《基于生产设备监测数据的故障诊断仪的开发与应用》

该项目所属学科为电子与通信技术和食品机械学科

1.主要科技内容:

项目基于模型的故障诊断方法,根据系统组成部件和部件间的连接关系,建立待诊断系统的模型。根据建立的系统模型以及系统的实际输入,逻辑推导出系统在正常工作情况下的预期行为,如果预期行为与实际观测到的系统实际行为有差异,则说明系统存在故障或存在潜在失效行为。利用模型诊断方法,借助装备自动化、信息技术、物联网以及智能科技,搭建了基于生产设备大数据的故障预测与健康管理平台,充分挖掘制丝集控、卷包数采、物流集控、能管系统、精密点检、EAM系统设备资产信息、故障库等信息数据。同时针对电子设备和元器件开发一套故障诊断仪,采用向量生成算法提供输入激励,在计算机控制下自动采集记录被测电子设备和元件芯片的输出响应和状态值,形成微观电子状态数据库,并通过计算机采集的所有状态值与标准的状态值进行比较,从而确定被测电子器件、芯片是否存在故障或存在失效行为。项目实施过程中解决了一系列关键技术难题:(1)打通了制丝集控、卷包数采、EAM系统、精密点检等各系统平台之间的壁垒,实现了设备全寿命周期的状态监控与管理;(2)解决了大型WEB巨石型应用部署过程中修改部署、开发的柔性和效率;(3)解决了针对不同类型或型号的电子设备、元器件、芯片进行状态监测需要多套专业工具及较高专业素质的问题;(4)解决了事后维修、周期性预防维修、点检定修维修模式的弊端,实现了基于状态的预知性维修和以可靠性为中心的维修管理模式。

项目主要创新点:(1)通过OPC UA技术在烟草制造业的运用,实现了生产设备、应用系统多模态数据的采集信息模型化及通讯更加规范、安全可靠。(2)构建了微服务方式的生产设备故障预测与健康管理平台,实现系统中的各个微服务松耦合、可独立部署。(3)利用生产设备知识图谱将各种琐碎、零散的故障信息知识相互连接,进行综合型知识检索问答、辅助决策及设备的故障诊断。

由该项目共产生了论文15篇,软件著作权11项,参与制定行业标准2项,实用新型专利18项,发明专利2项。

2.技术经济指标:

基于生产设备监测数据的故障预测与健康管理平台的应用,有效提高了设备运行可靠性,降低了设备维护成本,减少了设备故障和设备事故风险,保证了设备运行效率,缩短了生产运行时间,取得了良好的经济效益。三年来,黄金叶生产制造中心通过运用诊断仪,准确定位故障并修复,节约维修费121×3=363万元;生产设备监测数据的故障预测与健康管理系统的研究与应用,提前发现设备异常,消除故障隐患1739次,2016至2018年产量分别为:515万支、561.5万支、590万支,每天多生产时间260×5=1300分钟,可生产1300×10000万支=1300万支,平均销售额为4974.20元/万支。维修费用分别节约2.5元/万支、2.8元/万支、3.6元/万支,节约设备维修费用(新增利润)为515×2.5+561.5×2.8+590×3.6=4983.7万元;卷包设备综合效率提高了2.16个百分点,增加产能后减少生产时间33.9天,直接经济效益28×33.9=949.2万元(每天单位需消耗资源平均按28万元/天进行计算),新增利润总计6295.90万元。

3.应用推广及效益情况:

该项目有力推动了工业企业设备维护模式向现代管理模式转变,具有较高的推广应用价值,并具有显著的经济效益。现已推广至许昌卷烟厂、安阳卷烟厂,直接经济效益11404多万元。形成了具有行业特色的生产设备大数据监测的故障诊断系统,提升了设备综合效率,支撑了2017年烟草行业企业管理现场会的成功举办。提高了企业美誉度。

成果说明

首先在EAM系统中查阅原郑州厂2012年1月1日至2014年1月1日以来的所有维修费用换件情况(项目实施后单位叫黄金叶生产制造中心),详细明细见技术报告的截图56所示,统计合计总费用4088.89992万元。经删选统计,找出电子系统类的故障维修换件情况,明细技术报告的截图57所示,统计得出原郑州厂电子系统维护使用费用569.9458万元,占备件总费用的13.9%。在此范围内找出可以通过诊断仪协助维修明细见图58所示,统计费用为243.2365万元。那么可以得出:每年这些电子系统故障中可通过诊断仪进行维修的

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