北京起重運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)研究院有限公司 北京 100007

0 引言

隨著世界工業(yè)全球化和一體化的深入發(fā)展，傳統(tǒng)制造業(yè)正向定制化、高端化、智能化方向轉(zhuǎn)型，機(jī)械制造產(chǎn)品升級(jí)，市場(chǎng)潛力巨大。起重機(jī)械行業(yè)作為制造業(yè)的重要組成部分，其技術(shù)性貿(mào)易壁壘，已從早期的功能性、標(biāo)準(zhǔn)性延伸到安全性、持續(xù)性等領(lǐng)域。起重機(jī)設(shè)備全生命周期的安全、可控、精準(zhǔn)、高效成為技術(shù)發(fā)展的突破方向，也是提高企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵。

狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)是通過(guò)長(zhǎng)期主動(dòng)對(duì)設(shè)備各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行全面檢測(cè)，并依據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果預(yù)判發(fā)展趨勢(shì)、故障征兆等信息，提前做出預(yù)防性保養(yǎng)維護(hù)等決策，以保障設(shè)備正常運(yùn)行的系統(tǒng)。起重機(jī)具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、零部件多、工作環(huán)境惡劣等特點(diǎn)，維修難度大，且對(duì)技術(shù)人員檢修水平要求高。狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)能夠著重解決起重機(jī)設(shè)備運(yùn)行的問(wèn)題預(yù)測(cè)、故障排除、安全維護(hù)等問(wèn)題，提高設(shè)備生產(chǎn)能力，降低運(yùn)維成本。故在起重機(jī)設(shè)備生命周期各個(gè)環(huán)節(jié)中應(yīng)用狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，建立運(yùn)維、研判規(guī)則數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)而為設(shè)備監(jiān)控、維護(hù)和管理提供支撐平臺(tái)、取得收益，具有十分重要的意義。

1 起重機(jī)狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建

1.1 技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)

起重機(jī)械狀態(tài)總則可參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 25196.1—2010《起重機(jī) 狀態(tài)監(jiān)控 第1部分：總則》，該標(biāo)準(zhǔn)以綜述的方式規(guī)定了較為完善的監(jiān)控范圍，由于起重機(jī)械種類(lèi)繁多，各類(lèi)起重機(jī)械可根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)參照?qǐng)?zhí)行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控。結(jié)合調(diào)研和工程實(shí)踐，可采用基于狀態(tài)維護(hù)的成熟體系實(shí)現(xiàn)起重機(jī)械監(jiān)控方案。

基于狀態(tài)的維護(hù) (condition-based maintenance簡(jiǎn)稱(chēng)CBM)是一種新的設(shè)備維護(hù)模式,其核心理念是在有證據(jù)表明故障將要發(fā)生時(shí)才對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)。這種方式可有效地降低設(shè)備維護(hù)費(fèi)用、減少設(shè)備發(fā)生重大故障的幾率、提高設(shè)備的總體可用性。典型的狀態(tài)維護(hù)系統(tǒng)如圖1所示，起重機(jī)械結(jié)合自身特點(diǎn)在初期需要將數(shù)據(jù)采集和處理結(jié)合并對(duì)健康評(píng)估和預(yù)測(cè)層（HA&PA）做適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化。

圖1 狀態(tài)維護(hù)系統(tǒng)總體的體系結(jié)構(gòu)圖

CBM的目標(biāo)是準(zhǔn)確地檢測(cè)和判斷運(yùn)行中的設(shè)備及其所處環(huán)境的當(dāng)前狀態(tài),利用這些信息對(duì)設(shè)備預(yù)期的可使用壽命(remaining useful life簡(jiǎn)稱(chēng)RUL)做出預(yù)測(cè),有針對(duì)性地制定設(shè)備維護(hù)計(jì)劃。

