楊恒1 周平1 范鹍2 王成鎮(zhèn)1
（1山東鋼鐵集團有限公司研究院，山東 濟南 250100；2山東鋼鐵集團日照有限公司信息計量部，山東 日照276800）
摘 要：設備高質(zhì)量運行是鋼鐵企業(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維系統(tǒng)的應用，有效的解決了鋼鐵企業(yè)設備管理的共性問題，實現(xiàn)了關鍵設備的全生命周期管理，提升了企業(yè)設備管理水平。
關鍵詞：大數(shù)據(jù)分析；可視化；智能運維系統(tǒng)；全生命周期管理
1 前言
鋼鐵企業(yè)設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：設備規(guī)模大且分散，管理困難，缺少可視化和自動化遠程智能運維管理手段；環(huán)境異構、業(yè)務系統(tǒng)繁多，無法快速適應復雜環(huán)境設備的管控；人員能力層次不齊，服務范圍廣，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，實現(xiàn)設備（特別是關鍵設備）的全生命周期管理，提高設備管理的精細化水平，國內(nèi)鋼鐵企業(yè)已開始進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維系統(tǒng)（以下簡稱：智能運維系統(tǒng)）的應用效果顯著，該系統(tǒng)的應用為設備全生命周期跟蹤提供更多、更精細的數(shù)據(jù)支撐，大幅減少了設備非故障停機率，有效提高了生產(chǎn)效率。
2 系統(tǒng)架構
智能運維系統(tǒng)隸屬于設備管理系統(tǒng)范疇，因此，在鋼鐵企業(yè)信息化系統(tǒng)中應定位于L3（三級）層級，系統(tǒng)要實現(xiàn)對鋼鐵企業(yè)全流程生產(chǎn)關鍵設備的智能運維，在設計時就要從技術層面考慮安全性、可靠性、開放性、實用性、可擴展性、規(guī)范性和穩(wěn)定性等原則，從而實現(xiàn)關鍵設備的全生命周期管理。
智能運維系統(tǒng)軟件實現(xiàn)的主要功能包括數(shù)據(jù)處理、Web頁面、手機APP等，部署安裝于企業(yè)云端的服務器中。Web頁面采用基于B/S架構，數(shù)據(jù)處理軟件采用基于C/S架構，在軟件的開發(fā)及擴展上，其技術架構如圖1所示：
圖 1 智能運維系統(tǒng)技術架構圖
數(shù)據(jù)處理層：實現(xiàn)對生產(chǎn)、設備、PLC、環(huán)境等數(shù)據(jù)的采集、存儲，采用大數(shù)據(jù)分析技術對數(shù)據(jù)進行分析處理，掌握設備的運行狀態(tài)，對各種故障進行診斷并給出相關解決參考策略。同時，將相關數(shù)據(jù)進行存儲，在此基礎上為外部系統(tǒng)提供訪問數(shù)據(jù)的標準接口，實現(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)流轉如圖2所示：
圖 2 智能運維系統(tǒng)數(shù)據(jù)流轉圖
業(yè)務承載層：在企業(yè)云端部署虛擬服務器，配置相應的操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫軟件，搭建軟件運行環(huán)境，用以支撐數(shù)據(jù)分析計算和應用程序運行。
應用部署層：將實現(xiàn)系統(tǒng)要求的各模塊功能軟件部署于服務器端，主要包括Web頁面、手機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APP軟件等多重訪問方式，同時針對不同的訪問方式進行安全隔離機制，確保信息安全高效的傳輸。
3 功能實現(xiàn)
智能運維系統(tǒng)的功能實現(xiàn)由標準管理、維修管理、資產(chǎn)管理、專家知識庫、設備狀態(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)資源計劃）系統(tǒng)以及企業(yè)生產(chǎn)運營的其他專業(yè)系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源共享。
圖 3 智能運維系統(tǒng)功能結構圖
3.1運維標準管理體系
智能運維系統(tǒng)結合企業(yè)設備運行的實際情況，建立完善的設備標準體系，提高標準的實用性，規(guī)范支撐設備管理的制度、標準、規(guī)程等，通過對制度、標準、規(guī)程等的統(tǒng)一、規(guī)范性管理，使制度的指導性提高，標準的應用更加方便、快捷，有利于設備運維人員對標準進行持續(xù)優(yōu)化，為設備運維工作的順利開展提供可靠的標準和技術支撐。
3.2設備全生命周期管理
