容知日新靈芝設備智能運維平臺--面向石化、煤炭等行業的“設備醫生”
《“十四五”智能制造發展規劃》指出，“到 2025 年，規模以上制造業企業大部分實現數字化網絡化，重點行業骨干企業初步應用智能化；到 2035 年，規模以上制造業企業全面普及數字化網絡化，重點行業骨干企業基本實現智能化。”設備是最基礎的生產要素，如果無法保障設備的連續安全穩定運行，智能化的目標就無從談起，因此設備智能運維已成為數字化轉型的重要內容。
目前，我國工業設備運維發展進度滯后，仍有大量企業采用以人為核心的預防性維修方式，依賴專家經驗和復雜的流程體制，運維效果不穩定，運維費用較高，存在設備非計劃停機甚至安全事故。隨著人口老齡化加速，人口紅利逐漸消失，工業企業面臨技術人員短缺的困擾。并且，在現場技術作業中，設備運維是最辛苦、最危險的工作之一，企業員工對傳統運維工作的認同感越來越低，對于美好工業生活的向往也愈發強烈。
對此，加快工業設備運維模式轉型，降低設備運維成本、提高生產效率、保障生產安全、改善技術人員作業環境，從而構建更加美好的工業，已成為工業企業的“剛需”。
項目
概況
容知日新公司成立于2007年，致力于構建工業客戶設備運維的全新生態。結合十多年的行業經驗和業內一流團隊，容知日新自主研發的靈芝設備智能運維平臺，已成功應用于石化、煤炭、電力、鋼鐵、水泥等十多個行業。
1. 項目背景
設備智能運維，是集設備狀態監測、故障診斷和預測、維修決策支持和維修活動于一體的主動維護方式，是對傳統的“預防性維修”模式的顛覆，被譽為工業互聯網的是“殺手級”應用。通過對設備狀態進行連續測量和數據分析，實現設備故障的診斷以及設備狀態發展趨勢的預測，制定最優維護方案，幫助設備管理者實現精準修理，從而實現降本增效、少人無人、安全生產，積極推動企業向“智能工廠”轉變。
2. 項目簡介
容知日新靈芝
設備智能運維平臺面向制造業數字化、網絡化、智能化需求，構建基于云平臺的海量數據采集、匯聚、分析服務體系，支撐制造資源泛在連接、彈性供給、高效配置。平臺具有極強的普適性和包容性，不對服務對象設置門檻，任何使用機械設備的行業都可以接入系統進行監控和管理。由互聯網技術支撐的推送服務，使得裝備健康管理服務變得無處不在，隨時隨地，只要用戶接入網絡，設備狀態盡在掌握。這種快捷方便的可復制性服務代表著行業未來的發展方向和潮流。
3. 項目目標
借助容知日新靈芝
設備智能運維平臺
，
引領工業設備運維模式迭代升級，當好工業設備的“專科醫生”。在此基礎上，
不斷優化的智能化應用培育出符合工業互聯網環境下服務業與制造業融合發展的新模式、新路徑，
打造國內首個設備智能運維領域的國家級專業技術型
工業互聯網平臺，推動制造服務業高質量發展，帶動產業鏈上下游企業、行業內企業、平臺參與企業共同提升，形成融合發展
的設備智能運維
生態圈。
二、項目實施概況
1. 項目總體架構和主要內容
（1）總體架構
容知日新靈芝設備智能運維平臺采用Abp.vNext框架為基礎，以領域驅動設計為核心，按微服務劃分模塊的中心思想構建平臺服務,以能跨平臺部署、能分布式部署、能單機部署、能公有云部署、能私有云部署為整體目標,在Abp.vNext的基礎上再封裝成更易于使用。
圖1 容知日新靈芝設備智能運維平臺架構
（2）物聯網層
在物聯網層，通過無線、在線、智能視頻、智能聲音等狀態智能監測手段，構建專業智能監測以及點檢自動化等其他智能監測應用方案，同時通過硬件協作開放，研發與集成更多如機器人、電氣監測等監測方案，支持多元數據。通過“IOT通信采集器”實現多源異構數據接入、協議自動轉換、邊緣智能計算等功能。
