一、研究的背景與問題
我國正處于從制造大國向制造強(qiáng)國邁進(jìn)的關(guān)鍵時期，制造業(yè)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化以及綠色制造體系（雙碳為代表）的打造事關(guān)制造業(yè)全局，是制造業(yè)高質(zhì)量、可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵與重要著力點(diǎn)，而設(shè)備智能運(yùn)維是鋼鐵工業(yè)智能制造的短板，存在下列問題：
1、設(shè)備運(yùn)維數(shù)智化基礎(chǔ)薄弱，設(shè)備狀態(tài)相關(guān)的數(shù)據(jù)沒有得到全面有效的采集、存儲、管理，全口徑設(shè)備數(shù)據(jù)在線率不足1%。無法通過基于數(shù)字化、更加精準(zhǔn)的維護(hù)，設(shè)備過維修和欠維修長期共存，設(shè)備運(yùn)維費(fèi)用高，設(shè)備故障多的現(xiàn)象難以克服，綜合維護(hù)成本居高不下；
2、以人為主的設(shè)備管理導(dǎo)致過度依賴人的行為、經(jīng)驗(yàn)，設(shè)備風(fēng)險難以控制，設(shè)備維護(hù)經(jīng)驗(yàn)、知識碎片化，缺少系統(tǒng)化的積累、提煉、優(yōu)化、傳播。以某鋼廠為例，90%的設(shè)備故障是因?yàn)辄c(diǎn)檢不到位，30%的重復(fù)性故障是點(diǎn)檢不周導(dǎo)致。
3、設(shè)備維護(hù)相關(guān)數(shù)據(jù)沒有得到有效開發(fā)、應(yīng)用，基于數(shù)據(jù)的決策偏少，智能化應(yīng)用不成體系，運(yùn)維全流程協(xié)同優(yōu)化乃至支撐產(chǎn)供銷全局優(yōu)化沒有依托和抓手。不能通過設(shè)備狀態(tài)與功能精度的保障，為運(yùn)維全流程協(xié)同優(yōu)化與產(chǎn)供銷全局優(yōu)化創(chuàng)造有利條件，提高設(shè)備綜合作業(yè)率（OEE），減少設(shè)備問題導(dǎo)致的質(zhì)量事故、殘次品增加，降低單位能耗；
4、未能實(shí)現(xiàn)對環(huán)保設(shè)備設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)的精準(zhǔn)把握，保證其持續(xù)可靠運(yùn)行，減少和降低污染排放，支撐環(huán)保達(dá)標(biāo)和超低排放的實(shí)現(xiàn)。高能耗設(shè)備的運(yùn)行缺乏數(shù)據(jù)支撐，降低能耗的目標(biāo)難以達(dá)成。
5、設(shè)備維護(hù)功能分割過細(xì)，點(diǎn)檢、運(yùn)行、日修、搶修等多種角色并存，設(shè)備點(diǎn)檢不到位、設(shè)備維修質(zhì)量無數(shù)據(jù)支撐，設(shè)備日常運(yùn)行過程中的“跑冒滴漏”問題嚴(yán)重，不僅增加消耗，也間接增加環(huán)境壓力，效率提升遇到瓶頸。
針對這些問題，寶武裝備智能科技有限公司研發(fā)成功一套鋼鐵全工序、全流程設(shè)備智能運(yùn)維系統(tǒng)（技術(shù)、產(chǎn)品、標(biāo)準(zhǔn)與體系），攻克了面向鋼鐵全工序的設(shè)備智能運(yùn)維平臺、面向狀態(tài)變化趨勢決策的設(shè)備智能運(yùn)維智能專家系統(tǒng)、面向服務(wù)一致性的設(shè)備智能運(yùn)維標(biāo)準(zhǔn)、面向運(yùn)維全流程的智能運(yùn)維體系等四個方面十二項(xiàng)核心技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了面向鋼鐵行業(yè)的全工序全流程的智能運(yùn)維系統(tǒng)和超大規(guī)?；こ虘?yīng)用。
二、解決問題的思路與技術(shù)方案
