預(yù)測性維護(hù)(以下簡稱PdM)是一種主動(dòng)維護(hù)策略，旨在于設(shè)備性能問題實(shí)際發(fā)生之前檢測和解決它們?；趶膫鞲衅魇占臄?shù)據(jù)，PdM系統(tǒng)不斷監(jiān)控和分析設(shè)備狀況并對(duì)其運(yùn)行進(jìn)行預(yù)測。制造業(yè)是PdM最大的應(yīng)用領(lǐng)域之一。

　　何為預(yù)測性維護(hù)？

　　以往制造商為了對(duì)應(yīng)不斷增長的需求會(huì)使用不同的維護(hù)策略，其中之一是反應(yīng)性維護(hù)，它體現(xiàn)了一種“直到它壞了才修復(fù)它”的心態(tài)，但這容易導(dǎo)致計(jì)劃外維護(hù)和停機(jī)時(shí)間的增加。與反應(yīng)性維護(hù)不同的是，預(yù)防性維護(hù)允許在問題發(fā)生之前執(zhí)行預(yù)定的維護(hù)活動(dòng)，一定程度上增加了設(shè)備的使用壽命，但其缺點(diǎn)是前期的啟動(dòng)成本相對(duì)高昂，并且它仍然不能徹底消除設(shè)備或其組件可能隨機(jī)損壞的風(fēng)險(xiǎn)。

　　預(yù)測性維護(hù)似乎是對(duì)制造商更好的解決方案，其底層架構(gòu)通常包括數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、狀態(tài)監(jiān)測、資產(chǎn)健康評(píng)估、預(yù)測、決策支持系統(tǒng)和人機(jī)界面層。通過執(zhí)行定期（離線）或連續(xù)（在線）設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測來評(píng)估設(shè)備狀態(tài)。該方法的最終目標(biāo)是在維護(hù)活動(dòng)最具成本效益且設(shè)備失去性能之前的預(yù)定時(shí)間點(diǎn)執(zhí)行維護(hù)，這會(huì)降低因故障而導(dǎo)致的計(jì)劃外停機(jī)成本。

　　目前常見的兩種預(yù)測性維護(hù)方法：一是基于狀態(tài)的預(yù)測性維護(hù)；另一種是使用機(jī)器學(xué)習(xí)進(jìn)行預(yù)測性維護(hù)。

　　基于狀態(tài)的PdM也稱為狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其指導(dǎo)思想在于依靠狀態(tài)監(jiān)測傳感器。這些傳感器不斷收集有關(guān)設(shè)備的數(shù)據(jù)，然后根據(jù)預(yù)定義的協(xié)議在激活特定規(guī)則時(shí)發(fā)送警報(bào)?；跔顟B(tài)的PdM提供了一定程度的自動(dòng)化，但是它仍然依賴團(tuán)隊(duì)對(duì)要監(jiān)控的組件（例如，獲取溫度、濕度、振動(dòng)、噪聲、磁場和能耗數(shù)據(jù)等來支持優(yōu)化調(diào)度決策）或環(huán)境事件的理解。

　　基于機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）算法在制造中構(gòu)建預(yù)測性維護(hù)，是基于ML的系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)輸入定義自己的一組規(guī)則。這種方式傾向于采用正確的數(shù)據(jù)并基于概率方法工作。ML模型使用歷史和實(shí)時(shí)從IIoT傳感器生成的數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí)，可以了解設(shè)備的正常行為，并能夠檢測異常數(shù)據(jù)和事件，借此幫助生產(chǎn)團(tuán)隊(duì)做出預(yù)測，以便及時(shí)采取行動(dòng)以消除潛在的缺陷。此外，基于ML的預(yù)測性維護(hù)的模型可以動(dòng)態(tài)調(diào)整以適應(yīng)新數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)了解正在發(fā)生的事情。

　　智能工廠中的預(yù)測性維護(hù)

　　在汽車行業(yè)裝配線上，點(diǎn)焊槍每天進(jìn)行約15,000次點(diǎn)焊。汽車制造商們通過連接其位于全球各地工廠的焊槍并收集其操作數(shù)據(jù)，可以獲得數(shù)百萬個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，從而對(duì)這些資產(chǎn)的狀況和狀態(tài)進(jìn)行前所未有的準(zhǔn)確性預(yù)測。

　　在家用電器制造中，干燥機(jī)生產(chǎn)過程中滾筒旋轉(zhuǎn)的振動(dòng)測量有助于預(yù)測故障。預(yù)測性維護(hù)應(yīng)用程序能夠消除其中33%的制造缺陷，并將消費(fèi)者維護(hù)成本降低27%。

　　已經(jīng)在其運(yùn)營中實(shí)施PdM的三個(gè)全球制造商：

　　Frito-Lay（菲多利）休閑食品制造商：根據(jù)PepsiCo（百事）的子公司Frito-Lay經(jīng)理在“2021年領(lǐng)先可靠性會(huì)議”上的介紹，使用預(yù)測性維護(hù)技術(shù)已幫助公司在原有基礎(chǔ)上將計(jì)劃停機(jī)時(shí)間減少到0.75%，將計(jì)劃外停機(jī)時(shí)間減少到2.88%。得益于PdM，這家制造商還在一系列方面改善了運(yùn)營。具體來說，該技術(shù)可以警告并防止PC燃燒鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)的故障。如果該公司沒有及時(shí)做出反應(yīng)，這一故障可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)薯片部門在未知的時(shí)間內(nèi)關(guān)閉。

