海洋石油動(dòng)設(shè)備預(yù)知性維修技術(shù)研究

劉帥，李進(jìn)，熊振龍

（1.中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司；2.中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司,天津 300457）

海洋石油設(shè)備設(shè)施存在數(shù)量多、分布廣、價(jià)值大、技術(shù)新及系統(tǒng)化程度高、自動(dòng)化程度高、作業(yè)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)高的特點(diǎn)，開展設(shè)備設(shè)施完整性管理工作，可有效管控風(fēng)險(xiǎn)、提高效率、降低成本，實(shí)現(xiàn)設(shè)備設(shè)施保值、增值及最大經(jīng)濟(jì)回報(bào)。聚焦到動(dòng)設(shè)備部分完整性管理的核心技術(shù)是以可靠性為中心的維修（RCM），用于確定資產(chǎn)預(yù)防性維修需求、優(yōu)化維修制度的一種系統(tǒng)工程方法。RCM技術(shù)主要根據(jù)設(shè)備的可靠性狀態(tài), 以最少的維修資源消耗, 運(yùn)用邏輯決斷分析法來(lái)確定所需的維修內(nèi)容、維修類型、維修間隔期和維修級(jí)別, 制訂出預(yù)防維修策略,達(dá)到優(yōu)化維修的目的。傳統(tǒng)RCM 有靜態(tài)性和非實(shí)時(shí)性的缺點(diǎn)，并未與狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)相結(jié)合,無(wú)法提供真實(shí)設(shè)備狀態(tài)修正的維修策略和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。隨著設(shè)備管理、維修方式的發(fā)展、診斷技術(shù)的進(jìn)步,設(shè)備維修在設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)的驅(qū)動(dòng)下已呈現(xiàn)出4 個(gè)維修模式：（1）事后維修；（2）預(yù)防維修；（3）狀態(tài)檢修；（4）智能維修。目前，海洋石油動(dòng)設(shè)備已開展?fàn)顟B(tài)檢修并在向智能維修（預(yù)知性維修）模式轉(zhuǎn)變與建設(shè)，文中主要分析目前海洋石油動(dòng)設(shè)備狀態(tài)檢修的成果與不足，并以此為基礎(chǔ)開展動(dòng)設(shè)備預(yù)知性維修技術(shù)的研究。

1 狀態(tài)檢修技術(shù)

狀態(tài)檢修是一種以設(shè)備實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)為基礎(chǔ)的預(yù)防性維修方式，即基于狀態(tài)的維修是指以設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的實(shí)際數(shù)據(jù)為依據(jù)，通過(guò)先進(jìn)的監(jiān)測(cè)技術(shù)和故障診斷技術(shù),判斷當(dāng)前設(shè)備的狀態(tài),并對(duì)故障部位進(jìn)行分析和診斷, 從而提出相應(yīng)的維修策略。目前海洋石油動(dòng)設(shè)備已經(jīng)建立以基于狀態(tài)監(jiān)測(cè)的初級(jí)設(shè)備管理體系（系統(tǒng)），以設(shè)備狀態(tài)信息為核心數(shù)據(jù)，整合機(jī)組臺(tái)賬信息、設(shè)備啟停機(jī)、維修／保養(yǎng)信息等管理信息，建立了基于實(shí)時(shí)狀態(tài)信息的設(shè)備動(dòng)態(tài)過(guò)程管理模式，改變?cè)性O(shè)備管理模式，提高設(shè)備管理效率，優(yōu)化設(shè)備管理資源配置。

目前已有系統(tǒng)還存在以下幾個(gè)方面的不足：（1）未實(shí)現(xiàn)設(shè)備智能診斷與預(yù)警；（2）不具備動(dòng)態(tài)RCM，由狀態(tài)監(jiān)測(cè)未觸發(fā)維修策略產(chǎn)生維修工單；（3）未與生產(chǎn)管理、備件管理系統(tǒng)聯(lián)通，消除數(shù)據(jù)孤島。以上3 個(gè)主體因素，造成基于狀態(tài)監(jiān)測(cè)的設(shè)備維修管理在實(shí)際運(yùn)作過(guò)程中存在一定難度。

2 預(yù)知性維修技術(shù)

