大型冶炼企业自动化设备可靠性管理实践

为跟进企业信息化建设发展趋势，同时针对企业生产实践暴露出的自动化设备管理问题，贵冶确定了信息化设备管理建设的指导思想：建立和完善先进的信息化设备管理系统，支持设备管理的持续改进与发展，有效促进设备管理的标准化、规范化运作，在此基础上实现企业设备管理经验的积累、先进管理技术的使用、管理流程的优化和管理的持续改进。

（一）以可靠性为中心的自动化设备管理的信息化平台建设

实现生产过程及设备状态数据信息化是设备管理信息化系统的前提，通过信息化手段充分收集数据并合理分析、利用，基于数据信息开发相关设备管理功能模块，才能形成具有实际应用价值企业的信息化设备管理系统。贵冶设备管理信息化的第一步就是建立集生产过程信息、设备运行状态信息、设备档案信息于一体的设备管理信息网络平台。

1.生产过程及设备状态数据信息化平台建设。贵冶设备管理信息网络平台建设是在现有DCS、PLC和智能仪表等众多异构系统中，基于OPC技术，通过实时数据库系统和关系数据库系统将全厂的生产控制系统和管理信息系统进行连接，实现管理层与控制层的集成和数据融合，建设集生产过程信息、设备运行状态信息于一体的信息化网络平台。

2.信息化设备管理系统的基础档案资料建设。设备档案资料是设备管理信息化建设的至关重要的基础内容，是支持系统存在的重要部分，将设备档案资料集成到设备管理信息网络平台是必不可少的步骤。贵冶信息化设备管理系统中集成的自动化设备基础档案资料包括：

（1）设备规格台账

设备规格台账所包含的设备信息有：设备名称、设备类别编码、规范类别、规范项目名称。原则上设备规格台账的建立是在设备类别分类的基础进行的，在对全部设备和分部设备充分做好合理、准确类别分类的基础上，建立阶层式设备技术属性规格资料。

（2）点检规范和点检基准

设备点检规范就是针对不同类别的设备状态控制要求，制定出在同一类别设备下具体的点检项目和内容。设备点检规范的编制，要考虑到同一类设备在工艺生产中所处的环境和条件不同，点检项目及方法也可能完全不同，因此，在建立设备点检规范时，应尽可能考虑全面周到，同时要求简洁化、标准化和规范化。

设备点检基准是与点检规范是相辅相成的，是在点检规范即点检项目确定以后的具体量化。点检规范是针对设备类别而言，而点检基准则是针对具体设备而言。其内容包括具体设备的点检项目、具体控制值（基准值、上限值或下限值、周期)。

（3）维修技术标准和维修作业标准

维修技术标准反映了设备的性能构造、劣化倾向与异常状态等维修特性、维修技术管理值，其主要内容为：设备名称、结构简图、主要零部件名称、材质、维修技术管理值、点检方法、点检周期、检修与试车注意事项等，是编制维修作业标准的技术依据。维修技术标准中最关键的是维修技术管理值的确定。

检修作业标准是点检员确定检修作业流程、工艺、工时和费用的基础，是检修责任单位进行检修作业的依据。检修作业标准规定了作业名称、作业方法、作业顺序、作业条件、技术要点、安全注意事项、使用工具以及作业人员、作业所需时间和作业费用等。

（4）设备故障处理记录资料

设备故障处理记录是设备发生故障频次、状态以及设备管理人员对设备故障诊断、故障处理过程与方法的记录，是设备管理重要的记录资料。通过汇总、分析设备故障处理记录表，可以对设备质量、应用情况进行评价，为备件管理提供参考；更重要的是，可以从中总结提炼出设备故障处理的经验，形成设备故障诊断及处理的知识库，为设备故障预知判断、设备改进提供依据。

