洪偉

（新疆八一鋼鐵股份有限公司煉鐵廠）

1 背景介紹

2019年初寶武集團在智慧制造總體規(guī)劃“四個一律”中提出了“操作一律集中，運維一律遠程”的要求。八鋼公司作為寶鋼全資子公司，根據(jù)自身實際情況，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)備檢測數(shù)據(jù)，按照設(shè)備分類，分步實施：首先對關(guān)鍵設(shè)備關(guān)鍵數(shù)據(jù)進行推進；以大數(shù)據(jù)分析以及人工智能為技術(shù)支撐；推進設(shè)備運行、維護智能化，關(guān)鍵設(shè)備、關(guān)鍵業(yè)務(wù)管理智能化。最終實現(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題

基于鋼鐵企業(yè)智慧制造對設(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。改變目前設(shè)備維護過度依賴于維護技術(shù)人員的經(jīng)驗、技能的現(xiàn)狀。

2.1 現(xiàn)場設(shè)備管理及維護隊伍的現(xiàn)狀

現(xiàn)場設(shè)備管理及維護隊伍的現(xiàn)狀與智慧制造的要求還有一定距離，現(xiàn)場設(shè)備管理技術(shù)人員少，新生維護人員梯隊搭建困難，需要通過現(xiàn)代科技手段進行工作替換。

現(xiàn)場設(shè)備維護需要一支技術(shù)過硬、經(jīng)驗豐富的隊伍。由于煉鐵生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備維護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)備維護團隊的梯隊建設(shè)遇阻。急需采用科技手段對現(xiàn)場設(shè)備運行情況進行監(jiān)控，通過高效運程維護模式替代設(shè)備維護人員現(xiàn)場點檢方式。

2.2 現(xiàn)場設(shè)備所處環(huán)境比較復(fù)雜

煉鐵生產(chǎn)設(shè)備運行環(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)備維護人員的身心健康。環(huán)境改善不僅對設(shè)備運行有利，設(shè)備點檢運維方式的改變也體現(xiàn)對維護人員的人文關(guān)懷，這也是八鋼智慧制造建設(shè)過程中面臨的現(xiàn)實問題。

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)場自動化（L1）系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)對接;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)未與采購等管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)建立互聯(lián)，數(shù)據(jù)未實現(xiàn)共享開發(fā)。 采集大量設(shè)備運行信息進入設(shè)備管理系統(tǒng)，通過海量數(shù)據(jù)制定故障判據(jù)規(guī)則、研發(fā)故障預(yù)警模型，以實現(xiàn)故障判斷、故障信息自動推送、檢修方案關(guān)聯(lián)推薦。將檢修資材、備件與采購庫存和其它采購信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)建立互聯(lián)，實現(xiàn)設(shè)備采購計劃自動生成、維修履歷生成等，急需對目前設(shè)備信息管理系統(tǒng)的二次開發(fā)利用。

3 煉鐵遠程運維系統(tǒng)技術(shù)要求

3.1 系統(tǒng)構(gòu)成

通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對現(xiàn)場設(shè)備的溫度、振動、設(shè)備運行電流、系統(tǒng)壓力流量進行采集，搭建八鋼數(shù)據(jù)平臺。根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備特點建立通用及專用預(yù)警規(guī)則，利用專用工具開發(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，實現(xiàn)狀態(tài)數(shù)據(jù)接收、歸檔、處理、分析及發(fā)布，同時開發(fā)一款移動端程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)互動。

3.2 數(shù)據(jù)采集

通過有線或無線傳感器采集設(shè)備狀態(tài)。以電機為例，可以采集電機軸承振動、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)過預(yù)處理送至本地L1系統(tǒng)，并通過本地計算機系統(tǒng)進行狀態(tài)監(jiān)視（HMI)及預(yù)警處理。

3.3 數(shù)據(jù)處理

遠端數(shù)據(jù)平臺通過opc方式與現(xiàn)場L1系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換，通過與預(yù)定信號進行比對，當達到門限值或多信號滿足預(yù)設(shè)預(yù)警規(guī)則時輸出預(yù)警，并生成預(yù)警報告。在此過程通過對異常的偵測，將異常數(shù)據(jù)與故障特征庫數(shù)據(jù)對標學習，不斷完善故障特征KPI聚合度。