1、總體思路：
以“三需要”（數(shù)字化轉(zhuǎn)型、綠色可持續(xù)發(fā)展、設(shè)備管理變革）為初心，研究形成面向設(shè)備智能運(yùn)維的系統(tǒng)解決方案；以“三個一”（一個平臺、一個專家系統(tǒng)、一套標(biāo)準(zhǔn)化體系）為核心，打造“遠(yuǎn)程、智能、共享”的設(shè)備智能運(yùn)維管理新模式；以“三提升”（人事效率、資產(chǎn)效率、管理效率）為目標(biāo)，重塑設(shè)備運(yùn)維價值鏈，實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理價值最大化。
2、主要技術(shù)原理和技術(shù)路線
2.1主要技術(shù)原理：設(shè)備智能運(yùn)維的本質(zhì)是基于設(shè)備狀態(tài)變化趨勢的智能決策。通過構(gòu)建面向鋼鐵全工序的設(shè)備智能運(yùn)維平臺、打造面向狀態(tài)變化趨勢決策的智能專家系統(tǒng)、建立面向服務(wù)一致性的設(shè)備智能運(yùn)維標(biāo)準(zhǔn)并配套面向鋼鐵全流程的智能運(yùn)維體系等系統(tǒng)創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)由“感官判斷、經(jīng)驗(yàn)決策”到“數(shù)據(jù)判斷、知識決策”的演變，支持設(shè)備健康狀態(tài)的精準(zhǔn)把握、運(yùn)維過程的高效運(yùn)營和知識傳承。
2.2技術(shù)路線：充分運(yùn)用“云大物智移”等新一代ICT技術(shù)，形成了以“三個一”（一個平臺、一個專家系統(tǒng)、一套標(biāo)準(zhǔn)化體系）為核心技術(shù)基礎(chǔ)、以設(shè)備智能運(yùn)維體系為載體的設(shè)備智能運(yùn)維新模式。整體技術(shù)路線圖如下：
圖1：整體技術(shù)路線圖
3、技術(shù)方案和技術(shù)路線
3.1面向鋼鐵全工序的設(shè)備智能運(yùn)維平臺：按照模塊化、產(chǎn)品化設(shè)計理念，基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)“云、邊、端”技術(shù)架構(gòu)，建設(shè)面向鋼鐵全工序的設(shè)備智能運(yùn)維平臺。涉及3項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)：
3.1.1多場景智維物聯(lián)采集技術(shù)：主要解決“能從工業(yè)現(xiàn)場采到多維度、多類型數(shù)據(jù)，也能讓數(shù)據(jù)回饋到現(xiàn)場”的問題。主要包括涵蓋信號采集、信號調(diào)理、通訊協(xié)議/接口、抗干擾等一系列硬件和軟件技術(shù)的傳感器技術(shù)、采集器技術(shù)和通信技術(shù)等。
3.1.2海量高頻數(shù)據(jù)邊緣處理技術(shù)：主要解決邊緣側(cè)海量高頻數(shù)據(jù)的傳輸、清洗、處理問題，幫助實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)到知識轉(zhuǎn)化。同時提供邊緣規(guī)則編輯器功能，以無代碼或低代碼、搭積木方式支持專家經(jīng)驗(yàn)的簡潔實(shí)現(xiàn)，使專家知識與數(shù)據(jù)雙輪快速驅(qū)動，專家經(jīng)驗(yàn)與大數(shù)據(jù)快速融合迭代。
3.1.3多源、多維、異構(gòu)數(shù)據(jù)融合應(yīng)用技術(shù)：主要解決來自傳感器、自動化、信息化系統(tǒng)的設(shè)備數(shù)據(jù)多源、異構(gòu)、復(fù)雜；缺少必要的語義標(biāo)簽，標(biāo)準(zhǔn)化質(zhì)量不高；數(shù)據(jù)的時空融合難度大等問題。解決了數(shù)據(jù)“一致性”問題，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)跨系統(tǒng)、跨設(shè)備、跨產(chǎn)線應(yīng)用。
