劉宏芳，封立林，何麗華，廖常春，張珅赫，楊曉霞

(1.浙江浙能電力股份有限公司，浙江 杭州 310007；2.浙江浙能臺州第二發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 臺州 317109；3.杭州培慕科技有限公司，浙江 杭州 310000)

隨著電力體制的改革，越來越多的火電廠開始采用計算機軟件系統(tǒng)提升電廠資產(chǎn)管理的水平。然而，目前火電廠采用的企業(yè)資源計劃管理系統(tǒng)(ERP)是以經(jīng)營管理業(yè)務(wù)為核心驅(qū)動，對于設(shè)備資產(chǎn)管理和維修的業(yè)務(wù)并不專注。

以可靠性為中心的維修(reliability centered maintenance，RCM)是目前國際上通用的，用以確定資產(chǎn)預(yù)防性維修需求、優(yōu)化維修管理模式的一種系統(tǒng)工程方法。它是根據(jù)設(shè)備的可靠性狀況，以最少的維修資源消耗，運用邏輯決斷方法來確定所需的維修內(nèi)容、維修類型、維修間隔周期及維修級別，判定出預(yù)防性維修大綱，從而達到優(yōu)化維修的目的。

本文介紹的資產(chǎn)管理系統(tǒng)，依據(jù)RCM理論在統(tǒng)一的業(yè)務(wù)基礎(chǔ)軟件平臺上，構(gòu)建資產(chǎn)數(shù)據(jù)、風(fēng)險矩陣分析、RCM分析、維修計劃管理、維修記錄回歸、資產(chǎn)績效評估與優(yōu)化、設(shè)備健康和資產(chǎn)知識庫等8個業(yè)務(wù)處理和決策支持模塊，通過各模塊協(xié)同作用，以提高維修工作效率、降低電廠維護成本，實現(xiàn)電廠利潤最大化。

1 系統(tǒng)功能模塊組成

1.1 系統(tǒng)概述

為滿足電廠設(shè)備資源管理的需求，本系統(tǒng)結(jié)合RCM的理念，通過分析設(shè)備的關(guān)鍵性及故障模式，擴展集成其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，關(guān)注設(shè)備的可靠性和狀態(tài)，輔助選擇最合適的維修方式來指導(dǎo)維修。系統(tǒng)以合理的邏輯決斷方法來確定不同設(shè)備所需的維修內(nèi)容、間隔周期和級別，以達到優(yōu)化維修，滿足電廠管理的目標(biāo)。系統(tǒng)的簡要流程圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)流程圖

1.2 系統(tǒng)功能模塊組成

1.2.1 企業(yè)資產(chǎn)數(shù)據(jù)

資產(chǎn)數(shù)據(jù)管理模塊通過對企業(yè)資產(chǎn)進行分解梳理、邏輯分析，幫助企業(yè)理清設(shè)備之間的關(guān)系，形成含有豐富信息的企業(yè)資產(chǎn)結(jié)構(gòu)樹，形成與現(xiàn)場對應(yīng)的設(shè)備數(shù)字孿生，并為進一步的風(fēng)險分析和RCM分析等提供依據(jù)。同時，資產(chǎn)結(jié)構(gòu)樹上也能集成顯示關(guān)鍵績效指標(biāo)，根據(jù)業(yè)務(wù)運營和設(shè)備運行的變化，動態(tài)展示與設(shè)備可靠性、可用性相關(guān)的關(guān)鍵績效指標(biāo)，提供直觀圖形化展示，可在單個界面中分組顯示多個性能指標(biāo)。

1.2.2 風(fēng)險矩陣分析

風(fēng)險矩陣是以法律法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和所屬企業(yè)的要求為基礎(chǔ)，考慮風(fēng)險、成本與績效等維度，量化設(shè)備管理目標(biāo)，從而形成的企業(yè)數(shù)字化的標(biāo)準(zhǔn)。通過該模塊對設(shè)備定期評審并更新，可以確定設(shè)備風(fēng)險等級。決策者根據(jù)風(fēng)險矩陣評估的結(jié)果，結(jié)合當(dāng)前階段全廠維修管理的目標(biāo)，得出適合本廠的維修策略。對設(shè)備故障導(dǎo)致事故的風(fēng)險評估，通過風(fēng)險辨識確定事故的危害及嚴(yán)重程度，與事件發(fā)生的可能性乘積共同來確定風(fēng)險的大小，并用不同的顏色直觀反映風(fēng)險結(jié)果，如圖2所示。