OSA-CBM標(biāo)準(zhǔn)以組件形式，為分布式CBM系統(tǒng)制定了一個(gè)開(kāi)放的標(biāo)準(zhǔn)化體系結(jié)構(gòu)，定義了CBM系統(tǒng)組成及數(shù)據(jù)交互標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了來(lái)自不同廠商CBM組件間的互換性和互操作性。不同的研究機(jī)構(gòu)和公司可以發(fā)揮在各自領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，充分實(shí)現(xiàn)技術(shù)整合，共同推進(jìn)CBM技術(shù)的發(fā)展。

1.2 數(shù)據(jù)平臺(tái)建立

借鑒OSA-CBM體系的原理結(jié)合起重機(jī)械自身特點(diǎn)，數(shù)據(jù)平臺(tái)運(yùn)用已經(jīng)成熟的技術(shù)，充分吸納面向服務(wù)構(gòu)架(Service-Oriented Architecture簡(jiǎn)稱(chēng)SOA)的理念，采用具有高擴(kuò)展性、可靠性技術(shù)路線，保證系統(tǒng)的可靠性、可擴(kuò)展性與可管理性，能對(duì)起重機(jī)械的電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程連接和收集確定的XML報(bào)文。對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和反饋采用大型關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)Microsoft SQL Server存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)起重機(jī)械進(jìn)行狀態(tài)和故障信息進(jìn)行分布式采集和數(shù)據(jù)處理。根據(jù)起重機(jī)械的特點(diǎn)建立如圖2所示的系統(tǒng)，系統(tǒng)同時(shí)具有較強(qiáng)的容錯(cuò)性，保障了多臺(tái)起重機(jī)械的同步數(shù)據(jù)處理。

圖2 用于起重機(jī)械的狀態(tài)監(jiān)控物理層體系結(jié)構(gòu)示例

1.3 系統(tǒng)特點(diǎn)

系統(tǒng)首先采集設(shè)備關(guān)鍵零部件的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后存入數(shù)據(jù)庫(kù)中，把數(shù)據(jù)處理、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、健康評(píng)估、分析與預(yù)測(cè)等程序進(jìn)行封裝。開(kāi)發(fā)設(shè)備的機(jī)載監(jiān)控系統(tǒng)，從而及時(shí)了解設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、故障情況以及剩余的工作時(shí)間。同時(shí)對(duì)設(shè)備的維修提供建議生成模塊，將企業(yè)內(nèi)、甚至行業(yè)內(nèi)的專(zhuān)家資源整合起來(lái)，對(duì)故障問(wèn)題的解決提供專(zhuān)家級(jí)的經(jīng)驗(yàn)和指導(dǎo)，并提供專(zhuān)家級(jí)的故障解決方案與維修建議。

設(shè)計(jì)以機(jī)載監(jiān)控系統(tǒng)為客戶端，遠(yuǎn)程監(jiān)控中心為服務(wù)器端，建立設(shè)備的遠(yuǎn)程維護(hù)系統(tǒng)。遠(yuǎn)程監(jiān)控中心通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)在線收集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)；根據(jù)遠(yuǎn)程維護(hù)系統(tǒng)內(nèi)嵌的專(zhuān)家系統(tǒng)對(duì)收到的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)設(shè)備遠(yuǎn)程維護(hù)管理，包括進(jìn)行整合分析、判斷、統(tǒng)計(jì)以及變化趨勢(shì)分析，并為施工中的設(shè)備提供遠(yuǎn)程報(bào)警、故障診斷、故障定位、故障解決方案查詢等功能。

2 狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)下的設(shè)備分析

2.1 產(chǎn)品生命周期管理（PLM）

產(chǎn)品生命周期管理（PLM）主要是指對(duì)產(chǎn)品研發(fā)、投入、使用、維護(hù)、淘汰等全過(guò)程進(jìn)行規(guī)劃和管理，它的實(shí)現(xiàn)依托于各個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)協(xié)同生產(chǎn)和支持，各相關(guān)部門(mén)聯(lián)動(dòng)并參與其中，以產(chǎn)品生命周期中每一階段的信息數(shù)據(jù)等為基礎(chǔ)，在產(chǎn)品投入市場(chǎng)后，仍可以通過(guò)分析對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行管理，使產(chǎn)品提高性能，滿足用戶需求，直至失去價(jià)值。