　　Mondi包裝和紙張制造商：Mondi專門實(shí)施了預(yù)測性維護(hù)計(jì)劃，以避免其位于德國慕尼黑工廠的塑料擠出機(jī)異常停機(jī)。根據(jù)Mathworks首席應(yīng)用工程師Rainer Muemmler博士在PAW會(huì)議[1]中的說法，該設(shè)備的一次故障會(huì)使制造商損失高達(dá)50,000歐元的清理費(fèi)用。預(yù)測性維護(hù)的引入則使Mondi節(jié)省了50,000至80,000歐元，這主要是由于降低了運(yùn)營成本和機(jī)器產(chǎn)生的廢物減少。

　　氧化鋁制造設(shè)備：N o r a n d a Alumina LLC是一家專門從事氧化鋁產(chǎn)品的生產(chǎn)商。該技術(shù)幫助該公司從2019年起節(jié)省了大約900,000美元的軸承采購成本并減少了停機(jī)時(shí)間。此外，該氧化鋁精煉廠的另一項(xiàng)收購包括潤滑脂完成率從2019年的67%增長到2021年的92%，制造商也將這歸因于預(yù)測性維護(hù)的實(shí)施。

　　預(yù)測性維護(hù)的趨勢和未來

　　與任何其他相對(duì)較新的技術(shù)一樣，預(yù)測性維護(hù)已引起廣泛關(guān)注。盡管如此，制造商仍在尋找PdM發(fā)展方向的趨勢：

　　即插即用技術(shù)

　　在制造中引入先進(jìn)技術(shù)（包括預(yù)測性維護(hù)方法）的瓶頸之一是它對(duì)舊設(shè)備的依賴。這個(gè)問題與大型公司尤其相關(guān)，因?yàn)檫@些公司的大部分機(jī)器都沒有配備連接組件來發(fā)送實(shí)時(shí)信息。在這種情況下，PnP（即插即用）設(shè)備可能是最佳解決方案。因此，制造商可以使用PdM而無需更換舊設(shè)備。除此之外，即插即用技術(shù)不需要安裝任何特定知識(shí)，因此任何企業(yè)都可以實(shí)施。

　　供應(yīng)鏈合作

　　市面上另一個(gè)流行趨勢是將預(yù)測性維護(hù)擴(kuò)展到供應(yīng)鏈管理，這為制造公司帶來了新的好處；一方面，PdM不僅會(huì)監(jiān)控資產(chǎn)壽命，還會(huì)考慮生產(chǎn)計(jì)劃并選擇維護(hù)活動(dòng)的最佳時(shí)間；另一方面，該系統(tǒng)可以幫助制造商自動(dòng)訂購新零件以進(jìn)行更換。

　　•熱成像檢查

　　由于熱量是設(shè)備問題的最早指標(biāo)之一，因此制造商開始使用紅外PdM檢查溫度，使得熱成像分析成為可能。該分析期望使用紅外掃描儀來檢測肉眼看不到的機(jī)器的磨損和生銹。使用ML后，熱成像技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到可以在安全距離內(nèi)對(duì)溫度進(jìn)行全面檢查。通過紅外溫度測量并將此信息轉(zhuǎn)換為圖像。

　　•數(shù)字孿生與PdM策略相結(jié)合

　　數(shù)字孿生正在成為制造業(yè)中一種更為主流的技術(shù)，可幫助企業(yè)簡化運(yùn)營。如果制造商有其公司的詳細(xì)虛擬版本，他們可以在引入之前測試流程，制定新設(shè)備安裝計(jì)劃等。

　　為了充分利用這項(xiàng)技術(shù)，可以將數(shù)字孿生與PdM相結(jié)合。例如在某機(jī)床行業(yè)展會(huì)中，德國CHIRON公司曾展示采用西門子控制技術(shù)的機(jī)床，其虛擬機(jī)床的控制系統(tǒng)與西門子的Sinumerik數(shù)控系統(tǒng)使用相同的語言代碼。借助虛擬NC內(nèi)核，可生成仿真和試運(yùn)轉(zhuǎn)的“數(shù)字孿生”，從而提前對(duì)程序和復(fù)雜運(yùn)動(dòng)序列進(jìn)行虛擬測試。在執(zhí)行數(shù)控程序時(shí)，就可以識(shí)別序列和程序錯(cuò)誤以及機(jī)床與刀具的碰撞評(píng)估運(yùn)動(dòng)行為，并確定程序運(yùn)行時(shí)間，以提高實(shí)體機(jī)床后續(xù)加工的精確度和可靠性，最大限度縮短調(diào)整時(shí)間。這些優(yōu)勢在小批次、定制化產(chǎn)品的生產(chǎn)中更為明顯。

　　•PdM即服務(wù)

　　PdM即服務(wù)是一種更有趣的趨勢，這種混合方法結(jié)合了專業(yè)的服務(wù)團(tuán)隊(duì)和軟件，使制造商可以立即訪問PdM，尤其受到原始設(shè)備制造商的重視。OEM為其他制造商生產(chǎn)零件和設(shè)備，而PdM即服務(wù)使他們能夠從客戶的設(shè)備中收集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，從而改善他們的運(yùn)營。

　　結(jié)語

　　預(yù)測性維護(hù)與其他類型的維護(hù)不同，因?yàn)樗哂袑?shí)時(shí)管理和優(yōu)化維護(hù)任務(wù)的潛力。不過，對(duì)于很多制造商來說預(yù)測性維護(hù)的實(shí)施需要大型基礎(chǔ)設(shè)施，代表著一定的前期投入。但預(yù)測性維護(hù)已經(jīng)成為一項(xiàng)可以為許多公司帶來成果和回報(bào)的策略。隨著物聯(lián)網(wǎng)和數(shù)字化轉(zhuǎn)型的興起，它將在預(yù)測故障方面更占主導(dǎo)地位、可訪問性和有效性。

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