洪偉

（新疆八一鋼鐵股份有限公司煉鐵廠）

1 背景介紹

2019年初寶武集團(tuán)在智慧制造總體規(guī)劃“四個(gè)一律”中提出了“操作一律集中，運(yùn)維一律遠(yuǎn)程”的要求。八鋼公司作為寶鋼全資子公司，根據(jù)自身實(shí)際情況，結(jié)合智慧制造功能精度管理要求，提出了八鋼公司2019-2024智慧制造規(guī)劃。

八鋼智慧制造立足現(xiàn)有設(shè)備檢測(cè)數(shù)據(jù)，按照設(shè)備分類，分步實(shí)施：首先對(duì)關(guān)鍵設(shè)備關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行推進(jìn)；以大數(shù)據(jù)分析以及人工智能為技術(shù)支撐；推進(jìn)設(shè)備運(yùn)行、維護(hù)智能化，關(guān)鍵設(shè)備、關(guān)鍵業(yè)務(wù)管理智能化。最終實(shí)現(xiàn)設(shè)備生命周期全數(shù)字化、智能化，并在八鋼公司建立設(shè)備預(yù)知狀態(tài)維修體系。

2 煉鐵設(shè)備管理需要解決的問(wèn)題

基于鋼鐵企業(yè)智慧制造對(duì)設(shè)備管理提出的更高要求，八鋼煉鐵系統(tǒng)設(shè)備管理現(xiàn)狀需要提高改進(jìn)。改變目前設(shè)備維護(hù)過(guò)度依賴于維護(hù)技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)、技能的現(xiàn)狀。

2.1 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備管理及維護(hù)隊(duì)伍的現(xiàn)狀

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備管理及維護(hù)隊(duì)伍的現(xiàn)狀與智慧制造的要求還有一定距離，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備管理技術(shù)人員少，新生維護(hù)人員梯隊(duì)搭建困難，需要通過(guò)現(xiàn)代科技手段進(jìn)行工作替換。

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備維護(hù)需要一支技術(shù)過(guò)硬、經(jīng)驗(yàn)豐富的隊(duì)伍。由于煉鐵生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備維護(hù)人員及管理人員技能水平參差不齊，人員結(jié)構(gòu)面臨老齡化，設(shè)備維護(hù)團(tuán)隊(duì)的梯隊(duì)建設(shè)遇阻。急需采用科技手段對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控，通過(guò)高效運(yùn)程維護(hù)模式替代設(shè)備維護(hù)人員現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)檢方式。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備所處環(huán)境比較復(fù)雜

煉鐵生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行環(huán)境、人員作業(yè)環(huán)境大多處于煤氣區(qū)域、高溫區(qū)域、粉塵區(qū)域，所處環(huán)境不利于設(shè)備維護(hù)人員的身心健康。環(huán)境改善不僅對(duì)設(shè)備運(yùn)行有利，設(shè)備點(diǎn)檢運(yùn)維方式的改變也體現(xiàn)對(duì)維護(hù)人員的人文關(guān)懷，這也是八鋼智慧制造建設(shè)過(guò)程中面臨的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。

2.3 設(shè)備信息管理系統(tǒng)（EQMS）還需要完善

目前八鋼設(shè)備信息管理系統(tǒng)（EQMS）未與現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化（L1）系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)接;所有信息需要人工錄入，流程需要人工封閉，各流程數(shù)據(jù)與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備關(guān)聯(lián)度低，不具備數(shù)據(jù)分析能力；設(shè)備信息管理系統(tǒng)未與采購(gòu)等管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)建立互聯(lián)，數(shù)據(jù)未實(shí)現(xiàn)共享開(kāi)發(fā)。 采集大量設(shè)備運(yùn)行信息進(jìn)入設(shè)備管理系統(tǒng)，通過(guò)海量數(shù)據(jù)制定故障判據(jù)規(guī)則、研發(fā)故障預(yù)警模型，以實(shí)現(xiàn)故障判斷、故障信息自動(dòng)推送、檢修方案關(guān)聯(lián)推薦。將檢修資材、備件與采購(gòu)庫(kù)存和其它采購(gòu)信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)建立互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備采購(gòu)計(jì)劃自動(dòng)生成、維修履歷生成等，急需對(duì)目前設(shè)備信息管理系統(tǒng)的二次開(kāi)發(fā)利用。