3.设备管理信息化的优势

（1）设备状态信息的全面获取与及时传递：充分利用网络优势，实现数据共享、多用户并发访问的高效率，为各级管理人员、技术人员获取相关信息提供了极大的方便

（2）设备状态信息的多角度利用和共享数据多层次共享。

满足经营决策层（企业级）、管理控制层（分厂级）以及现场控制层（车间级）等企业不同人员对设备状态信息的不同需求。

（3）完整的设备历史纪录：设备状态数据如振动量、工艺量、观察量等；设备设计文档如设备图纸、设备图片等设备履历：检修记录、运行记录、故障记录等。

（4）为状态分析和趋势预报提供准确的数据。

（5）可远程浏览设备状态信息。

（二）以可靠性为中心的设备管理创新技术开发

贵冶目前实施的以可靠性为中心的自动化设备管理模式其核心是实现设备预知维修与改进性维修。其中预防维修是以时间间隔为基础的维修，可减少非计划停机，但可能造成维修过剩。预知维修是通过测量设备状态，识别即将出现的问题，预计故障修理时间，以减少设备损坏，这样既减少停机，又减少维修过剩，但这种方式不能从根本上消灭故障。主动维修应用先进的方法和修复技术来显著地延长机器寿命，致力于从根本上消除故障隐患。以上手段中只有预知维修与改进型维修才能从实质上提高设备可靠性，而在生产实践中，只有预知维修能够通过技术突破与管理创新取得良好效果，而改进性维修具有特例性，只能在不断地实践中发现设备问题，从而进行改进，在设备管理工作内容中所占比例也很小，不是常态的设备维护手段。因此贵冶发展以可靠性为中心的自动化设备管理模式的重心是实现设备预知维修，而贵冶实现设备预知维修基础是以下创新开发的关键设备故障智能诊断预测技术:

1.基于设备状态劣化模型的故障诊断预测技术。引入设备的“劣化度”概念来衡量单个独立设备的劣化状态，将“劣化度”定义为设备状态偏离良好状态向极限状态发展的程度。通过建立设备劣化度的计算模型,进行设备趋势状态评估，进而实现设备故障预测。

2.基于与专家知识库的故障诊断预测技术。基于专家知识库的诊断技术利用了专家积累的丰富实践经验，能模仿专家分析问题和解决问题的思路，而且能够解释自己的推理过程，解释结论是如何获得的。针对大型设备，其功能实现取决于各关键部件的正常运转，对各关键部件的状态分别进行劣化度建模与评估，并基于专家知识库建立各部件对之间影响进行整体设备综合状态评估的决策机制，实现大型设备的故障诊断与预测。

3.基于数据融合的故障诊断预测技术。将复杂的生产流程按功能拆分成若干个相对独立的单元，每个单元完成特定的生产功能。在生产工艺成熟的条件下，每个单元的功能性取决于各设备状态。如果将这个局部生产过程视作一台设备，则生产功能衰退（或工况恶化）可作为该“设备”劣化的征兆。基于工况制定数据融合规则，通过建立数据模型，获得能够最大程度体现该单元功能性的参数，再依据该参数建立设备状态劣化模型，从而实现预知维修。

以上技术通过针对现场设备实际情况灵活配置，可通用于工业现场大部分关键设备的实时故障预警，并可根据最终预警回溯到初始相关数据源，确定故障可能发生点，以便进行针对性预防维修。通过该技术手段可实现设备的状态预知维修，有效地降低冶炼行业恶劣环境下大型关键设备故障发生率，提高设备运行率。

（三）基于信息化的以可靠性为中心的设备维修管理流程关键环节优化

贵冶以可靠性为中心的自动化设备维修管理流程如图1所示：

图1　强调设备状态预知维修的自动化设备维修管理流程(www.xing528.com)

