工业互联网平台综合应用 课件 项目二任务2.1 设备运维指标体系搭建

《工业数据处理与分析》/工业互联网系列课程

项目二工业设备健康维度分析任务一设备运维指标体系搭建>>目录任务说明01《工业数据处理与分析》/工业互联网系列课程知识准备02任务实施03思考与讨论04任务说明在冲压机主传动系统中：主电机长时间工作时会出现轴承磨损、螺栓松动等现象，引起主电机的电流、温度上升和主轴转速的不稳定。在生产中：主电动机的失效，将会使冲压机无法正常运转，从而使车间无法正常生产。因此需要对企业的经营目标进行分析，对设备故障指标进行拆解，并搭建冲压机故障指标体系。学习导图学习导图目录任务说明01《工业数据处理与分析》/工业互联网系列课程知识准备02任务实施03思考与讨论04设备故障诊断故障诊断：通过现有的信号检测技术和数据分析手段，判断装备是否发生故障，并在装备发生故障时对故障部位、类型、程度等进行分析判断，为消除故障提供相应的解决方案和运维策略。经验型故障诊断技术：基于工程师或维护人员的经验和专业知识，通过对设备运行状态的观察、检查和分析来判断可能存在的故障原因的技术。模型类故障诊断技术：利用物理模型、数学模型或统计模型对设备进行建模和仿真，通过比较实际数据与模型预测结果的差异来诊断设备故障。数据驱动型故障诊断技术：基于设备实时监测数据和大数据分析技术，利用机器学习、人工智能等方法，通过对数据进行处理和分析来发现设备的异常行为并诊断可能存在的故障的技术。设备故障诊断经验型故障诊断技术的核心在于从业者对设备特定故障模式和典型故障现象的熟悉程度，以及对设备操作和维护过程的深入理解。通过长期的工作经验积累，从业者能够快速识别设备可能出现的问题，并根据其经验采取相应的措施进行维修和保养。这种技术常常被用于处理设备常见故障或特定类型的问题。用途主要体现在以下几个方面：快速响应：在设备出现故障时，经验丰富的从业者可以迅速判断可能的故障原因，加快故障排除的速度，从而缩短停机时间，提高生产效率。故障预防：通过对历史故障案例的总结和分析，从业者能够形成对设备故障模式和趋势的认识，从而采取预防性措施，减少类似故障再次发生的可能性。临时维护：在缺乏详尽的设备文档或先进的诊断设备的情况下，经验型故障诊断技术可以作为一种有效的手段，帮助从业者应对突发的设备故障。缺点：受限于从业者个人经验的局限性，可能会面临对不熟悉的故障或新型设备的诊断挑战。设备故障诊断模型类故障诊断技术的核心在于建立准确的设备模型，这可能涉及到设备的结构、工作原理、性能特征等方面的详细理解，同时还需要考虑设备在不同工况下的响应特性。基于这些模型，可以通过仿真和预测来诊断设备是否存在潜在的故障，以及可能的故障原因。用途主要体现在以下几个方面：预测性维护：通过建立设备的数学模型或仿真模型，可以对设备的健康状态进行实时监测和预测，提前发现可能存在的故障迹象，并采取预防性维护措施，以最大程度地减少停机时间和维修成本。故障诊断精度提高：模型类故障诊断技术可以为从业者提供更全面、客观的故障诊断信息，帮助确定故障类型和根本原因，有助于更快速、准确地进行故障排除和维修。设备优化改进：通过对设备模型进行分析，可以发现设备运行中的潜在问题和性能瓶颈，为设备改进和优化提供依据，从而提高设备的可靠性、安全性和效率。缺点：受限于对设备和系统的深入理解、模型建立的复杂性以及对实时数据的及时获取和处理。设备故障诊断数据驱动型故障诊断技术的核心在于从海量数据中挖掘出设备运行状态的特征，并通过建立模型和算法来自动识别设备的异常行为和潜在的故障迹象。通过对历史数据和实时数据的分析，可以发现设备性能下降、部件磨损、系统失效等问题，并提供故障诊断的决策支持。用途主要体现在以下几个方面：实时监测与预警：通过对设备实时数据的监测和分析，可以快速发现设备可能存在的异常情况，并提前进行预警，避免由于故障导致的生产中断或安全风险。自动化诊断与决策支持：利用机器学习、深度学习等方法，可以建立设备的故障诊断模型，实现对设备运行状态的自动识别和分类，为维护人员提供故障诊断的决策支持。故障分析与优化改进：通过对大量设备数据的分析，可以发现设备运行过程中的潜在问题、性能瓶颈和优化空间，为设备的改进和优化提供数据支持。缺点：受限于数据质量和可靠性、算法的准确性和实时性等因素。故障预测和健康度管理

随着信息技术的迅速发展，在航天航空、制造业、通信应用等不同领域的工程系统日益复杂，复杂系统的复杂性、综合化、智能化程度不断提高，使其研制、生产尤其是维护和保障的成本越来越高，复杂系统的结构和影响因素的增加，发生故障的频率逐渐加大，因此，复杂系统故障诊断和维护成为了企业设备管理的焦点。故障预测和健康度管理故障预测和健康管理技术：通过利用先进的传感器技术，感知与装备健康状态密切相关的可测量信息，如振动、温度、电流、电压等，以实现对复杂系统的在线监测、早期故障检测、性能衰退预测和剩余使用寿命估计等目标。PHM技术依托信号处理、机器学习和数据挖掘等先进方法，结合历史数据和当前监测数据的融合分析，判断设备的在线运行状态，揭示性能的衰退规律，预测未来时刻的健康状态和剩余使用寿命。故障预测和健康度管理概念上：PHM包含了设备状态监测，异常预测，故障诊断，寿命预测，维护决策等。技术上：

