基于工业互联网的设备状态监测与服务平台应用案例

发布于 2021-04-02 17:22

基本情况

基于工业互联网的设备状态监测与服务平台（简称APM平台）为设备管理平台，提供基于工业互联网和云平台实现设备的状态监测和移动运维服务。

平台的需求方和应用方为某大型卷烟厂，下设2家卷烟厂，是有90多年历史的国有大型骨干企业，年产卷烟产品约80万大箱。主推三大品牌，其中一个是国家商务部首批认定的“中华老字号”之一。积极开拓海外市场，品牌远销中东、南美、印尼等二十多个国家和地区。目前卷烟厂正在开展“十二五”易地技改项目，决心抓住发展机遇，高起点规划、高水平设计、高质量施工，建设工艺富有特色、管理先进高效、环境绿色和谐的现代化卷烟生产制造企业。新规划建设的工厂年生产能力500亿支（100万箱），结合智慧工厂、智能制造、互联网+等时代要求，通过信息化与工业化的高度融合，打造“一流卷烟示范工厂”。


主要做法

1、项目实施背景



作为广大制造企业核心资产的设备资产由传统的电气化、数字化向智能化方向发展，设备的复杂性不断提高，设备对生产系统的影响不断扩大，已成为我国国民经济发展的重要支撑。但企业长期以来还执行的“计划预修制”，对复杂设备的智能化的运维服务、全生命周期管理，以及对设备的性能监控及故障预警方面还存在着一定的差距，从而造成设备的使用率底，设备故障发生频繁，设备的维修周期较长等情况。设备管理水平整体上难以适应低能耗、绿色化的经济发展要求。

综观美国及日本等发达国家，在工业互联网及设备监测方面已取得规模化效益，制造服务收到的比例已占到50%以上，而我国目前还不足2%。因此对设备的性能监控、维修预警和运维服务对制造柔性化体系下的设备高效利用显得及其重要。由于制造设备的多样性特点，通过选择适合的目标行业，加强该方面的研究与应用示范，做精做深，支撑企业的高效、低耗的卓越定制生产，具有重大的现实意义。

2、项目主要内容


项目的主要内容是基于互联网、物联网、云计算、移动互联、3D仿真等新技术建设APM平台，平台的总体框架如下图：

平台的主要模块包括基于一机一档的设备动态档案管理、设备状态监测、设备数据分析、设备运维服务、可扩展的开放应用以及用于整合专业技术资源的专业社区。

Ø 一机一档：以设备出厂标准为基础，对设备的个性化改造、运营状况、维修履历进行“一机一档”追溯管理。内容主要包括：机型数字模型、三维模型展示，备件查询及生命周期预警服务，机型点检规程、润滑规程、维修规程，机型培训3D仿真教材，机型专家知识库。还包括设备保养、润滑、维修的履历和病案记录。


Ø 状态监测：实时在线状态监测是APM平台的核心应用之一。通过建立设备采集模型，统一采集和监视所有测点，并将状态监测数据通过工业互联网传至APM平台监控中心，实时掌握设备健康状态。



Ø 数据分析：通过基于大数据的深入分析，结合设备运行数据、质量数据、性能数据，进行状态的研判，支持基于数据的预知维护。

Ø 设备运维服务：提供一整套，分版本（不同应用水平用户可以选择）的设备运维与管理App应用。其中体验版为基本的设备运维软件，包括标准查看、预防性维护、故障维修、报修呼叫、现场交接班、全员改善等实现设备基础维护相关的工具化APP。基本版提供设备一机一档数据服务，包括设备的3D仿真拆卸和装配。专业版提供设备一机一档数据服务和进阶版设备运维软件。高级版是在专业版的基础上，另外提供设备的状态监测服务、数据分析服务及设备维护策略。



Ø 开放应用：基于设备共享数据，根据客户需求，提供线上定制的SaaS服务。平台提供和设备相关的共性服务并且对外开放，其他合作伙伴也可以基于平台的服务进行和设备相关的应用开发。

Ø 专业社区：通过平台聚合专家、技术、理念、创意、行情、知识、观点等专业资源，提供一个专业交互社区。

3、项目实施方法


双方根据卷烟设备及功能单元的重要程度进行分级，选择出关键设备功能单元，包括制丝松散回潮机、烘丝机、加料加香机、卷烟机、包装机等关键设备，并根据设备功能单元运行特性设置测点并安装传感器。宁波卷烟厂共在22台关键设备功能单元设置123个监控点，安装传感器，监控设备技术状态，进行技术验证。

针对动力空压系统和制冷机等大功率旋转关键设备，配置振动传感器，监测设备振动状态，实时监测不平衡、不对中、松动等机械故障，通过多个测点频谱及同一测点多个频谱比较，实施设备振动趋势分析。

在APM平台上，针对试点设备，开展设备“一机一档”及备件的全生命周期服务。“一机一档”提供设备的三维可视化装配图、爆炸图，可以实现备件的3D浏览，并与备件的换件及运维管理相结合。所有备件的换件记录准确记录，按预定的备件生命周期提供更换预警服务。