3.2面向狀態(tài)變化趨勢決策的智能專家系統(tǒng)：以系列算法、模型、規(guī)則為核心構(gòu)建智能專家系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)基于設(shè)備狀態(tài)變化趨勢智能決策、人機(jī)結(jié)合的全流程智能運(yùn)維，主要涉及以下三個層面：
3.2.1統(tǒng)計與先驗(yàn)知識協(xié)同的多變量設(shè)備狀態(tài)預(yù)警技術(shù)：主要解決鋼鐵生產(chǎn)場景復(fù)雜、涉及多變量耦合、非線性等導(dǎo)致的設(shè)備狀態(tài)預(yù)警難題，解決了規(guī)則難以表述、缺乏足夠案例等的數(shù)據(jù)分析問題，通過統(tǒng)計與先驗(yàn)知識協(xié)同應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)的準(zhǔn)確預(yù)警。
3.2.2機(jī)理與數(shù)據(jù)驅(qū)動相結(jié)合的設(shè)備故障診斷技術(shù)：解決了鋼鐵生產(chǎn)設(shè)備工況復(fù)雜，設(shè)備變速、變載，耦合因素多，設(shè)備狀態(tài)表征非線性，機(jī)理極難完整表述的難題，采用機(jī)理與數(shù)據(jù)驅(qū)動相結(jié)合的方法，極大的提高了設(shè)備診斷準(zhǔn)確率。
3.2.3多維度數(shù)據(jù)協(xié)同的設(shè)備綜合決策技術(shù)：通過多維度數(shù)據(jù)協(xié)同，結(jié)合設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)、檢維修數(shù)據(jù)等多維度數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)維的綜合決策和跨地域、跨企業(yè)的設(shè)備運(yùn)維優(yōu)化。
3.3設(shè)備智能運(yùn)維標(biāo)準(zhǔn)體系研究
為了擺脫“地域、時間、經(jīng)驗(yàn)”因素限制，達(dá)到“同樣的事，要求都一樣 ”、“任何人做，結(jié)果都一樣 ”、“任何時間做，結(jié)果都一樣”“任何地方做，結(jié)果都一樣”的效果，以實(shí)現(xiàn)規(guī)?；焖購?fù)制和高效運(yùn)維為目標(biāo)，構(gòu)建面向服務(wù)一致性的設(shè)備智能運(yùn)維標(biāo)準(zhǔn)體系。分別涉及3項(xiàng)關(guān)鍵內(nèi)容：
3.3.1設(shè)備族譜多粒度統(tǒng)一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)：設(shè)備族譜多粒度統(tǒng)一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，主要解決智能運(yùn)維術(shù)語、語義、設(shè)備分類標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)備異常描述規(guī)范等問題，對現(xiàn)場運(yùn)維作業(yè)的內(nèi)容進(jìn)行規(guī)范并代碼化，使計算機(jī)能夠識別并進(jìn)行知識化處理。
3.3.2基于鋼鐵工序特點(diǎn)的設(shè)備數(shù)據(jù)采集與存儲標(biāo)準(zhǔn)：針對各類鋼鐵產(chǎn)線設(shè)備的數(shù)據(jù)采集問題，形成通用、經(jīng)濟(jì)、適用的采集策略、采集標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)、存儲標(biāo)準(zhǔn)。
