摘要：對4000t/d的生產(chǎn)線實施設備運維數(shù)字化改造，通過對油液、振動、溫度等數(shù)據(jù)信息的一站式監(jiān)測，結合遠程智能故障診斷系統(tǒng)和線下專業(yè)運維服務，實現(xiàn)了水泥生產(chǎn)設備的故障預測和智能預警，有效避免設備非故障停機，降低人工運營成本，提高產(chǎn)線安全，增加生產(chǎn)效率。同時，其通用性也能夠在行業(yè)復制，賦能水泥行業(yè)數(shù)字化轉型。

水泥工業(yè)是我國國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，其中輥壓機、回轉窯及篦冷機作為關鍵設備，在管理中往往會遇到故障發(fā)現(xiàn)難，停機損失大，維修費用高的問題。

據(jù)相關數(shù)據(jù)統(tǒng)計，水泥設備維護以及維修費用可占到生產(chǎn)運行費用的20%以上，僅以回轉窯停機造成的經(jīng)濟損失為例，停機一天帶來的直接經(jīng)濟損失約100萬元，且重新啟動一次回轉窯另需近30萬元花費。

很多故障都不是突然出現(xiàn)，而是日積月累而來，那怎么才能穿透厚厚的設備外機盡早發(fā)現(xiàn)隱秘的故障萌芽？提前維護而不是只能等故障發(fā)生后再維修？

僅僅依靠人工定期檢查，憑經(jīng)驗判斷，幾乎只能等故障發(fā)生停機檢修，無法從根本上解決問題。

1. 預測性維護相較于傳統(tǒng)檢修方法的優(yōu)勢

以往水泥設備的維護，往往依賴工作人員的定期巡檢、點檢，基于經(jīng)驗判斷設備工作問題。這種方式不僅存在一定的不確定性，而且很難發(fā)現(xiàn)設備的潛在隱患。往往只能等故障發(fā)生，再停機排查，隨后通知服務商，上門維修服務。整個流程時間長，不可控，所以如何有效避免非故障停機帶來的損失，始終是困擾水泥企業(yè)的難題。

傳統(tǒng)運維管理流程

預測性運維管理的方法，能通過數(shù)據(jù)監(jiān)測分析發(fā)現(xiàn)早期潛在隱患并報警，遠程專家進行分析診斷，判斷是否需要現(xiàn)場排查，排查后一旦確認問題，直接通知服務團隊上門維護。整個流程清晰簡潔，真正從故障源頭解決設備運維的困難。

預測性運維管理流程

相較于以往基于經(jīng)驗的故障判斷，預測性維護通過度設備運行真實數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控分析，能夠更加準確的反應出設備的運行狀態(tài)，對于故障的診斷定位和趨勢預測也更加精準。通過一站式APP讓企業(yè)隨時隨地了解設備運行狀態(tài)，通過數(shù)字化的方式，讓設備維護從傳統(tǒng)的被動式維護，轉變?yōu)橹鲃宇A測性維護，實現(xiàn)企業(yè)設備管理的數(shù)字化轉型。

2. 水泥設備數(shù)字化運維管理的痛點及挑戰(zhàn)

輥壓機、回轉窯及篦冷機在長期使用過程中，由于設備老化、磨損，容易出現(xiàn)金屬疲勞松動，螺栓震斷，預緊力不足甚至消失等狀態(tài)，不僅會導致產(chǎn)線故障停機，甚至可能引發(fā)更大的系統(tǒng)事故，帶來數(shù)千萬級的損失。

數(shù)字化管理運維技術的引入，能夠實時監(jiān)控設備狀態(tài)數(shù)據(jù)，在故障出現(xiàn)前預測，定位，報告，實現(xiàn)主動維護，不僅能夠提升設備的安全生產(chǎn)運轉率，還能降低停機時間，節(jié)約維護成本。

雖然預測維護能夠實實在在的為水泥客戶帶來諸多益處，但實施起來面臨諸多挑戰(zhàn)：

1.數(shù)據(jù)孤島現(xiàn)象：市場上有一些設備狀態(tài)監(jiān)測供應商，但是都往往僅針對某一種設備類型或采集對象，難以一站式管理；

2.數(shù)據(jù)建模復雜：水泥設備故障狀態(tài)多變,振動、油液等參數(shù)呈現(xiàn)不同的響應特點，分析算法復雜；

3.診斷維護閉環(huán)：預測性維護不僅要預測，還要真正現(xiàn)場維護解決潛在故障問題，但專業(yè)運維服務人才缺乏；

3. 行家設備云AIoT數(shù)字化設備運維方案

針對水泥行業(yè)的數(shù)字化設備管理需求，震坤行的行家設備云打造出一站式數(shù)字化設備運維管理系統(tǒng)。建立從在線監(jiān)測，到診斷預測，再到線下主動維修服務的完整閉環(huán)流程，真正幫助客戶實現(xiàn)設備數(shù)字化運維無憂，從根本解決客戶的難題。

整套系統(tǒng)集振動、溫度、油液狀態(tài)監(jiān)測診斷于一體，同時充分考慮客戶現(xiàn)場作業(yè)難，操作風險高等特點，實現(xiàn)了遠程軟件自動更新，AR遠程部署指導及專家診斷等功能，并附以專業(yè)的線下運維服務能力，為客戶設備維護提供可靠依據(jù)。

4. 預測性維護在水泥行業(yè)的實際實施效果

以水泥動輥減速機和回轉窯預測性維護實施效果為例，說明預測性維護技術對于設備管理的價值和意義。

水泥動輥減速機預測性維護

系統(tǒng)部署后，24小時實時監(jiān)測動輥油液狀態(tài)。

4月18日首次抓取到金屬磨粒瞬態(tài)異常值，但隨后數(shù)據(jù)回落，不觸發(fā)報警和巡檢。

5月5日異常數(shù)據(jù)值發(fā)生頻率增加，雖然數(shù)據(jù)值未觸發(fā)報警，但已經(jīng)引起專家注意，持續(xù)監(jiān)控。

