì)將節(jié)約機(jī)組維護(hù)成本,提高工廠生產(chǎn)力,可靠性的增加預(yù)計(jì)將對(duì)作業(yè)支出產(chǎn)生重大影響,整個(gè)機(jī)組的維護(hù)成本將節(jié)省10%,發(fā)電量將增加2%。



05. 了解與調(diào)整作業(yè)

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在維護(hù)過(guò)程達(dá)到這一階段后,下一步就是利用關(guān)鍵的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)規(guī)劃與擴(kuò)展整個(gè)機(jī)組或企業(yè),以實(shí)現(xiàn)真正的節(jié)約和優(yōu)化。預(yù)測(cè)性分析和資產(chǎn)性能映射方案能夠監(jiān)測(cè)、分析、規(guī)劃與執(zhí)行優(yōu)化的管理策略。


它們可以鏈接至其他系統(tǒng),如人力管理或企業(yè)整體管理方案。針對(duì)客戶面臨的特定資產(chǎn)或問(wèn)題組合,都能夠提供正確的解決方案。ISO 55000是跨行業(yè)通用的國(guó)際資產(chǎn)管理體系標(biāo)準(zhǔn)。


始于此,維護(hù)策略的目標(biāo)將是發(fā)展為規(guī)范的維護(hù)制度。在這種情況下,就像預(yù)測(cè)性維護(hù)一樣,其基礎(chǔ)是先進(jìn)的分析技術(shù),它將指導(dǎo)維護(hù)作業(yè),但附加的好處是,它可以根據(jù)信息采取行動(dòng),而不僅僅是提出建議。它可以監(jiān)測(cè)傳感器的讀數(shù),判斷資產(chǎn)是否達(dá)到最佳性能,而且可以給技術(shù)人員發(fā)出工作指令,并訂購(gòu)作業(yè)所需的任何部件。



案例分析:PKOP煉油廠


哈薩克斯坦PKOP煉油廠(奇姆肯特?zé)捰蛷S)實(shí)施了資產(chǎn)績(jī)效管理方案,獲得多項(xiàng)新能力,包括關(guān)鍵性分析、變更管理,以及與企業(yè)資產(chǎn)管理(EAM)系統(tǒng)互聯(lián)的更強(qiáng)大的可靠性管理。數(shù)字化工廠平臺(tái),加上專業(yè)的咨詢服務(wù),將改善作業(yè)與維護(hù)關(guān)鍵設(shè)備相關(guān)的業(yè)務(wù)流程。該項(xiàng)目的實(shí)施將把計(jì)劃維護(hù)停機(jī)頻次從每年減少一次降至每三年一次。



06. 形成可靠性文化

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預(yù)測(cè)性維護(hù)策略能否成功的關(guān)鍵因素是需要擁有豐富的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)以及工廠作業(yè)、流程與資產(chǎn)知識(shí)。ABB公司在幫助客戶進(jìn)行維護(hù)方面已擁有數(shù)十年的經(jīng)驗(yàn),雖然解決這些問(wèn)題的個(gè)別方案已經(jīng)改變,但可靠性工程的核心基礎(chǔ)并沒(méi)有改變。


為達(dá)到可靠性要求的最高標(biāo)準(zhǔn),無(wú)論應(yīng)用多么先進(jìn)的技術(shù),公司都不能忽視人的重要作用。工廠需要形成一種以可靠性為中心的文化氛圍,讓每個(gè)人都認(rèn)識(shí)到他們的個(gè)人責(zé)任,就像廣泛認(rèn)識(shí)到安全的重要性一樣。


“可靠性文化”可以被定義為這樣一種文化:在資產(chǎn)的整個(gè)生命周期中,所有層級(jí)的員工都持續(xù)參與到識(shí)別、理解、應(yīng)用正確的可靠性行為與實(shí)踐中。


各崗位、各層級(jí)員工都致力于改進(jìn)他們所依賴的流程、系統(tǒng)與工作關(guān)系。高水平的設(shè)備可靠性有望提高安全、環(huán)保與生產(chǎn)效益。從了解(評(píng)估)當(dāng)前狀態(tài)、建立改進(jìn)團(tuán)隊(duì)、增加-檢查-調(diào)整優(yōu)化流程到能力開(kāi)發(fā),這一整套過(guò)程將確保形成可靠性優(yōu)化制度,并獲得收益。


卓越的可靠性是過(guò)程,而不是終點(diǎn)。組織機(jī)構(gòu)若采用這套方法,將能夠更好地持續(xù)優(yōu)化作業(yè),延長(zhǎng)正常作業(yè)時(shí)間。業(yè)務(wù)與技術(shù)正在不斷變化。您將如何規(guī)劃未來(lái)的預(yù)測(cè)性維護(hù)之路呢?