圖2 風(fēng)險矩陣分析

1.2.3 RCM分析

按ISO 14224標(biāo)準(zhǔn)將機組劃分為系統(tǒng)、設(shè)備、部件等級別，確定設(shè)備的串并聯(lián)關(guān)系，同時將設(shè)備故障模式與設(shè)備的部件關(guān)聯(lián)，對設(shè)備的故障原因、故障模式進行清晰的定義與管理。通過引導(dǎo)方式的故障模式與影響分析(FMEA)，對部件級別的故障模式、故障后果等因素進行全面梳理與管理。通過建立資產(chǎn)結(jié)構(gòu)樹，分析設(shè)備中每個部件的故障對系統(tǒng)或機組的影響，建立常用的部件維修策略，同時為模擬提供資產(chǎn)結(jié)構(gòu)模型基礎(chǔ)。

1.2.4 維修記錄回歸分析

本模塊能夠在收集歷史檢維修數(shù)據(jù)之后，形成歷史維修記錄庫。使用威布爾分布曲線方式，對設(shè)備的歷史檢維修數(shù)據(jù)進行回歸分析，獲得故障原因的平均故障間隔周期，用于更新資產(chǎn)結(jié)構(gòu)樹模型，使得資產(chǎn)結(jié)構(gòu)模型更加貼近實際。這一獨特的數(shù)據(jù)庫反映了設(shè)備中各個單元或整個機組的故障規(guī)律，并且能有效地避免在使用通用知識庫時所產(chǎn)生的誤導(dǎo)性結(jié)果。

1.2.5 資產(chǎn)績效模擬與優(yōu)化

設(shè)備資產(chǎn)績效模擬優(yōu)化技術(shù)(RAM)是基于設(shè)備的歷史故障數(shù)據(jù)，在對機組及設(shè)備的故障原因與故障模式、檢維修策略進行建模后，調(diào)用系統(tǒng)中的算法，基于設(shè)備可靠性和平均無故障時間，完成對維修策略的模擬評估。通過定性與定量分析技術(shù)的結(jié)合，對機組或設(shè)備的可靠性、可用性和可維護性進行分析、評估及優(yōu)化，得到對未來的生產(chǎn)能力、效益預(yù)測的報告。評估不同的維修策略對可用性、可靠性等的影響，可確定其經(jīng)濟風(fēng)險和故障損失的大小。發(fā)現(xiàn)維修策略的薄弱環(huán)節(jié)，可進行優(yōu)化并加以改善。根據(jù)風(fēng)險排序，制訂有針對性的檢維修策略、大小修計劃，輔助決策檢修設(shè)備范圍、檢修部件和內(nèi)容。

1.2.6 設(shè)備健康管理

本模塊用于建立設(shè)備異常參數(shù)與設(shè)備故障模式的關(guān)聯(lián)關(guān)系，接收設(shè)備狀態(tài)的實時數(shù)據(jù)、故障信息等影響設(shè)備可靠度的數(shù)據(jù)和信息。通過設(shè)備建模和模擬評估，綜合判斷設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)，為用戶提供需關(guān)注的設(shè)備清單，實現(xiàn)智能分析和輔助決策，幫助企業(yè)提高設(shè)備監(jiān)測和狀態(tài)評估效率。其主要實現(xiàn)以下兩種功能。

1)建設(shè)設(shè)備的實時數(shù)據(jù)預(yù)警模型：以行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)預(yù)警模型為基礎(chǔ)，結(jié)合企業(yè)機組和設(shè)備特點，利用現(xiàn)有的PI系統(tǒng)獲取設(shè)備的實時數(shù)據(jù)，構(gòu)建企業(yè)特有的設(shè)備故障預(yù)警模型。

2)構(gòu)建預(yù)警信息與設(shè)備故障庫的邏輯關(guān)系：結(jié)合智能生產(chǎn)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)備層級預(yù)警信息，通過行業(yè)知識庫和企業(yè)經(jīng)驗沉淀，建設(shè)設(shè)備預(yù)警信息與設(shè)備部件故障的邏輯關(guān)系，實現(xiàn)預(yù)警信息與設(shè)備部件故障現(xiàn)象及故障原因的關(guān)聯(lián)關(guān)系，實現(xiàn)預(yù)警、診斷和處理措施的有機結(jié)合。

1.2.7 維修策略計劃管理

企業(yè)在設(shè)備維護管理中采用不同策略，如基于設(shè)備狀況的維修(CBM)、預(yù)防性維修(PM)或僅在設(shè)備運行至故障后進行事后維修(CM)。用戶借助軟件功能，使用專業(yè)的數(shù)學(xué)量化分析方法，對比所有相關(guān)成本、設(shè)備的維護及可靠性在實施該方案前后的變化等，結(jié)合可靠性分析理論和企業(yè)的實際管理經(jīng)驗，根據(jù)業(yè)務(wù)運營和設(shè)備運行的不斷變化，創(chuàng)建、分析和調(diào)整與公司運營目標(biāo)相一致的維修策略。最終實現(xiàn)確保設(shè)備最佳的可靠性水平、最優(yōu)的設(shè)備性能及整個設(shè)備管理程序的有效性。