（3）Paas層
構建工業互聯網專用的Paas層能力，為企業提供完整的IT能力和架構能力。
在IPaaS層，容知日新靈芝設備智能運維平臺采用CNCF認證的云原生技術，支持資源管理、系統監控、安全管理等IT運維能力，基于Helm3技術的應用程序商店，可以廣泛容納第三方應用；基于10年以上工業信息化解決方案的經驗，平臺自帶大量工業應用所需的IT組件，覆蓋數據庫、存儲、大數據、分布式計算等各個方面，并提供優化的配置參數，滿足第三方應用對IT基礎設施的需求；廣泛的適應性和架構靈活性，可以和企業基于云原生的PaaS平臺進行整合，符合企業統一平臺的要求。
在APaaS層，平臺融合業務機理、機器學習和大數據技術形成基于模型、算法、數據的工業設備智能引擎；基于工業設備場景算法最佳實踐自研的算法管理平臺，幫助企業構建從算法預研、樣本庫建立、算法訓練、仿真、上線、管理、評價等開發過程及工具；基于大數據技術的數據管理平臺，幫助企業構建數據湖、數據分析、數據清洗、數據可視化等能力。
（4）應用層
在PaaS層能力基礎上構建一系列的工業APP，以設備故障預測與健康管理PHM為核心，從設備級的狀態場景到產線級的狀態場景應用，逐步探索提升設備智能運維的狀態智能預知能力，通過狀態的智能預知覆蓋面逐步擴大，不斷提升設備智能運維的成熟度水平。
在設備與產線級智能運維業務上，通過智能預知狀態及標準數據支持，智能生成檢、維修任務，智能進行運維專業人力匹配、任務排程及任務跟蹤閉環；通過過程數字可對所需運維備件進行數量、壽命及運維成本預測；自動完成故障的PDCA管理；提供離線精密檢測應用做為運維實際檢驗活動的補充，滿足離線檢測應用場景；在設備啟停機應用場景上需要解決設備啟停機管理、檢修后評估、啟機后評估、設備運轉效率等應用；在運維過程中對人員安全、現場安全等提供場景解決方案應用；最終自動為設備資產提供全生命履歷數據。
通過設備智能運維駕駛艙，實時監控設備健康狀態和運維情況，為集控中心運維控制人員提供設備狀態預知、運維決策與遠程運維協同。
2. 網絡、平臺或安全互聯架構
（1）平臺基礎服務
基礎服務主要由外部使用的第三方系統組成。
（2）平臺駕駛艙
支持滿足不同用戶可視化呈現效果需求，通過集團、廠區、產線、設備可視化建模，結合設備狀態重要指標數據進行綜合展示，讓各級設備領導、管理者掌握現場運營動態，隨時分析生產設備運營整體狀況。
圖2 容知日新靈芝設備智能運維平臺駕駛艙
（3）平臺功能
1）數據分析
提供數據提取工具，從數據湖中提取需要的數據，并提供數據分析工具對數據機型分析，獲取模型以及算法開發思路。
2）報警管理
針對不同行業、不同設備配置不同預警模型算法，對設備異常進行提前預警，部分通用設備報警的同時可輸出智能診斷結論與檢維修建議；報警可進行處理，輸入報警結論、檢維修建議，并把處理結果推送給不同用戶，接收人可進行報警結論確認，報警閉環。
3）故障管理
故障案例生成后，可持續進行跟蹤反饋，進行詳細的專家診斷分析，獲取文字、圖片、表單等形式的檢修驗證、反饋信息，直到故障消缺，設備恢復正常，案例閉環；另外可根據案例結果，優化設備模型和智能預警算法。
4）設備管理
將企業的設備資產進行全面數字化管理，結合預測性維護的的精準設備狀態數據，實現以數據為驅動的涵蓋設備“投資立項、招標采購、合同結算、設備轉固、點檢、運行、維護、檢修、安全、物料、封存調撥、報廢”的全生命周期的體系管理。
5）系統管理
支持對人、崗位、部門、設備、產線、企業、設備、物聯網系統、甚至業務的各類權限管理和設置，幫助企業根據自身管理方法構建專有運維體系。