預(yù)知性維修表述為通過(guò)監(jiān)測(cè)產(chǎn)品的狀態(tài)或性能參數(shù)的變化，表明產(chǎn)品已明顯退化時(shí)所進(jìn)行的維修，能延長(zhǎng)系統(tǒng)的工作壽命而不會(huì)增加故障風(fēng)險(xiǎn)，目前諸如專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊邏輯已應(yīng)用到狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)學(xué)科，可有效縮短評(píng)估和診斷故障原因的時(shí)間，降低做出錯(cuò)誤評(píng)估和診斷的概率?；跔顟B(tài)監(jiān)測(cè)的維修不一定是最優(yōu)的方針，應(yīng)是整體維修方針的一部分，但對(duì)于能實(shí)施狀態(tài)監(jiān)測(cè)的重要設(shè)備，最合適的維修方式是基于狀態(tài)監(jiān)測(cè)的維修。

目前以預(yù)知性維修理念梳理海洋石油動(dòng)設(shè)備預(yù)知性維修管理流程，如圖1 所示。其中動(dòng)設(shè)備預(yù)知性維修技術(shù)包含3 個(gè)方面的核心內(nèi)容：

2.1 動(dòng)設(shè)備智能診斷和基于狀態(tài)監(jiān)測(cè)的動(dòng)態(tài)RCM

智能診斷是狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展新時(shí)代的必然趨勢(shì)，主要包含智能預(yù)警、智能診斷評(píng)估、智能預(yù)測(cè)等3 個(gè)方面。要實(shí)現(xiàn)智能診斷，需要建立設(shè)備智能診斷專家知識(shí)庫(kù)和標(biāo)準(zhǔn)代碼庫(kù)。專家知識(shí)庫(kù)包含針對(duì)具體設(shè)備建立相應(yīng)的設(shè)備特征參數(shù)庫(kù)、特征頻率庫(kù)、動(dòng)態(tài)報(bào)警門限等內(nèi)容，以及歷史具有典型特征并經(jīng)確認(rèn)的典型案例，形成有邏輯規(guī)則和歷史典型檔案特征兩類的智能診斷模型，其中基于規(guī)則的診斷技術(shù)比較適合人的邏輯思維過(guò)程, 能夠解決復(fù)雜系統(tǒng)的診斷問(wèn)題。標(biāo)準(zhǔn)代碼庫(kù)將設(shè)備類型、部件、故障類型等內(nèi)容按照一定規(guī)則進(jìn)行編碼，有助于形成自動(dòng)推理機(jī)，可提高設(shè)備故障診斷的實(shí)時(shí)性和容錯(cuò)性。

以RCM 和設(shè)備狀態(tài)監(jiān)、檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合構(gòu)成了動(dòng)態(tài)RCM 閉環(huán)設(shè)備管理，它具有設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)性和設(shè)備故障智能診斷功能。傳統(tǒng)靜態(tài)RCM 主要進(jìn)行FEMA 分析和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估并評(píng)估設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，而動(dòng)態(tài)RCM 的關(guān)鍵在于通過(guò)狀態(tài)監(jiān)測(cè)評(píng)估設(shè)備健康狀態(tài)，通過(guò)設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)與健康狀態(tài)形成的風(fēng)險(xiǎn)健康矩陣修正決定設(shè)備實(shí)時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

2.2 備件寄存寄售管理

備件管理不僅保證設(shè)備正常運(yùn)行, 而且也占用了企業(yè)大量的資金, 可以說(shuō)無(wú)論在技術(shù)或經(jīng)濟(jì)上都跟企業(yè)的發(fā)展息息相關(guān)，備件的預(yù)測(cè)與優(yōu)化更是壽命周期成本實(shí)踐的一部分，按經(jīng)濟(jì)有效方式來(lái)管理備件庫(kù)存的保障供應(yīng)鏈中起著至關(guān)重要的作用，主要目的用來(lái)保證設(shè)備完好性且在庫(kù)存方面投資最低。而基于故障預(yù)測(cè)研究備件訂購(gòu)，合理訂購(gòu)備件，提高備件的供應(yīng)效率、降低備件的庫(kù)存成本和設(shè)備故障停機(jī)損失，具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價(jià)值。海洋石油備件寄存寄售管理平臺(tái)功能設(shè)計(jì)如圖2 所示。