3.4 模型開發(fā)

針對故障特征曲線進行故障預(yù)警與診斷模型開發(fā)，并對模型進行訓練，不斷完善模型。

模型應(yīng)用：將成熟診斷模型與現(xiàn)場檢測的故障圖譜數(shù)據(jù)進行驗證，查找發(fā)現(xiàn)異常及和預(yù)測故障。必要時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)庫內(nèi)容。

3.5 功能實現(xiàn)

系統(tǒng)完成可實現(xiàn)對設(shè)備遠程監(jiān)控、歷史趨勢查詢、歷史報告（設(shè)備檔案）查詢，通過WED訪問可進行異常錄入，通過手機APP可實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)異常告警發(fā)布，通過通用以及特殊模型開發(fā)可實現(xiàn)設(shè)備智能點檢、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踐

根據(jù)八鋼智慧制造規(guī)劃，通過確定重要設(shè)備及關(guān)鍵部件，結(jié)合現(xiàn)場點檢員日常設(shè)備狀態(tài)管理經(jīng)驗，初步確定各區(qū)域設(shè)備的異常點判斷需求以及所需信號點，并提煉出異常事件智能判定規(guī)則，對梳理出來的信號數(shù)據(jù)根據(jù)需要調(diào)整，篩選出更能與設(shè)備對象相對應(yīng)的數(shù)據(jù)，并進行數(shù)據(jù)項的排列組合。

打通在線檢測、狀態(tài)判斷、現(xiàn)場維護、檢修實施等業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)，流程銜接數(shù)據(jù)共享。通過各個環(huán)節(jié)中數(shù)字化、規(guī)則化、標準化，依據(jù)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)規(guī)則自動做出異常判斷、故障定位、維修計劃制定、維修標準關(guān)聯(lián)、維修質(zhì)量控制，并實現(xiàn)決策結(jié)果的自動推送。

4.1 對數(shù)據(jù)提取進行專業(yè)分析、建模

優(yōu)先選擇現(xiàn)場原L1系統(tǒng)中反映設(shè)備運行狀態(tài)如溫度、振動以及工藝流量、液位、壓力的監(jiān)測數(shù)據(jù)。通過典型故障特征提取，主要包括波形指標、脈沖指標、峭度指標、裕度指標等無量綱指標，通過一系列精確FFT計算，通過頻率計算、頻帶能量、幅值計算等頻域分析方法，出具診斷結(jié)果。

通過對現(xiàn)有風機系統(tǒng)主要部分設(shè)備運行參數(shù)的采集，例如風機電機的前（后）軸承溫度、電機定子溫度、電機電流、電機前（后）軸不同方向振動數(shù)據(jù)，風機自身前（后）軸承溫度、風機前（后）軸不同方向振動數(shù)據(jù)，以及傳動齒輪箱前（后）軸承溫度、前（后）軸不同方向振動數(shù)據(jù)、稀油站進、出口油壓、滑動軸承進、出口（回油）壓力等，通過數(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)備運行參數(shù)數(shù)據(jù)，綜合現(xiàn)場點檢員、技術(shù)人員以及在線精密診斷工程師積累的診斷經(jīng)驗，列出報警類型清單。對應(yīng)報警清單描述維護要求，制定維護標準，明確每一類維護項目的操作流程，數(shù)據(jù)錄入要求及判定標準，編制維護計劃，明確維護行為的對象。與八鋼公司運行的E Q M S系統(tǒng)對接，對應(yīng)設(shè)備編碼（6位）關(guān)聯(lián)維修部件（9位）及操作要求，編制維護方案指導(dǎo)現(xiàn)場維護，并進行過程數(shù)據(jù)錄入。提煉出面向設(shè)備對象易發(fā)生的異常事件預(yù)警規(guī)則，將規(guī)則植入設(shè)備運維平臺。