PHM包括故障预测和健康管理。设备状态监测：利用先进的传感器技术和信息采集系统，实时监测设备运行的各项参数和特征。异常预测：借助机器学习等方法，分析历史和实时数据，识别设备可能出现的异常行为和趋势，实现早期故障检测。故障诊断：基于设备历史和当前信息，评估设备的当前健康状况，对设备进行异常监测、故障定位和故障评估。寿命预测：结合设备使用环境、条件、计划任务等信息，预测设备的性能变化、剩余寿命和故障的概率，为设备维护提供依据。维护决策：根据故障预测和健康状态评估结果，调整生产计划或改变控制策略，实现自适应容错控制，优化运行维护策略，延长设备使用寿命。设备运维指标体系设备管理是以设备为中心，在设备管理层次上建立设备管理指标的目标是控制、监督、测量、统计和分析、评价与考核设备管理各个环节的水平和效果，以保证设备管理工作的正常开展。设备管理指标设备完好率故障停机率特大重大事故次数设备资产保值增值率设备利用率从某种意义上说，该评价体系对企业进行宏观调控和企业设备管理工作的评价具有一定的指导意义。但是，随着设备管理内涵的不断发展和改变，设备维护观念的转变，使其管理的目的从单纯的确保生产任务到实现整体的经营目标，同时，原有的指标也存在一定的缺陷，使评价结果的片面性和局限性逐渐显露出来。传统的设备管理指标得出的结果只能简单反映设备单方面的客观状况，因此，设备管理体系在制造业企业的实施过程中应该不断改进指标体系内容和指标计算公式，使其更加科学、合理和实用。目录任务说明01《工业数据处理与分析》/工业互联网系列课程知识准备02任务实施03思考与讨论04分析业务目标冲压机工作过程在机械冲压机工作时:大皮带轮是由马达通过三角带驱动的，经过齿轮副和离合器带动曲柄滑块机构，使滑块和凸模直线下行。机械压力机在锻压工作完成后滑块上行，离合器自动脱开，同时曲柄轴上的制动器接通，使滑块停止在上止点附近。多工位冲压机床是一种高度自动化的高精密冲压机械，其功能等同于多个冲压机械和卸料机的一体化。分析业务目标接下来将以冲压机为例，进行工业设备故障指标体系搭建。首先对冲压机生产过程进行调查；与现场实施人员一起，找出容易引起冲压机故障的关键指标项。冲压机故障的关键指标项实现冲压机运行性能的实时监测是保证产品质量、提高生产效率、减少生产成本的重要手段之一。分析业务目标根据维修紧急程度和造成损失的严重程度，确定紧急报警、重要报警、警告报警、一般报警4类。分析业务目标与领导层沟通，确定冲压机故障的关键性指标。拆解设备故障指标体系在设备运行过程中，设备健康管理是十分重要的，根据业务目标的分析，对冲压机关键部位进行健康度分析。今日主电机健康度拆解：当主电机转速报警标识、主电机温度报警标识、主电机电流报警标识中任一标识发出报警时，主电机报警为报警状态。在设备状态为作业状态时，当主电机温度超过130℃，则报警标识为报警，否则报警标识为正常；当主电机转速超时，则报警标识为报警，否则报警标识为3000ramp正常；当主电机电流不在10A-20A，则报警标识为报警，否则报警标识为正常。今日主电机健康度拆解拆解设备故障指标体系当采集到的液压垫通讯状态和液压垫同步状态中有一个发出报警时，液压垫就会产生报警。今日液压垫健康度拆解：今日液压垫报警次数和今日液压垫报警时长是通过对液压垫报警的监测来获取的。今日液压垫健康度拆解拆解设备故障指标体系今日离合器健康度拆解：当离合器压力报警标识、离合器油箱液位报警标识中任一标识发出报警时，离合器就产生报警。设备状态处于作业状态时，当离合器压力不65Mpar-78Mpar之间则报警标识为报警。当邮箱液位不在200MM-1000MM区间内，则报警标识为报警，否则报警标识为正常。今日离合器健康度拆解拆解设备故障指标体系今日滑块健康度拆解:由今日滑块报警次数决定。滑块信号从0-1记一次状态变化，当1小时内滑块状态次数变化次数超过15次时发出滑块报警，否则报警标识为正常。今日滑块健康度拆解搭建设备故障指标体系了解业务目标后，搭建冲压机主要部件的报警指标体系。梳理数据采集值（连接变量）。数据采集值属性设备状态连接变量主电机温度连接变量主电机电流连接变量主电机转速连接变量液压垫通讯状态连接变量液压垫同步状态连接变量离合器压力连接变量离合器邮箱液位连接变量滑块状态连接变量搭建设备故障指标体系建立五级指标体系，在本项目中所有的五级指标由数据采集值按一定规则计算得到。搭建五级指标体系搭建设备故障指标体系构建四级指标及其规则：在本项目中，根据指标体系拆解可以得到，四级指标主电机报警、离合器报警是由五级指标按照一定的规则计算得到，四级指标液压垫报警、滑块状态次数由数据采集值计算得到。搭建四级指标体系搭建设备故障指标体系搭建三级指标体系：根据四级指标主电机报警可以得到主电机报警总次数、今日主电机报警次数和今日主电机报警的时长。搭建三级指标体系搭建设备故障指