2.2 起重機(jī)設(shè)備生命周期

起重機(jī)設(shè)備從項(xiàng)目管理角度出發(fā)，可分為規(guī)劃設(shè)計(jì)、設(shè)備制造、產(chǎn)品運(yùn)行維護(hù)、產(chǎn)品售后服務(wù)，設(shè)備報(bào)廢退出或升級(jí)改造等5個(gè)階段。整個(gè)生命周期涉及到產(chǎn)品的研發(fā)進(jìn)度、生產(chǎn)進(jìn)度、資源配置，人員調(diào)配等過(guò)程。

2.2.1 起重機(jī)生命周期各階段特點(diǎn)及關(guān)系

設(shè)計(jì)、制造階段是依據(jù)客戶需求對(duì)起重機(jī)產(chǎn)品進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的重要階段，需要綜合考量產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)營(yíng)、維護(hù)、回收等全周期的各項(xiàng)成本，設(shè)備后期使用過(guò)程中的維護(hù)記錄，指導(dǎo)產(chǎn)品的制造工藝、生產(chǎn)裝配、原材料采購(gòu)以及零部件選用等。

應(yīng)用維護(hù)及售后服務(wù)階段涉及起重機(jī)產(chǎn)品的運(yùn)輸、使用、維護(hù)以及維修，為了使產(chǎn)品在使用階段實(shí)現(xiàn)效益最大化，需要掌握實(shí)時(shí)的狀態(tài)監(jiān)控、故障診斷、遠(yuǎn)程維護(hù)等技術(shù)，以降低停機(jī)風(fēng)險(xiǎn)，保障起重機(jī)設(shè)備的正常工作運(yùn)轉(zhuǎn)。

退出或升級(jí)改造階段是起重機(jī)產(chǎn)品的壽命終末期，在這個(gè)階段，設(shè)備整體或部分進(jìn)入到報(bào)廢程序，未報(bào)廢部分或升級(jí)改造的產(chǎn)品重新進(jìn)入新的生命周期。對(duì)起重機(jī)進(jìn)行價(jià)值評(píng)估，通過(guò)數(shù)據(jù)分析可以指導(dǎo)判斷設(shè)備退出或升級(jí)，以實(shí)現(xiàn)生命周期閉環(huán)連接。起重機(jī)生命周期各階段數(shù)據(jù)相互作用關(guān)系如圖3所示。

圖3 各階段相互作用關(guān)系圖

2.3 起重機(jī)狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

2.3.1 資源配置方面

狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)能夠提供相關(guān)數(shù)據(jù)支持，按照既往數(shù)據(jù)分析結(jié)果，合理配置零部件使用及備用情況，讓設(shè)計(jì)更加優(yōu)化合理，制造更加規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，減少返工情況。實(shí)時(shí)掌握起重機(jī)設(shè)備的運(yùn)行動(dòng)態(tài)，可以縮短故障排查時(shí)間，提高掌握設(shè)備狀態(tài)的效率，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題，使零部件的效用最大化。從整體上看，可使時(shí)間管理精細(xì)化，更好地制定計(jì)劃，合理規(guī)劃協(xié)調(diào)人力和物力資源。

2.3.2 成本控制方面

依托設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析，能實(shí)時(shí)掌握起重機(jī)預(yù)警信息，故障排除和診斷，準(zhǔn)確預(yù)估剩余壽命等重要參數(shù)信息和量化依據(jù)，提高掌握設(shè)備狀態(tài)的效率，合理安排設(shè)備的最佳維修時(shí)間和維護(hù)保養(yǎng)，有效控制起重機(jī)的精度、功能和可靠性，規(guī)劃預(yù)防性維護(hù)，減少備品備件庫(kù)存量及消耗量，減少人員成本，最大限度降低維修費(fèi)用。