4.3 故障檢修智能決策

面向設(shè)備對象易發(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。針對各種類型失效反應(yīng)出的過程參數(shù)表現(xiàn)進行收集、分析，建立故障診斷模型。對應(yīng)故障類型進行檢修委托事項編寫，關(guān)聯(lián)檢修標準，明確每一類檢修項目的操作流程，數(shù)據(jù)錄入要求及判定要求，編制檢修計劃，明確檢修行為的對象、檢修要求。故障發(fā)生前推送診斷信息，確認生成檢修方案， 指導(dǎo)現(xiàn)場檢修。檢修結(jié)束自動生成檢修過程記錄，自動跟新設(shè)備檢修履歷。

4.4 機器人的應(yīng)用

借助第三方聯(lián)合開發(fā)智能巡檢機器人，通過高清圖像采集回傳、紅外測溫、異常音頻監(jiān)測、氣體濃度檢測、自主巡線、異常報警、檢測數(shù)據(jù)回傳或通過物聯(lián)網(wǎng)模塊上至云端，設(shè)備人員安裝APP軟件即可查看機器人采集數(shù)據(jù)以及平臺分析處理建議。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，一旦監(jiān)控到異常，能迅速發(fā)出報警信號，并將各類異常信息反饋到中控室，方便維護人員更快更及時地處置。通過人工智能技術(shù)（AI）降低巡檢工作人員工作強度，降低安全風險，點檢維護人員勞動效率也將大大提高。

4.5 發(fā)揮現(xiàn)場設(shè)備維護及管理人員的技能

在遠程運維建設(shè)過程中要求基層技術(shù)、管理、維護人員,盡可能全面列出報警與故障清單。針對異常報警與故障列全維護與檢修項目,發(fā)揮基層技術(shù)人員的知識與技能優(yōu)勢，對收集案例加以提煉并梳理。在智能判斷規(guī)則提煉過程中是知識經(jīng)驗的數(shù)字化過程之一，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)備的遠程運維成效

經(jīng)過兩年的建設(shè)，八鋼煉鐵系統(tǒng)設(shè)備的遠程運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，同時完成了對高爐鐵口除塵風機、礦槽除塵風機、爐頂氣密箱、主皮帶電機以及本體在線監(jiān)測系統(tǒng)170多個關(guān)鍵參數(shù)實現(xiàn)遠程采集、監(jiān)控、分析，為煉鐵運維一律遠程打下了良好基礎(chǔ)。2020年通過二煉鐵遠程運維的牽引，一煉鐵關(guān)鍵數(shù)據(jù)全面上寶武智維平臺，結(jié)合幾大院校聯(lián)合研發(fā)機器人，煉鐵廠遠程運維初見規(guī)模，初步實現(xiàn)ABC高爐、歐冶爐關(guān)鍵設(shè)備、設(shè)備參數(shù)遠程監(jiān)控、歷史趨勢查詢、歷史報告（設(shè)備檔案）查詢，手機APP實時數(shù)據(jù)異常告警發(fā)布，故障信息推送，遠程點檢功能基本實現(xiàn)，為下一步通過通用以及特殊模型開發(fā)、實現(xiàn)設(shè)備智能點檢、故障智能分析，設(shè)備智能運維打下堅實基礎(chǔ)。

6 結(jié)束語

八鋼煉鐵系統(tǒng)設(shè)備遠程運維建設(shè)，最終實現(xiàn)對煉鐵所有A類設(shè)備遠程運維，對數(shù)據(jù)進行分析，自動產(chǎn)生設(shè)備狀態(tài)變化趨勢，對設(shè)備做預(yù)知性維修。通過對接現(xiàn)有設(shè)備采購、設(shè)備上線、設(shè)備報修、設(shè)備維修、設(shè)備管控信息關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)設(shè)備全生命周期管理。通過現(xiàn)場邊緣計算與云端數(shù)據(jù)處理實現(xiàn)檢修、資材、備修等計劃自動生成，減少各級管理流程，提高工作效率，向智慧運維過渡。

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