圖2 海洋石油備件管理平臺(tái)功能架構(gòu)

2.3 生產(chǎn)組織管理

圖3 生產(chǎn)管理系統(tǒng)架構(gòu)

在企業(yè)管理中，生產(chǎn)管理是核心，也是難點(diǎn)所在，生產(chǎn)部門掌握著企業(yè)的生產(chǎn)能力（包括設(shè)備、人員、機(jī)具等），利用現(xiàn)代企業(yè)的先進(jìn)管理思想，全面地集成了企業(yè)的所有資源信息，并為企業(yè)提供決策、計(jì)劃、控制與經(jīng)營(yíng)業(yè)績(jī)?cè)u(píng)估的全方位和系統(tǒng)化的管理。預(yù)知性維修需要根據(jù)維修決策調(diào)配人機(jī)具等內(nèi)容有效管控和設(shè)備維修工作合理推進(jìn)，根據(jù)企業(yè)自身特點(diǎn)和海洋石油裝備運(yùn)維管理的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)管理系統(tǒng)架構(gòu)見圖3 所示。

3 平臺(tái)研發(fā)

海洋石油動(dòng)設(shè)備預(yù)知性維修平臺(tái)將實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)診斷、動(dòng)態(tài)RCM、備件管理、生產(chǎn)管理的智能化、一體化服務(wù)模式，提高服務(wù)效率和降低設(shè)備維修管理成本，提升設(shè)備管理工作效率?？紤]動(dòng)設(shè)備預(yù)知性維修技術(shù)的難點(diǎn)和各模塊技術(shù)的復(fù)雜性，可采用基于面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)（SOA），可實(shí)現(xiàn)不同應(yīng)用相互交換數(shù)據(jù)、參與業(yè)務(wù)流程。SOA 是一種定義和提供信息結(jié)構(gòu)的方式，可采用不同操作系統(tǒng)或者采用不同編程語(yǔ)言。SOA 架構(gòu)的主要優(yōu)勢(shì)在于能夠混搭各種執(zhí)行環(huán)境、服務(wù)接口與執(zhí)行技術(shù)明確分離，并采用一致的架構(gòu)方式將它們以“松耦合”的方式結(jié)合起來(lái)。

圖4 海洋石油備件管理平臺(tái)系統(tǒng)

以SOA 架構(gòu)思想為主線，將平臺(tái)劃分為數(shù)據(jù)層、處理層、功能層，建立基于中間件的動(dòng)設(shè)備預(yù)知性維修平臺(tái)架構(gòu)。數(shù)據(jù)層按照保密格式嚴(yán)格封裝，系統(tǒng)任務(wù)數(shù)據(jù)均依托處理層中間件實(shí)現(xiàn)底層數(shù)據(jù)庫(kù)與功能層、其它系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互，提高數(shù)據(jù)安全性和處理能力；各個(gè)功能服務(wù)模型和業(yè)務(wù)邏輯關(guān)系存放在處理層，以便通過(guò)這些模塊的組合和集成實(shí)現(xiàn)更粗粒度的服務(wù)；功能展示層按照功能流程與設(shè)計(jì)展示和反饋相關(guān)信息。根據(jù)以上平臺(tái)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，已開發(fā)出適合海洋石油特點(diǎn)的備件管理系統(tǒng)平臺(tái)，見圖4 所示。

4 結(jié)語(yǔ)

文中以設(shè)備設(shè)施完整管理服務(wù)為理念，以功能業(yè)務(wù)為主線、以數(shù)據(jù)為驅(qū)動(dòng)工具，研究海洋石油動(dòng)設(shè)備預(yù)知性維修技術(shù)，并詳細(xì)分析設(shè)備智能診斷、動(dòng)態(tài)RCM、備件管理、生產(chǎn)管理等關(guān)鍵技術(shù)，采用基于面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)研發(fā)海洋石油動(dòng)設(shè)備的一體化、智能化的預(yù)知性維修平臺(tái)。海洋石油動(dòng)設(shè)備預(yù)知性維修平臺(tái)將極大提高設(shè)備管理效率、提升設(shè)備本質(zhì)安全，推動(dòng)海洋石油動(dòng)設(shè)備傳統(tǒng)運(yùn)維模式向數(shù)字運(yùn)維轉(zhuǎn)變。