2.3.3 管理提升方面

狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)能集成市場(chǎng)需求、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、設(shè)備制造、售后服務(wù)等信息，使數(shù)據(jù)可追溯，做到及時(shí)調(diào)整維護(hù)，為設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行和質(zhì)量提升提供保障。同時(shí)，系統(tǒng)立足動(dòng)態(tài)管理技術(shù)，管理人員能夠依據(jù)設(shè)備運(yùn)行情況，有針對(duì)性地進(jìn)行產(chǎn)品性能精進(jìn)改良，降低安全事故率，強(qiáng)化安全生產(chǎn)管理，細(xì)化管理責(zé)任，提升管理水平。

2.3.4 基于PLM的狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用效益

根據(jù)上述系統(tǒng)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)總結(jié)可得基于PLM的狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用效益如表1所示。

表1 基于PLM的狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用效益

3 起重機(jī)狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用建議

3.1 完善配套信息系統(tǒng)

做好狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)配套的軟、硬件設(shè)備配置及兼容工作，適應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)行，同時(shí)圍繞狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)生命周期各階段的管理系統(tǒng)集成，發(fā)揮合力，制定切實(shí)可行的管理方案，使企業(yè)可隨時(shí)了解整個(gè)業(yè)務(wù)流程的運(yùn)行情況，并以此做出決策或調(diào)整。

3.2 做好數(shù)據(jù)收集整理

建立數(shù)據(jù)庫(kù)，將系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的故障數(shù)據(jù)收集整理并存儲(chǔ)，通過(guò)大數(shù)據(jù)分析，形成設(shè)備常見(jiàn)故障診斷數(shù)據(jù)庫(kù)。同時(shí)做好各相關(guān)產(chǎn)品之間的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，構(gòu)建通暢快捷的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，為信息流動(dòng)提供支撐，便于依據(jù)各產(chǎn)品數(shù)據(jù)之間的邏輯關(guān)系進(jìn)行查詢、調(diào)取和比對(duì)、參照，為后續(xù)項(xiàng)目管理提供依據(jù)。

3.3 實(shí)施動(dòng)態(tài)項(xiàng)目管理

對(duì)項(xiàng)目實(shí)施動(dòng)態(tài)項(xiàng)目，依據(jù)各階段反饋數(shù)據(jù)相應(yīng)調(diào)整設(shè)計(jì)方案、制造進(jìn)度、維保策略、升級(jí)改造計(jì)劃等，使其最大限度適應(yīng)市場(chǎng)需求。并能實(shí)時(shí)地持續(xù)改進(jìn)，從整體性、系統(tǒng)性角度出發(fā)，深層次地解決項(xiàng)目問(wèn)題，規(guī)范管理流程，量化管理指標(biāo)，糾正管理偏差，提升管理水平。

3.4 加強(qiáng)相關(guān)人員培訓(xùn)

加強(qiáng)相關(guān)人員的理念培訓(xùn)和專(zhuān)業(yè)技能培訓(xùn)，使監(jiān)控人員熟練掌握狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的操作規(guī)程，提高設(shè)備故障診斷的能力，使設(shè)計(jì)人員熟悉系統(tǒng)語(yǔ)言，方便適應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)行模式下的信息獲取與交流，使售后人員提高設(shè)備檢修和問(wèn)題處理能力等。不僅如此，還應(yīng)該注重構(gòu)建人才梯隊(duì)，使?fàn)顟B(tài)監(jiān)控系統(tǒng)得以充分應(yīng)用和不斷完善。

4 結(jié)語(yǔ)

在新技術(shù)、新手段的智能化推動(dòng)下，起重機(jī)行業(yè)從設(shè)計(jì)、制造、使用、維保到升級(jí)改造的全生命周期都需要整合資源和優(yōu)化提升，雖然狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)在設(shè)備管理中起到很大的積極作用，但在應(yīng)用細(xì)分與人工智能相結(jié)合等方面還有深入探索的空間，希望后續(xù)研究能夠針對(duì)不同部門(mén)，配備不同的監(jiān)測(cè)設(shè)備，開(kāi)發(fā)具有針對(duì)性的更專(zhuān)業(yè)的分析工具，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行更加深入的分析，使?fàn)顟B(tài)監(jiān)控系統(tǒng)在起重機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用更加全面和完善。