3 煉鐵遠(yuǎn)程運(yùn)維系統(tǒng)技術(shù)要求

3.1 系統(tǒng)構(gòu)成

通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的溫度、振動(dòng)、設(shè)備運(yùn)行電流、系統(tǒng)壓力流量進(jìn)行采集，搭建八鋼數(shù)據(jù)平臺(tái)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備特點(diǎn)建立通用及專用預(yù)警規(guī)則，利用專用工具開(kāi)發(fā)通用或?qū)Ｓ迷O(shè)備功能失效模型，建立一套應(yīng)用系統(tǒng)，搭建數(shù)據(jù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)數(shù)據(jù)接收、歸檔、處理、分析及發(fā)布，同時(shí)開(kāi)發(fā)一款移動(dòng)端程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)互動(dòng)。

3.2 數(shù)據(jù)采集

通過(guò)有線或無(wú)線傳感器采集設(shè)備狀態(tài)。以電機(jī)為例，可以采集電機(jī)軸承振動(dòng)、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、繞組溫度、電壓、電流等參數(shù)， 采集這些參數(shù)并經(jīng)過(guò)預(yù)處理送至本地L1系統(tǒng)，并通過(guò)本地計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)視（HMI)及預(yù)警處理。

3.3 數(shù)據(jù)處理

遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)平臺(tái)通過(guò)opc方式與現(xiàn)場(chǎng)L1系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，通過(guò)與預(yù)定信號(hào)進(jìn)行比對(duì)，當(dāng)達(dá)到門(mén)限值或多信號(hào)滿足預(yù)設(shè)預(yù)警規(guī)則時(shí)輸出預(yù)警，并生成預(yù)警報(bào)告。在此過(guò)程通過(guò)對(duì)異常的偵測(cè)，將異常數(shù)據(jù)與故障特征庫(kù)數(shù)據(jù)對(duì)標(biāo)學(xué)習(xí)，不斷完善故障特征KPI聚合度。

3.4 模型開(kāi)發(fā)

針對(duì)故障特征曲線進(jìn)行故障預(yù)警與診斷模型開(kāi)發(fā)，并對(duì)模型進(jìn)行訓(xùn)練，不斷完善模型。

模型應(yīng)用：將成熟診斷模型與現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的故障圖譜數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，查找發(fā)現(xiàn)異常及和預(yù)測(cè)故障。必要時(shí)可采取人工輸入未被發(fā)現(xiàn)的故障和異常，不斷豐富完善故障特征數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容。

3.5 功能實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)完成可實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控、歷史趨勢(shì)查詢、歷史報(bào)告（設(shè)備檔案）查詢，通過(guò)WED訪問(wèn)可進(jìn)行異常錄入，通過(guò)手機(jī)APP可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)異常告警發(fā)布，通過(guò)通用以及特殊模型開(kāi)發(fā)可實(shí)現(xiàn)設(shè)備智能點(diǎn)檢、故障智能分析、設(shè)備維修智能決策。

4 煉鐵智慧制造的初步實(shí)踐

根據(jù)八鋼智慧制造規(guī)劃，通過(guò)確定重要設(shè)備及關(guān)鍵部件，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)檢員日常設(shè)備狀態(tài)管理經(jīng)驗(yàn)，初步確定各區(qū)域設(shè)備的異常點(diǎn)判斷需求以及所需信號(hào)點(diǎn)，并提煉出異常事件智能判定規(guī)則，對(duì)梳理出來(lái)的信號(hào)數(shù)據(jù)根據(jù)需要調(diào)整，篩選出更能與設(shè)備對(duì)象相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)項(xiàng)的排列組合。

打通在線檢測(cè)、狀態(tài)判斷、現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)、檢修實(shí)施等業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)，流程銜接數(shù)據(jù)共享。通過(guò)各個(gè)環(huán)節(jié)中數(shù)字化、規(guī)則化、標(biāo)準(zhǔn)化，依據(jù)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)規(guī)則自動(dòng)做出異常判斷、故障定位、維修計(jì)劃制定、維修標(biāo)準(zhǔn)關(guān)聯(lián)、維修質(zhì)量控制，并實(shí)現(xiàn)決策結(jié)果的自動(dòng)推送。