3.3.3設(shè)備狀態(tài)管控方法庫：通過對成熟、可復(fù)用、可迭代運(yùn)維管控方法庫，實(shí)現(xiàn)對多地域同類產(chǎn)線、同類設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化、一致性的智能高效運(yùn)維。
3.4構(gòu)建面向鋼鐵全流程的智能運(yùn)維體系
面向鋼鐵全流程的智能運(yùn)維體系，包含以下三個關(guān)鍵技術(shù)。
3.4.1面向鋼鐵全流程的智能運(yùn)維系統(tǒng)解決方案產(chǎn)品群：研發(fā)覆蓋鋼鐵生產(chǎn)全工序的設(shè)備智能運(yùn)維系統(tǒng)解決方案（如圖2），集成容納鋼鐵行業(yè)豐富的智維工業(yè)知識，具備標(biāo)準(zhǔn)化、可復(fù)用、可交付、高度智能化的特征。通過智維數(shù)據(jù)基礎(chǔ)的規(guī)范構(gòu)建，關(guān)鍵技術(shù)的研究，持續(xù)提取、優(yōu)化工業(yè)知識，不斷提升智維系統(tǒng)的成熟度，實(shí)現(xiàn)感知、認(rèn)知、分析、決策、執(zhí)行全流程運(yùn)維的功能升級。
圖2：系統(tǒng)解決方案
設(shè)備智能運(yùn)維解決方案的指導(dǎo)原則，是從以人為核心、以技能經(jīng)驗(yàn)判斷為決策方式、基于固化標(biāo)準(zhǔn)的傳統(tǒng)運(yùn)維模式向以數(shù)據(jù)為核心、以算法、規(guī)則模型計算為決策方式、基于決策結(jié)果的智能運(yùn)維模式轉(zhuǎn)變，加快提升設(shè)備運(yùn)維決策能力及智能化管理水平。
3.4.2基于平臺的近地與遠(yuǎn)程運(yùn)維相結(jié)合的智能運(yùn)維運(yùn)行體系：在不斷實(shí)踐的基礎(chǔ)上，以平臺為核心構(gòu)建了面向多生產(chǎn)基地的智能運(yùn)維模式，探索形成了基于智維平臺、近地運(yùn)維與遠(yuǎn)程運(yùn)維相結(jié)合的設(shè)備智能運(yùn)維體系——以智能運(yùn)維平臺為基礎(chǔ)、以智維工程師為主體的近地運(yùn)維（前臺）和以智維分析師為代表的設(shè)備專家團(tuán)隊(duì)為主體的遠(yuǎn)程運(yùn)維（后臺）相互協(xié)同、模型判斷與人腦決策人機(jī)結(jié)合的智能運(yùn)維運(yùn)行體系（如圖3），持續(xù)閉環(huán)迭代，打破地域/產(chǎn)線/部門壁壘，實(shí)現(xiàn)預(yù)防維修向預(yù)知維修轉(zhuǎn)變。
圖3：設(shè)備智能運(yùn)維體系示意圖
以平臺為核心，基于數(shù)據(jù)驅(qū)動、知識賦能的理念對傳統(tǒng)設(shè)備運(yùn)維流程進(jìn)行全方位的優(yōu)化設(shè)計與再造（如圖4），通過設(shè)備狀態(tài)趨勢的判斷和預(yù)測，實(shí)現(xiàn)“修不修（決策）”、“何時修（計劃）”、“修什么（項(xiàng)目）”、“怎么修（方案）”、“誰來修（資源）”的核心流程自動化、智能化與閉環(huán)管控，提升運(yùn)維體系人員效率、資產(chǎn)效率、管理效率。
圖4：以平臺為核心的設(shè)備運(yùn)維流程再造示意
3.4.3以智維工程師與智維分析師為核心的智能運(yùn)維人才培養(yǎng)體系：根據(jù)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化設(shè)備運(yùn)維需求，搭建了以智維工程師與智維分析師為核心的智能運(yùn)維人才體系，創(chuàng)新了智維工程師、智維分析師等智能制造新職業(yè)崗位，形成了配套的人才素質(zhì)模型、培訓(xùn)體系并建立了可持續(xù)的培養(yǎng)機(jī)制。