6）點檢管理
系統在實現遠程實時狀態監測的同時兼顧現場人員巡檢自動化。通過專用點檢設備現場人員可以將點檢工作納入平臺，實現現場人員對設備異常和“跑冒滴漏”等各類問題的快速上報，統一管理和云邊協同。
7）綜合監測
針對特種設備和特殊場景應用專用監測技術，例如聲音、圖像等進行綜合分析的功能。
8）算法平臺。
智能運維是一個長期建設過程，智能算法能力的成長作為智能運維的核心一環需要很長時間來進行積累，在這個過程中通過開放算法工具、培養企業算法人員、積累數據逐步實現企業自主算法開發能力，算法平臺中的各類低代碼工具可以幫助企業循序漸進的快速掌握算法開發孵化能力。
9）集成功能
平臺具備極強的靈活性和豐富的接口，可以向上向下進行兼容，通過對電氣、液壓等專業平臺進行功能集成，平臺將能夠具備更全面的運維能力。
10）移動APP
圖3 容知日新靈芝設備智能運維平臺已有33個APP
3. 具體應用場景和應用模式
2021年，容知日新在科創板上市，成為中國設備狀態監測與故障診斷第一股。目前，靈芝平臺具備多樣化的成熟商業模式，在石化、煤炭、電力、鋼鐵、水泥等重點行業，得到了客戶和市場的廣泛認可。
（1）石化行業應用（以“某石化集團華東煉化分公司”為例）
1）用戶背景
該企業是我國最大煉化基地，也是最大的原油加工基地、進口原油加工基地、含硫原油加工基地、成品油出口基地和重要的原油集散基地。
2）用戶需求
設備狀態全面掌控，希望采用在線監測方式，逐漸實現關鍵設備狀態實時監測，全面掌握設備運行狀態；高效管理，提升人均看護量，設備數量多，專業狀態監測管理人員有限，希望通過統一的管理平臺，加強關鍵設備集中管控，實現高效管理。精準檢修，提升效率，基于故障預測，提高檢修精準度，減少過修、避免欠修。
3）解決方案
關鍵設備在線監測：對各分廠區關鍵設備部署在線監測系統，實時監測設備狀態數據，提前發現關鍵設備異常，精確定位故障部位與劣化程度，并進行趨勢管理。
5G保障數據傳輸：結合5G通信技術構建快速穩定的數據傳輸通道，有效保障數據傳輸的及時性，設備異常報警的有效性。
在線監測 + 遠程專家看護服務：通過在線監測系統，結合現場專家資源及容知日新設備遠程運維中心資源，實現對設備的狀態評估、故障診斷和預測，提前發現設備故障，合理安排設備的檢維修計劃，提高檢修精準度。
4）應用價值
逐步實現設備預測性維護：該企業自2019年5月開始進行關鍵機泵遠程監測，目前實時看護設備近2000臺，涵蓋10個作業部、73個裝置，產生設備異常提前預警近千次，現場檢維護200+次，逐步實現預測性維護。
提質降耗，精準管控：提前發現設備早期故障并進行針對性的檢維護，保證設備長周期健康運行，千臺機泵密封消耗量相較往年有明顯下降。
全廠關鍵設備納入預測性維護：正逐步建設全廠關鍵設備在線監測，從預防性維護的管理模式向預測性維護的管理模式的轉變。
（2）煤炭行業應用（以“檸條塔礦業”為例）
1）項目概述
開始實施時間：2021年5月
陜煤集團神木檸條塔礦業有限公司成立于2005年，是由陜西煤業集團有限責任公司銅川礦業公司、榆林市國有資本運營公司和神木縣國有資產運營公司共同出資設立。檸條塔礦井位于陜西省神木縣檸條塔工業園區，是國家在神府礦區南區總體規劃的四個井田之一。
檸條塔礦業的需求主要包括智能化建設、安全生產、設備故障精準診斷三個方面。其中。大型設備面臨設備管理方式變革的挑戰，希望通過實時監測，精準故障診斷，實現故障提前預知，故障精準判定，減少維修時間，降低人員勞動強度。在安全生產方面，希望通過平臺實現設備可控，提高設備可用性、可靠性和可維修性，避免非計劃停機或停工事件發生造成經濟、安全、環境等各方面帶來的經濟損失。