1.2.8 資產(chǎn)知識庫

系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)故障庫，包含設(shè)備故障模式和故障原因庫等，為企業(yè)構(gòu)建以可靠性為中心的設(shè)備管理系統(tǒng)快速搭建提供基礎(chǔ)。同時，充分利用信息手段實現(xiàn)經(jīng)驗積累與知識共享，將維修人員的知識轉(zhuǎn)化成企業(yè)特色的知識庫，建立字段間關(guān)聯(lián)關(guān)系，固化專家經(jīng)驗，形成標(biāo)準(zhǔn)化的維修技術(shù)步驟和流程。通過管理系統(tǒng)將優(yōu)化企業(yè)內(nèi)的各部門以設(shè)備的運行、維護維修為主線的業(yè)務(wù)流程。

2 應(yīng)用

通常電廠的維修管理目標(biāo)可以分為提高設(shè)備可靠性、控制成本或者控制風(fēng)險這幾個方面。但是電廠的人力和物力有限，設(shè)備的狀態(tài)也是各不相同，無法做到面面俱到，所以維修計劃需要有取舍，相應(yīng)的維修管理目標(biāo)也會隨著生產(chǎn)運營的狀況，在不同時期會有不同的側(cè)重點。在系統(tǒng)應(yīng)用方面，可以將風(fēng)險矩陣與維修策略評估的模塊結(jié)合，考慮全廠維修管理的目標(biāo)，得出適合本廠的維修策略。

在系統(tǒng)中，風(fēng)險矩陣功能為用戶提供了各設(shè)備或整個機組中各故障原因的風(fēng)險分布與統(tǒng)計數(shù)據(jù)。用戶可以根據(jù)自己的標(biāo)準(zhǔn)定制不同的風(fēng)險矩陣，將RCM分析過程中建立的所有故障原因在風(fēng)險矩陣中的分布進行計算和展示。

建設(shè)過程中需要將管理目標(biāo)量化，在安全、生產(chǎn)等管理維度，根據(jù)失效后果，結(jié)合平均故障時間，建立企業(yè)管理目標(biāo)相關(guān)的風(fēng)險矩陣。將設(shè)備的每個部件級別的故障原因?qū)?yīng)的后果等級定量化后，結(jié)合RAM模擬與風(fēng)險矩陣，判斷維修策略與管理目標(biāo)的偏差，進行策略的優(yōu)化。優(yōu)化的決策邏輯如圖3所示。

圖3 決策邏輯圖

在實際應(yīng)用中，首先根據(jù)發(fā)生的事故后果和可能性定義風(fēng)險矩陣。下面以通過風(fēng)險矩陣以確定過修對象為例進行說明，過修對象存在以下的特點：故障發(fā)生概率較低；故障后果不嚴(yán)重；有預(yù)防性維修策略。上述條件同時滿足的情況下，可認(rèn)為該部件存在過修的可能性，考慮通過減少維修策略或者延長檢修周期來節(jié)約成本。

圖4所示為某臺設(shè)備按照原定的所有部件每2年進行1次檢修的策略，通過RAM模擬后，得到該設(shè)備的部件故障的風(fēng)險分布，其中平均故障時間位于風(fēng)險矩陣的左上方的則為過修的部件。點擊數(shù)字后查看具體部件模擬所得的平均故障間隔，如圖5所示。

圖4 風(fēng)險矩陣案例

圖5 過修部件案例

此時，2年1次的維修中，維修內(nèi)容減少，過修的項目減少，通過圖6的風(fēng)險矩陣分析可知，設(shè)備的風(fēng)險沒有增加。此外，圖7中將2種維修方式模擬報告的設(shè)備可靠度進行比較，在減少了檢修項目之后，模擬得到的設(shè)備可靠度只減少了0.02。那么，可認(rèn)為這是可行的維修策略優(yōu)化方案。

圖6 風(fēng)險矩陣對比

圖7 可靠度對比圖

同樣可通過以下幾個條件來確定欠修對象：處于風(fēng)險矩陣高風(fēng)險區(qū)域及臨界區(qū)域的故障原因；對系統(tǒng)可用性影響較高；缺少維修策略或者維修措施。上述條件同時滿足的情況下，則是重點關(guān)注和研究的欠修對象。

3 結(jié)語

本文通過信息化系統(tǒng)的建立，完成電廠設(shè)備資產(chǎn)臺賬的完善、設(shè)備信息集中展示分析、電廠設(shè)備的定性定量分析、相關(guān)維修策略的分析，并與企業(yè)管理目標(biāo)相結(jié)合，進行了統(tǒng)一的設(shè)備管理規(guī)劃，優(yōu)化了設(shè)備的維修策略，以確?；痣姀S機組的安全、可靠、經(jīng)濟、高效運行。