4.1 對(duì)數(shù)據(jù)提取進(jìn)行專業(yè)分析、建模

優(yōu)先選擇現(xiàn)場(chǎng)原L1系統(tǒng)中反映設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)如溫度、振動(dòng)以及工藝流量、液位、壓力的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。通過(guò)典型故障特征提取，主要包括波形指標(biāo)、脈沖指標(biāo)、峭度指標(biāo)、裕度指標(biāo)等無(wú)量綱指標(biāo)，通過(guò)一系列精確FFT計(jì)算，通過(guò)頻率計(jì)算、頻帶能量、幅值計(jì)算等頻域分析方法，出具診斷結(jié)果。

通過(guò)對(duì)現(xiàn)有風(fēng)機(jī)系統(tǒng)主要部分設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的采集，例如風(fēng)機(jī)電機(jī)的前（后）軸承溫度、電機(jī)定子溫度、電機(jī)電流、電機(jī)前（后）軸不同方向振動(dòng)數(shù)據(jù)，風(fēng)機(jī)自身前（后）軸承溫度、風(fēng)機(jī)前（后）軸不同方向振動(dòng)數(shù)據(jù)，以及傳動(dòng)齒輪箱前（后）軸承溫度、前（后）軸不同方向振動(dòng)數(shù)據(jù)、稀油站進(jìn)、出口油壓、滑動(dòng)軸承進(jìn)、出口（回油）壓力等，通過(guò)數(shù)據(jù)采集建立狀態(tài)預(yù)警模型預(yù)警與故障診斷模型，如表1、表2。

表1 狀態(tài)預(yù)警模型

表2 故障診斷模型

4.2 預(yù)警規(guī)則建立

選擇關(guān)鍵重要設(shè)備對(duì)象，從煉鐵系統(tǒng)L 1及L2系統(tǒng)中提取梳理相關(guān)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)，綜合現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)檢員、技術(shù)人員以及在線精密診斷工程師積累的診斷經(jīng)驗(yàn)，列出報(bào)警類型清單。對(duì)應(yīng)報(bào)警清單描述維護(hù)要求，制定維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，明確每一類維護(hù)項(xiàng)目的操作流程，數(shù)據(jù)錄入要求及判定標(biāo)準(zhǔn)，編制維護(hù)計(jì)劃，明確維護(hù)行為的對(duì)象。與八鋼公司運(yùn)行的E Q M S系統(tǒng)對(duì)接，對(duì)應(yīng)設(shè)備編碼（6位）關(guān)聯(lián)維修部件（9位）及操作要求，編制維護(hù)方案指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)，并進(jìn)行過(guò)程數(shù)據(jù)錄入。提煉出面向設(shè)備對(duì)象易發(fā)生的異常事件預(yù)警規(guī)則，將規(guī)則植入設(shè)備運(yùn)維平臺(tái)。

4.3 故障檢修智能決策

面向設(shè)備對(duì)象易發(fā)生的故障，建立故障類型清單，羅列出設(shè)備主要設(shè)備功能失效類型。針對(duì)各種類型失效反應(yīng)出的過(guò)程參數(shù)表現(xiàn)進(jìn)行收集、分析，建立故障診斷模型。對(duì)應(yīng)故障類型進(jìn)行檢修委托事項(xiàng)編寫(xiě)，關(guān)聯(lián)檢修標(biāo)準(zhǔn)，明確每一類檢修項(xiàng)目的操作流程，數(shù)據(jù)錄入要求及判定要求，編制檢修計(jì)劃，明確檢修行為的對(duì)象、檢修要求。故障發(fā)生前推送診斷信息，確認(rèn)生成檢修方案， 指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)檢修。檢修結(jié)束自動(dòng)生成檢修過(guò)程記錄，自動(dòng)跟新設(shè)備檢修履歷。

4.4 機(jī)器人的應(yīng)用

借助第三方聯(lián)合開(kāi)發(fā)智能巡檢機(jī)器人，通過(guò)高清圖像采集回傳、紅外測(cè)溫、異常音頻監(jiān)測(cè)、氣體濃度檢測(cè)、自主巡線、異常報(bào)警、檢測(cè)數(shù)據(jù)回傳或通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)模塊上至云端，設(shè)備人員安裝APP軟件即可查看機(jī)器人采集數(shù)據(jù)以及平臺(tái)分析處理建議。在煤氣區(qū)域等復(fù)雜環(huán)境下，可替代人全天候巡查檢測(cè)，一旦監(jiān)控到異常，能迅速發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并將各類異常信息反饋到中控室，方便維護(hù)人員更快更及時(shí)地處置。通過(guò)人工智能技術(shù)（AI）降低巡檢工作人員工作強(qiáng)度，降低安全風(fēng)險(xiǎn)，點(diǎn)檢維護(hù)人員勞動(dòng)效率也將大大提高。