基于设备维修周期、点检状态监测等检测数据、设备故障记录、故障分析、维修记录等信息数据编制维修工作计划。其中突发故障需要维修的设备，属于故障维修(BM)；根据定期维修周期应予维修的设备，属于定期预防维修(PM)；通过点检检查、状态监测等判断而需要维修的设备，属于状态维修(CBM)；通过故障分析和可靠性分析而认为需要维修的设备，属于改进性维修(RCM)；而临时提出的紧急抢修任务，直接纳入维修计划中。不同来源的维修任务，汇总形成日常维修计划表、机动定修计划和大修工作计划表，进而安排维修工作实施。其中，点检检查作为设备管理的基础；设备改进性维修作为有效提高设备可靠性的基本手段；维修工作作为设备维修的主要工作内容，这三个环节都是整个设备维修管理流程的关键环节。

与传统的设备管理流程相比，以可靠性为中心的设备管理流程基于信息化基础，强调设备预知维修与设备改进性维修，并在点检检查、故障分析、维修计划编制、维修工作实施等环节进行优化，有效的降低了突发故障导致的事后维修比例，提高了设备运行率，减少了因突发故障导致的减产损失。

1.优化点检行为，提高点检效率与点检质量。

（1）建立重点设备点检和一般设备点检相检相结合的分级点检管理模式

重点设备点检针对关键设备、主要设备或一般设备的关键部位，采用企业级的管理与监督，建立统一的点检标准与点检记录档案。日常点检针对一般设备或设备的非关键部位，由车间直接负责．点检过程中发现的异常记录，以及隐患整改、检修建议等，通过网络计算机管理系统，直接送达相关责任人员，从而使点检成为预防维修的重要工作基础。如图2所示：

分级点检管理模式一定程度上避免了点检工作量过于庞大的问题，同时针对生产过程关键设备进行高质量的精密点检，根据点检发现的异常情况的不同，来决定采用立即处理、计划预防处理还是进行改进性维修。

（2）利用信息化手段进行日常点检行为优化

图2　分级点检管理模型

针对传统点检方式的缺点，从优化点检行为入手，利用信息平台获取数据，研究数据分析技术，实现数据处理和应用，形成准确直观的输出信息，为点检人员开展点检维护作业提供指导。

在设备管理信息系统中，通过各种技术手段获得的设备状态监控、预警等信息聚集到定制的点检界面。在点检界面上，可以直观准确的针对一般设备的运行状态进行数字化点检。对一些简单的、大批量集中应用的自动化设备，其日常点检可以通过数字化点检结合周期性巡检的方式完成，这样既能及时准确的发现设备异常运行状态，又可适当延长巡检周期，减少了点检的工作量，提高点检效率。

典型应用实例为冷却水温度检测电阻的数字化点检：在贵冶闪速炉上，有近600支冷却水温度检测电阻，其温度监控是保护炉体耐火材料、延长闪速炉使用寿命的重要控制值。首先通过在设备管理系统中建立测温电阻劣化模型，来预测电阻的故障状态，在电阻发生故障之前作出预警。其次通过定制点检界面，将所有的电阻运行状态、预警信息集成到一起,以直观的形式反映出所有冷却水电阻的状态。点检人员通过点检界面上相关栏目的信息，可以迅速准确的发现现场设备的异常状态预警信息。

2.优化设备故障分析环节，不断完善点检标准与备件管理内容。设备管理信息化的最大优点之一就是可以对长期历史数据保存、统计、分析、利用。在故障分析环节对发生故障的设备类型、故障原因、处理方法等关键因素进行全方位统计、分析，从中提炼出通过改进点检方法能够减少故障发生频次的内容，依据点检改进内容对原有设备点检和维护标准进行完善、修订，最终降低总体设备故障率。同时，对涉及备件选型、质量等方面的故障因素进行统计分析，形成备品备件评价体系，用以指导备件计划申报，从根源上降低设备故障率，并降低备件成本。其具体步骤为：

（1）建立统一的故障分析表格标准模板，表格中明确规定了日常设备故障分析活动中必须按规范填写的关键因素，为将来进行故障统计分析打好基础。

（2）进行多方位的故障统计分析：按每周、每月、每年进行的定期故障统计、按设备型号进行的归类统计、通过不同型号的同类按应用范围进行的区域统计等，通过这些统计数据相互交叉对比，总结提炼出有用的信息。