智能運維系統(tǒng)從設備的采購到設備淘汰報廢的整個生命周期，對設備實施全面合理的管理和監(jiān)控。以提高設備可靠性為目標，設備臺賬管理為基礎，設備定期工作管理、點檢管理、技術監(jiān)督等預防性、預警性管理為核心，檢修管理、技改管理等計劃性、項目性管理為依托，設備缺陷管理、運行值班管理等日常運營性數(shù)據(jù)為支撐，設備定值、設備異動、設備評級等管理為補充，利用大數(shù)據(jù)分析技術建立一個系統(tǒng)化、立體化、可視化的智能運維體系。將之前靜態(tài)、片面的設備臺賬管理上升到動態(tài)的、系統(tǒng)化的設備健康檔案管理，將原來事后搶救、疲于奔命式的運維管理轉變?yōu)槭虑邦A防性、預警性的智能運維管理，并與ERP系統(tǒng)的預算管理、物資管理實現(xiàn)互聯(lián)，將智能運維管理統(tǒng)一納入企業(yè)價值鏈管理之中，實現(xiàn)設備全生命周期管理。設備全生命周期管理過程如圖4所示：
圖4 設備全生命周期管理過程
3.3點巡檢動態(tài)管理
規(guī)范點巡檢管理的作業(yè)流程，按照路徑行程組合最優(yōu)原則，規(guī)劃設備點檢路線，將點檢標準、點檢區(qū)域、點檢計劃等信息在系統(tǒng)中進行匹配，同時利用大數(shù)據(jù)手段將點檢反饋、歷史記錄信息進行分析和處理，提出更有針對性的點巡檢策略，實現(xiàn)運維工作的過程化、動態(tài)化跟蹤，使點檢人員得操作更為規(guī)范、省時，效率更高。點巡檢流程如圖5所示：
圖5點巡檢流程示意圖
3.4智慧專家知識庫建設
智慧專家知識庫圍繞智能運維的實際需求，對海量異構數(shù)據(jù)等進行分析建模和挖掘建模。以點帶面，全面推進物聯(lián)網(wǎng)技術的應用，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)間的關系，將設備運維過程中的數(shù)據(jù)轉化為知識，輔助工序設備運維人員科學合理的做好設備管理工作。實現(xiàn)對軋機等大型裝備和主傳動等復雜控制系統(tǒng)的故障智能診斷與智能維護，建立公司級設備管理專家知識庫。
以生產(chǎn)工序→重點設備→重點部件建立的點檢標準、報警標準、故障庫的知識庫數(shù)據(jù)為基礎，通過梳理形成以設備為中心的“知識關系庫”，構成數(shù)據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡，從而實現(xiàn)了設備的智能可視化運維。以軸承庫為例，將企業(yè)內(nèi)各設備關鍵部位的軸承數(shù)據(jù)預定義到系統(tǒng)中，點檢數(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，可擴展增加自定義軸承信息，自帶特征頻率計算助手。軸承知識庫示意如圖6 所示：
圖6 軸承庫示意圖
3.5設備預測性維護
實時對設備在線進行狀態(tài)監(jiān)測，并以不同的形式展示給點檢人員，進行分析判斷及時做出處理，使設備始終運行在健康狀態(tài)，實現(xiàn)高精度生產(chǎn)的設備運維目標（如圖7）。建立設備故障知識庫，完成對設備故障專業(yè)診斷和評價，實現(xiàn)設備故障診斷分析功能。
采集在線設備運行數(shù)據(jù)，結合故障診斷數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)在系統(tǒng)內(nèi)部進行綜合分析和處理，實現(xiàn)多元異構數(shù)據(jù)的融合，形成易于識別應用的數(shù)據(jù)，完成非結構化數(shù)據(jù)的特征提取和海量設備數(shù)據(jù)存儲，通過數(shù)據(jù)分析提前預測設備的運行狀態(tài)、得出設備的運行規(guī)律，實現(xiàn)設備的預測性運維。
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 設備實時監(jiān)控
主要用于實現(xiàn)設備參數(shù)、PLC、UPS、環(huán)境溫濕度、設備通訊狀態(tài)、視頻、智能儀表等數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控，針對不同人員所關心的數(shù)據(jù)不同進行不同的展示。圖8為高爐實時監(jiān)控圖：
圖 8 高爐實時監(jiān)控圖
3.7移動互聯(lián)的應用
隨著工業(yè)信息化的發(fā)展，智能手機的普遍應用及手機的便捷性，設備管理移動化已經(jīng)成為是未來工業(yè)設備管理應用的重要部份，移動互聯(lián)主要功能主要包括：狀態(tài)監(jiān)測、故障審報、工作審批等。
移動應用功能通過移動應用終端，集消息應用、現(xiàn)場應用、管理應用、自助應用等為一體，滿足鋼鐵全流程各工序設備管理業(yè)務不同級別不同崗位的需求，已成為系統(tǒng)的重要組成部分，運維管理技術人員可以通過移動端很直觀的查看設備的運行狀態(tài)，對設備的異常情況及時做出處理。圖9為智能運維技術移動端展示：
圖 9 智能運維技術移動端展示圖
4 結語
智能運維系統(tǒng)通過大數(shù)據(jù)分析手段實時采集獲取企業(yè)關鍵機械設備、電氣設備的運行信息、運維參數(shù)信息，根據(jù)設備的運行參數(shù)和理論參數(shù)在大數(shù)據(jù)系統(tǒng)中模擬分析最優(yōu)的設備運行參數(shù)曲線，結合模型算法實現(xiàn)預防性的設備診斷、預警和維修，保障設備的科學合理使用，避免突發(fā)性設備故障，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。