在卷烟厂建立了设备全生命周期管理平台，实现设备管理的精细化。该管理平台包括技术管理、业务管理和绩效管理三个层次，全面涵盖设备档案、设备技术标准、设备日常保养、设备润滑、设备维修、设备全员改善、设备运行统计与绩效管理等业务。


4、项目主要技术


本项目融合物联网技术（传感器、物联网协议、网关技术）、IT技术（实时数据采集、传输技术、实时数据管理技术、云平台技术、大数据分析技术、移动互联技术）、专业技术（设备故障模型数据、设备虚拟仿真技术、专业运维知识），建立基于工业互联网的行业重大设备性能监测及服务云平台（APM平台）。

通过平台建设及应用，借助智能感知传感装置采集行业重大设备运行状态数据，通过工业互联网上传至APM云平台，形成行业重大设备的实时状态数据和运行历史大数据。

以大数据为基础，结合设备故障模型和RCM分析模型，深入分析挖掘数据价值，帮助制造企业实现关键设备远程性能监测与故障诊断，提高企业预知性维修水平，加强设备全生命周期管理，提高设备总体运营效率，促进制造企业效益增长。

5、项目的创新点


本项目的核心是“互联网+设备状态监测与运维”，是用互联网改造传统业务的又一实践。项目着眼点在于目标行业的刚性需求和物联网技术的高速发展，结合中软国际及合作伙伴的业务积累而提出。具有如下创新点：

Ø 融合客户为中心服务理念和精益设备管理思想，建立“一机一档”的可视化设备档案
Ø 基于物联网技术实现在线设备性能与状态监测，以及设备状态的可预测
Ø 整合有限资源，建立面向行业应用的设备监测云服务平台，避免或减少企业重复投资
Ø 基于机器大数据建立设备分析模型，开展组合逻辑预警，实现设备状态的可预测
Ø 以可信云平台为基础，建立覆盖设备检测、运维领域的可信SAAS服务模式

经验效果

1、直接效益体现

卷烟厂通过APM平台的应用，加强了设备的预知性维修，提升对设备状态精确预测的水平，以保持设备最好的性能和最佳的状态为目标，提高生产效率、提高卷烟生产质量，构建精益化维修管理体系。直接效益体现如下：

Ø  通过平台共享设备3D资源，节约客户投资，目前，该3D技术资料单机型成本大于150万元；
Ø  在全行业共享设备大数据分析成果，提高企业设备性能；
Ø  通过平台运行提升状态预测水平，降低故障和成本，提升整体性能，构建精益化设备管理体系；
Ø  实现设备状态的可测、设备信息共享，促进企业设备管理模式的转型升级；
Ø  提供一套设备全生命周期管理的APP集，有效提升客户的设备管理精细化水平；
Ø  建立工业互联网平台，制定状态采集、物联网传输、互联网传输、安全管理等标准，为制造、使用、维护等状态监测与服务提供支持。


2、可提高整个烟草行业设备管理水平


通过本项目的实施，形成一套标准，可在整个烟草行业工业企业推广。

烟草行业是我国制造业的重要组成分，其产值与利税高居制造行业前列，是一个集农、工、商一体化，是一个资源型、生产型驱动大型产业群。就卷烟生产领域而言，全行业分为96家卷烟制造工厂，拥有3000多台套全自动化卷烟设备。可见卷烟工业企业已是设备密集型、高度自动化的流程型制造企业。

烟草行业卷烟生产设备价值高，出现故障后损失严重，整个行业对设备管理提出了明确的精益化管理的要求。设备管理精益化要紧紧围绕行业“卷烟上水平”的基本方针和战略任务，以“提高效率，降低成本，保证质量，节约资源”为根本，树立精益思想，营造精益氛围，建立良好的设备管理精益化工作机制，积极应用精益管理工具，深化设备管理绩效评价体系应用，持续改善、追求卓越，不断推进设备管理上水平。

由于行业特色，烟草行业的设备类型高度统一化，容易形成统一的经验库及维护标准；行业设备基本上具有数据采集功能的复杂成套设备，很多运行状态能够采集，改造成本低；行业管理需求明显，能够产生明显的经济效益；本项目的实施具备该行业十多年的经验及技术积累。

综上，此项目的示范推广在烟草行业具有非常重要的价值。

3、助力传统制造企业实现智能制造

APM平台采用平台和O2O模式，一端链接工业企业的关键设备，另一端链接设备管理经验及专业服务。通过搭建传感器及物联网，采集设备运行状态数据，构建工业网络通道，数据上传至工业云平台。利用状态分析手段实现关键设备的状态诊断，并辅助以设备资产管理、设备运维管理、设备现场管理的应用服务，帮助企业提高设备的管理水平，减少非计划停产损失，降低维修成本，提高设备总体运营效率，探索设备管理精细化及制造服务化的新模式,助力智能制造。未来成熟后可考虑往其他制造行业推广，助力传统制造企业的转型升级，实现智能制造。


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