（3）在统计分析的基础上针对点检标准、备件管理等环节进行完善，提高点检质量，从根源上降低设备故障率，提升设备可靠性。

（4）积极引导，持之以恒，最终形成“点检—检修—故障分析—点检内容完善—点检—检修。”的良性循环。

3.优化维修工作实施环节，提高设备维修效率。

贵冶针对铜冶炼自动化设备特点，从智能诊断基本原理、功能需求分析、推理逻辑模型设计、智能诊断系统软件设计等关键技术的研究入手，建立了故障判据逻辑规则诊断知识库，开发了铜冶炼自动化设备故障智能诊断技术，实现了关键设备的预知维修。基于设备预知维修，同时结合信息化设备管理的特点，对设备维修工作实施环节进行优化管理，有效的提高了设备维修效率,并保障了设备的运行可靠性。

（1）基于故障预警制定机动定修计划

传统的设备管理模式中，由于缺乏有效的设备状态信息数据支持和信息分析手段，基本无法发展实现设备的预知维修，因而在维修计划编排方面，只能基于设备维修周期制定大修工作计划，基于点检、故障分析、维修记录等信息数据编制日常维修计划，一旦出现较大的设备故障，只能是安排临时的紧急抢修任务。

引入了设备预知维修环节后，可以针对关键的可能影响生产的设备进行状态监测和故障预警，在设备故障发生之前就能发现设备的故障征兆，事先进行设备维修方案决策，对于必须停机检修的设备故障，可以机动灵活的提前制定定修计划（即图二中的机动定修计划），合理的安排停车检修时间和检修任务。

（2）利用智能故障诊断功能辅助设备检修

通过信息化技术与专家知识库结合，可以针对自动化设备异常状态特征，初步确定设备发生故障的部位、类型作出故障预警，设备管理人员接收到故障预警信息后，进一步通过精密点检、设备状态数据分析等手段进行确认。这样在安排停车检修时间的同时，也完成了设备具体故障定位及，并可以确定了针对性修理方案和具体工作内容，在停车时直接按照计划实施即可。相对于传统的故障—停车—诊断、排查—检修的模式，智能故障诊断减少了停车时进行故障排查的环节，有效的缩短了停车检修的时间。

图4所示为一生产线上关键阀门的“行程-执行机构压力”特征曲线，在圆圈标识的位置曲线斜率发生较大变化，这一异常状态在设备管理信息系统中发出故障预警，点检人员经过对特征曲线进行仔细分析，判断应该是阀门的阀芯阀座位置磨损，并安排针对性检修方案。实际检修过程中由于故障判断准确，所花费的停车检修时间仅为传统检修流程所用时间的50%左右。

4.充分发挥管理的引导促进作用，强化设备改进性维修环节

改进性维修是能有效提高自动化设备可靠性的方法，信息化设备管理手段与设备预知维修技术给设备改进性维修提供了全新的工作方法与思路。为此，贵冶通过发挥管理政策的引导促进作用，提高设备管理人员参与设备改进性维修活动的积极性，大力开展新形势下设备改进性维修活动。

图4　阀门“行程-执行机构压力”特征曲线

首先，在管理政策引导方面，通过在创建学习型班组、全员创星考核、绩效考核等环节全方位的针对设备改进性维修活动成果进行奖励考核，使设备改进性维修活动深入到基层班组。同时贵冶每年组织车间、工厂自主管理成果评奖活动，大力奖励优秀设备改进性维修成果参与人员，并推荐优秀的设备改进性维修成果到公司或更高层次的自主管理评奖活动。

其次，发挥职能部门管理作用，推进设备设备改进性维修深入实施。通过相关职能部门每年组织技术人员进行调研、针对突出问题集中技术力量进行专项推进设备改进性维修等形式，借助信息化手段与创新设备预知维修技术，有计划有目的地组织开展设备改进性维修活动，有效的推进设备设备改进性维修深入实施。