智能運(yùn)維的實(shí)施是以智維工程師團(tuán)隊(duì)為現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)管控核心，以智維分析師為代表的專家團(tuán)隊(duì)為遠(yuǎn)程支持核心，基于智能運(yùn)維平臺所提供數(shù)據(jù)采集、智能決策和智能管理等功能應(yīng)用，遵循智能運(yùn)維標(biāo)準(zhǔn)化體系，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、信息、知識和技術(shù)資源的共享，快速掌握設(shè)備狀態(tài)變化，快速作出運(yùn)維決策、提供解決方案并精準(zhǔn)執(zhí)行，提高維檢作業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化水平、工作效率和響應(yīng)速度。
三、主要創(chuàng)新性成果
1、基于云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和智能設(shè)備運(yùn)維的需求，開發(fā)了設(shè)備智能運(yùn)維系統(tǒng)；攻克了多場景的智能傳感技術(shù)、海量高頻數(shù)據(jù)邊緣處理技術(shù)、多源多維異構(gòu)數(shù)據(jù)融合應(yīng)用技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，形成了鋼鐵行業(yè)首個面向鋼鐵全工序、全流程設(shè)備智能運(yùn)維平臺，具有百萬級設(shè)備接入能力。
2、研發(fā)形成的人-機(jī)協(xié)同的智能運(yùn)維“專家系統(tǒng)”，創(chuàng)新性應(yīng)用統(tǒng)計與先驗(yàn)知識協(xié)同的多變量設(shè)備狀態(tài)預(yù)警技術(shù)、機(jī)理與數(shù)據(jù)驅(qū)動相結(jié)合的設(shè)備故障診斷技術(shù)、多維度數(shù)據(jù)融合的設(shè)備綜合決策技術(shù)等，使設(shè)備智能運(yùn)維系統(tǒng)具有基于設(shè)備狀態(tài)變化趨勢決策能力。
3、為了多個鋼鐵企業(yè)設(shè)備運(yùn)維具有一致性、可對比性和可尋優(yōu)性，研發(fā)了設(shè)備族譜多粒度統(tǒng)一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、基于鋼鐵工序特點(diǎn)的設(shè)備數(shù)據(jù)采集與存儲標(biāo)準(zhǔn)及面向鋼鐵產(chǎn)線設(shè)備狀態(tài)管控方法庫和圖譜庫，建立了一套面向運(yùn)維一致性與可尋優(yōu)的設(shè)備智能運(yùn)維標(biāo)準(zhǔn)體系，使智能運(yùn)維的全流程規(guī)范有序。
4、構(gòu)建了面向鋼鐵全流程的設(shè)備智能運(yùn)維體系。形成了面向鋼鐵產(chǎn)線全工序的智能運(yùn)維系統(tǒng)解決方案群，具備了智能運(yùn)維體系化推廣的能力，并通過設(shè)備遠(yuǎn)程運(yùn)維中心（第三方運(yùn)維平臺）對所有在線產(chǎn)線和設(shè)備實(shí)時集中監(jiān)控和管理，為設(shè)備管理體系智能運(yùn)維變革奠定了基礎(chǔ)。
四、應(yīng)用情況與效果
依托寶武智維平臺，智維解決方案已部署寶武集團(tuán)寶山、武鋼、韶鋼、馬鋼等十五大基地，并覆蓋寶武多元產(chǎn)業(yè)（寶武碳業(yè)、寶武環(huán)科、寶武清能）、擴(kuò)展至鋼鐵生態(tài)圈（漣鋼、寧鋼、鞍鋼鲅魚圈），平臺累計接入設(shè)備超30萬臺，數(shù)據(jù)項(xiàng)超120萬，覆蓋700多條產(chǎn)線（機(jī)組）（如圖5），已積累有效數(shù)據(jù)數(shù)百TB，覆蓋鋼鐵行業(yè)全工序，并持續(xù)擴(kuò)大設(shè)備接入與創(chuàng)新應(yīng)用。
圖5：寶武智維云整體界面