5月12日異常值出現(xiàn)的頻率迅速增加，觸發(fā)報警，且監(jiān)測到濾芯效率下降，專家診斷后派出現(xiàn)場巡檢。確認濾芯需要清洗，迅速進行清洗服務。隨后油液狀態(tài)恢復正常，設備持續(xù)正常運轉。

動輥減速機異常監(jiān)測、診斷預測到主動維護的全流程

濾芯清洗前后對比

以往人工巡檢，全憑經(jīng)驗判斷是否需要維護，可靠性底且浪費人工成本。采用預測維護方案后，不僅能清楚的監(jiān)測油液狀態(tài)，還有行業(yè)專家遠程診斷分析，并根據(jù)診斷結果及時上門維護保養(yǎng)。

經(jīng)清洗維護服務后，動輥濾芯潔凈如新，消除了設備故障停機隱患，增加了設備使用壽命，避免設備故障停機。同時無需客戶投入更多人力資源，無論從工作效率還是成本優(yōu)化，都真正做到了想客戶所想，供客戶所需。

回轉窯振動狀態(tài)監(jiān)測及預測性維護

振動狀態(tài)監(jiān)測是一個需要多種學科知識綜合的復雜系統(tǒng)，涉及傳感器采集、信號加工與處理、機械原理、模式識別等技術。振動監(jiān)測系統(tǒng)部署后，實時監(jiān)測回轉窯大齒圈和減速機的工作狀態(tài)，并進行專家故障診斷，實現(xiàn)預測性維護，有效避免故障損失。

1） 回轉窯齒圈振動狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷

齒圈是回轉窯傳動系統(tǒng)的重要組成部分，其中大齒圈和小齒圈的嚙合是保證窯體穩(wěn)定運轉的關鍵。所以，對大齒圈的狀態(tài)監(jiān)測和故障預測能夠有效幫助工程師了解回轉窯工作狀態(tài)，從而確定合理的回轉窯維修方案。通過對振動特征頻率和幅值變化的監(jiān)測，預測并定位回轉窯故障產(chǎn)生的原因。

在實時監(jiān)測的過程中發(fā)現(xiàn)，齒圈的振動速度有效值幅值出現(xiàn)了兩次明顯變化。

振動有效值監(jiān)測出現(xiàn)兩次明顯上升

經(jīng)過振動診斷專家對兩段異常數(shù)據(jù)的時域和頻域分析，發(fā)現(xiàn)回轉窯大齒圈存在齒輪不對中的現(xiàn)象，并且有逐漸惡化的趨勢。具體數(shù)據(jù)及診斷分析結果如下表1所示。

根據(jù)表1的診斷預測結果，結合運維工程師的現(xiàn)場排查，確定大齒圈對中不良是由于回轉窯窯體變形導致，而受熱不均則是窯體變形的根本原因。但目前故障尚處早期階段，發(fā)現(xiàn)后能夠更加有針對性的進行日常維護保養(yǎng)，有效延緩故障的發(fā)生；同時持續(xù)實時監(jiān)測故障狀態(tài)，合理安排停機維修決策，避免突發(fā)性故障停機或安全事故，帶來巨大損失。

這種潛在隱患，很難通過人工巡檢和點檢發(fā)現(xiàn)，通常只有故障發(fā)生時才引起關注，往往損失已不可避免。采用預測性維護的方法，不僅能夠在早期就預測可能的故障類型，還能夠通過積累沉淀數(shù)據(jù)構建設備管理知識圖譜，幫助工程師做出準確的維修決策。

2）回轉窯減速機振動狀態(tài)監(jiān)測及預測性維護

對回轉窯減速機動態(tài)特性進行實時監(jiān)控，通過對齒輪振動數(shù)據(jù)的分析，判斷轉子、轉軸以及軸承的故障特征，提前維護，避免發(fā)生齒輪斷齒，轉軸斷裂等導致的異常停機。

部署行家設備云之后，通過對回轉窯的振動數(shù)據(jù)的時/頻域數(shù)據(jù)的監(jiān)測分析，能夠讓客戶更直觀的了解目前設備的運轉狀態(tài)，并根據(jù)專家診斷結果采取恰當?shù)拇胧?/p>

軸承測點原始采集數(shù)據(jù)

軸承測點包絡頻率圖

數(shù)據(jù)監(jiān)測發(fā)現(xiàn)設備問題：

包絡頻譜中存在轉頻非整數(shù)倍的異常頻率及其諧波，且異常頻率伴隨轉頻頻率邊帶，判斷故障為軸承內圈存在剝落；

行業(yè)專家分析診斷結果：

電機非驅動端軸承存在內圈故障缺陷，劣化趨勢平穩(wěn)；

維護改善建議：

電機非驅動端軸承內圈劣化趨勢，需增強潤滑；

維護后效果：

根據(jù)故障專家的建議進行有針對性的潤滑維護處理，有效的減緩電機非驅動端軸承內圈的故障劣化趨勢，降低設備故障發(fā)生概率，增加生產(chǎn)效率。

總結

數(shù)字化的運維技術，讓以往只能依靠人工巡檢，定期點檢、記錄、出現(xiàn)問題后匯報的工作方式得以簡化，且設備管理更精細，故障預測診斷更精準，從根本上解決早期故障隱患發(fā)現(xiàn)難，設備維保成本高、停機損失難以避免的問題，實現(xiàn)降低維護成本，消除生產(chǎn)宕機，提高生產(chǎn)效率的目標。