2）整體方案
容知日新協助檸條塔礦業有限公司搭建了公司級平臺，集設備狀態集中管控、專家+AI智能診斷為一體，并與容知日新靈芝設備智能運維平臺打通，實現預測故障、廷長設備壽命、降低非計劃停機、達到減員增效等目標。
其中，對皮帶機、水泵房、空壓機、主通風機多種關鍵設備部署近700測點，實時獲取設備狀態數據，提前發現關鍵設備異常，精確定位故障部位與劣化程度；對現場綜采面的運輸機、破碎機、轉載機、順槽膠帶機進行監測，保障綜采面設備安全連續生產，助力智能礦山建設。
3）完成情況
項目建成后，容知日新為機電設備提供24小時不間斷監測和看護服務，自2021年5月納入監控，共監測157臺設備，涵蓋皮帶機、通風機、壓風機、主排水泵等多種設備。截至2022年3月份已出具15期體檢報告，已積累案例12起，包括齒輪箱軸承、聯軸器不對中、潤和不良等不同類型案例，估計避免非計劃停機30小時左右，多次成功指導客戶進行檢修與維護，取得較好的經濟和社會效益。
圖4 
監測故障分析及典型故障案例
4. 安全及可靠性
可靠性設計包括容錯技術、避錯技術，系統配置方法可采用（雙份、雙重、熱備份、容錯、集群）。目前，靈芝平臺可在其多個組件故障存在的情況下不失效，仍然能夠正常工作，主要通過冗余組件設計來實現。系統整體設計可靠性可達99.99%！
容知日新具備完備的預警算法策略，充分融合了行業機理、專家知識與智能AI技術，并且經過了海量真實監控設備數據的打磨與驗證，預警算法效果能夠完美達到用戶要求。目前，借助智能算法，輔以診斷分析師，靈芝平臺對故障預警&診斷的準確率可達95%！
5. 其他亮點
（1）支持快速開發和自主編輯
由于工業現場業務定制需求較大，流程內容與產品方案出入較大，為使產品真正落地，故通過提供“所見即所得”的界面和適用于所有人員的無代碼應用開發環境，通過簡單賦能即可讓客戶進行自主快速開發，即滿足客戶需求，也讓客戶自身能力真正成長。
平臺可提供包括“設備可視化建模”、“算法編輯器”、“報表編輯器”及各類運維自主編輯功能，讓用戶實現不懂代碼也能“玩轉”AI，實現對平臺真正的自主可控。
（2）多樣接口與兼容能力
支持振動、溫度、電流、電壓、油液、扭矩等多源數據全面接入，打破信息孤島，實現以數據為驅動的業務變革。靈芝平臺采用微服務架構，前后端分離，OPC、API、Kafka等豐富的接口可讓靈芝平臺靈活的向上兼容或向下兼容，并支持個性化二次開發，幫助企業有效打破信息孤島，實現業務貫通，并且，各類接口工具我們也直接集成到平臺功能當中，靈活配置，高效使用。
三、下一步實施計劃
平臺建設方案實施周期為2021年11月至2023年11月，進度計劃如下：
1. 計劃1
第一階段（2021年11月-2022年8月）：為設備監測指標體系增設1000個類型指標，為設備故障診斷新開發500個實際場景應用算法模型，申請6項發明專利、3項軟件著作權，進行設備預測性維護和智能診斷機理和系統建模研究，制定儀器應用技術規范，建立標準化、系統化的操作技術規程，為設備預測性維護和智能診斷產品的大規模業務應用提供保障。
2. 計劃2
第二階段（2022年9月-2023年2月）：新增50個行業邊緣智能系統與10個設備邊緣智能系統，申請4項發明專利、5項軟件著作權，豐富設備狀態智能監測模型，為風電、石化、冶金、水泥、煤礦等行業企業打造產業專屬智能運維平臺，與行業內龍頭企業開展應用示范，提升產品的認知度，建立產業間的廣泛協作，推動區域建立相關產業聯盟，提升技術水平和協同攻關能力，共同發展。