4.5 發(fā)揮現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備維護(hù)及管理人員的技能

在遠(yuǎn)程運(yùn)維建設(shè)過(guò)程中要求基層技術(shù)、管理、維護(hù)人員,盡可能全面列出報(bào)警與故障清單。針對(duì)異常報(bào)警與故障列全維護(hù)與檢修項(xiàng)目,發(fā)揮基層技術(shù)人員的知識(shí)與技能優(yōu)勢(shì)，對(duì)收集案例加以提煉并梳理。在智能判斷規(guī)則提煉過(guò)程中是知識(shí)經(jīng)驗(yàn)的數(shù)字化過(guò)程之一，覆蓋盡可能廣的智能判斷規(guī)則,有利于故障診斷可靠性。

5 八鋼煉鐵系統(tǒng)設(shè)備的遠(yuǎn)程運(yùn)維成效

經(jīng)過(guò)兩年的建設(shè)，八鋼煉鐵系統(tǒng)設(shè)備的遠(yuǎn)程運(yùn)維已取得了一些成效。2 0 1 9年底，完成了三座2500m3高爐操作系統(tǒng)的整合，同時(shí)完成了對(duì)高爐鐵口除塵風(fēng)機(jī)、礦槽除塵風(fēng)機(jī)、爐頂氣密箱、主皮帶電機(jī)以及本體在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)170多個(gè)關(guān)鍵參數(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程采集、監(jiān)控、分析，為煉鐵運(yùn)維一律遠(yuǎn)程打下了良好基礎(chǔ)。2020年通過(guò)二煉鐵遠(yuǎn)程運(yùn)維的牽引，一煉鐵關(guān)鍵數(shù)據(jù)全面上寶武智維平臺(tái)，結(jié)合幾大院校聯(lián)合研發(fā)機(jī)器人，煉鐵廠遠(yuǎn)程運(yùn)維初見(jiàn)規(guī)模，初步實(shí)現(xiàn)ABC高爐、歐冶爐關(guān)鍵設(shè)備、設(shè)備參數(shù)遠(yuǎn)程監(jiān)控、歷史趨勢(shì)查詢、歷史報(bào)告（設(shè)備檔案）查詢，手機(jī)APP實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)異常告警發(fā)布，故障信息推送，遠(yuǎn)程點(diǎn)檢功能基本實(shí)現(xiàn)，為下一步通過(guò)通用以及特殊模型開(kāi)發(fā)、實(shí)現(xiàn)設(shè)備智能點(diǎn)檢、故障智能分析，設(shè)備智能運(yùn)維打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

6 結(jié)束語(yǔ)

八鋼煉鐵系統(tǒng)設(shè)備遠(yuǎn)程運(yùn)維建設(shè)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)煉鐵所有A類設(shè)備遠(yuǎn)程運(yùn)維，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，自動(dòng)產(chǎn)生設(shè)備狀態(tài)變化趨勢(shì)，對(duì)設(shè)備做預(yù)知性維修。通過(guò)對(duì)接現(xiàn)有設(shè)備采購(gòu)、設(shè)備上線、設(shè)備報(bào)修、設(shè)備維修、設(shè)備管控信息關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備全生命周期管理。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)邊緣計(jì)算與云端數(shù)據(jù)處理實(shí)現(xiàn)檢修、資材、備修等計(jì)劃自動(dòng)生成，減少各級(jí)管理流程，提高工作效率，向智慧運(yùn)維過(guò)渡。

2020年10月 煉鐵廠完成一煉鐵智能運(yùn)維數(shù)據(jù)流程及遠(yuǎn)程運(yùn)維預(yù)設(shè)功能，計(jì)劃2021年2月完成二煉鐵關(guān)鍵設(shè)備與云平臺(tái)及多系統(tǒng)間數(shù)據(jù)對(duì)接的設(shè)計(jì)方案，2021年7月完成二煉鐵智慧運(yùn)維數(shù)據(jù)流程及預(yù)設(shè)功能實(shí)現(xiàn)，后期將推廣至八鋼公司煉鐵流程的上游各工序。