3. 計劃3
第三階段（2023年3月-2023年11月）：繼續開拓5個新興行業，探索容知日新靈芝設備智能運維平臺在新興行業中的新型合作模式，針對不同行業、不同監測設備的差異性需求，在共性關鍵技術的基礎上，加強產品個性化需求的開發，提高產品市場占有率，開拓新興市場和應用領域；參與多項標準制定，帶動設備預測性維護和智能診斷技術與裝備產業發展，提高我國設備預測性維護和智能診斷領域產品的自主創新能力，激發行業活力。
四、項目創新點和實施效果
1. 項目先進性及創新點
（1）基于工業大數據和人工智能的設備狀態監測技術
工業場景復雜多樣化，真實案例樣本的質量和數量對設備預測性維護算法至關重要，一方面容知日新已積累大量的實際運行狀態監測數據，并通過專業人員實現所有標簽數據的結構化，在此基礎上利用數據增廣技術，對各類故障的訓練數據庫進行有效擴大，構建了模型訓練的核心基礎能力。
（2）基于邊緣智能算法的設備看護體系
基于邊緣計算的智能看護具有分布式和超低時延的特點，設備數據產生、過濾和分析都發生本地，海量數據無需上傳至云端，大大緩解工業現場的網絡傳輸壓力。邊緣采集端作為數據的第一入口，可承擔多元化、異構數據的接入，植入的智能算法保證了設備異常預警和響應極低的時延，滿足工業客戶對于時效性的高要求。同時邊緣計算性具有可定義和可調度性，邊緣采集端業務邏輯并非一成不變，用戶可以自定義修改和定制，同時云端可動態調度制定的邊緣節點。
（3）基于多源數據的工業設備狀態監測
在設備物理模型基礎上，結合監測方案抽象發展了可組態的測點模型，針對主流的各類型設備，通過上位機的模型信息設置自動關聯監測方案，解決物理結構和監測模型高效適配問題。同時規則引擎支持層級化的算子管理，以時序趨勢算子為例，包含經典時序策略和深度學習算法的各類算子，描述緩變類、恒偏差、高頻和突變類等時序故障特征，規則越向上越業務具象，泛化性越弱；規則越向下越業務抽象，泛化性越強。實際應用里支持動態修改業務規則，快速響應需求變更，經驗遷移，高效的支撐算法開發和工程部署。
2. 實施效果
截至2022年12月31日，容知日新靈芝設備智能運維平臺接入工業設備108397臺，服務工業企業1300余家，看護設備資產價值超過2000億元，日均采集有效數據1.6TB，產生設備故障閉環案例12999個。
容知日新靈芝設備智能運維平臺能夠快速提升用戶企業的設備運維水平，切實帶來經濟效益與管理效益，價值體現有：
（1）使動設備非計劃生產停機時間下降20%-35%。
（2）減少運行風險，降低重大事故、突發性事故發生率。
（3）避免“欠維修”和“過維修”，防止不必要的拆卸，降低維護成本，延長設備使用壽命10%-20%。
（4）對齒輪故障、軸承故障、軸系故障、大電機故障等等故障準確定位位置，減少維修時間，提高生產效率。
（5）優化備件庫存，對關鍵備件、長周期采購備件提前預知。
（6）降低設備運維綜合成本20%-40%。
（7）降低人員工作量，提升效率，逐步實現少人無人化，人員減少30%-50%左右。
除了經濟效益外，通過設備智能運維平臺將各類數據上云、業務上云，現場原有的各類重復勞動可以有效減輕，尤其是現場巡檢工作壓力得到有效緩解，以往高、遠、危場景下的巡檢工作可以基本避免。例如，某石化企業2010-2015年發生多起設備故障引發的生產事故。自2018年起，該企業應用靈芝平臺四年多時間，未曾發生過一起安全事故，為設備和人員安全構建了一張無形的防護網。
聲明
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