石油鉆井機(jī)械預(yù)測(cè)性維修APP
一、企業(yè)簡(jiǎn)介
寄云科技是專注用先進(jìn)技術(shù)結(jié)合行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)廠商。利用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，致力于為企業(yè)提供全套IT+OT的解決方案，幫助傳統(tǒng)的企業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，提高核心競(jìng)爭(zhēng)力。
寄云科技開發(fā)了國(guó)內(nèi)首個(gè)世界級(jí)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，創(chuàng)造性的將工業(yè)設(shè)備、邊緣計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)以及云計(jì)算等先進(jìn)技術(shù)緊密結(jié)合在一起，為工業(yè)企業(yè)提供從傳感器數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換、設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控和告警，到工業(yè)大數(shù)據(jù)的深度處理和分析等多維度的服務(wù)，為客戶提供包括故障診斷、故障分析和預(yù)測(cè)、可靠性分析、產(chǎn)線優(yōu)化乃至產(chǎn)能提升等全方位的解決方案。寄云NeuSeer工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)通過了《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)可信服務(wù)評(píng)估評(píng)測(cè)》。
寄云科技已為多個(gè)世界500強(qiáng)客戶提供了專業(yè)的服務(wù)，涵蓋軌道交通、電力能源、航空航天以及健康醫(yī)療等各個(gè)行業(yè)，深得業(yè)界贊譽(yù)。
二、工業(yè)APP簡(jiǎn)介
（一）、問題定位
石油生產(chǎn)的連續(xù)性生產(chǎn)要求對(duì)石油裝備的非計(jì)劃停機(jī)提出了非常高的要求，需要通過各種實(shí)時(shí)監(jiān)控、定期的計(jì)劃性維修和不定期的視情維修，對(duì)設(shè)備進(jìn)行有效的維護(hù)，避免由于設(shè)備的無計(jì)劃停機(jī)造成巨大的損失。由于鉆井平臺(tái)的復(fù)雜設(shè)備，如何做一個(gè)邊緣監(jiān)測(cè)方案，把所有的數(shù)據(jù)都收集起來統(tǒng)一分析，而不是像原來那樣，需要很多專家到現(xiàn)場(chǎng)逐點(diǎn)查看，這成為設(shè)備供應(yīng)急需解決的首要問題之一。
石油鉆井機(jī)械預(yù)測(cè)性維修APP以鉆井機(jī)械的關(guān)鍵設(shè)備為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)對(duì)象，實(shí)現(xiàn)設(shè)備各類參數(shù)的網(wǎng)絡(luò)化遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)、智能告警，基于設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)性維修，提供故障知識(shí)庫(kù)幫助客戶提高故障診斷效率，實(shí)現(xiàn)運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)的沉淀。如何在工業(yè)大數(shù)據(jù)及工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的浪潮中，通過數(shù)字化的手段實(shí)現(xiàn)設(shè)備軟性價(jià)值的增長(zhǎng)點(diǎn)，是本APP考慮的問題之一。
（二）、創(chuàng)新點(diǎn)
基于寄云NeuSeer平臺(tái)提供的從數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)分析和建模以及應(yīng)用開發(fā)的能力，寄云科技為石油機(jī)械機(jī)設(shè)計(jì)了預(yù)測(cè)性維修，智能告警的方案。本APP有如下特點(diǎn)：
1、移動(dòng)端支持：寄云科技為客戶開發(fā)了支持Android和iOS的移動(dòng)客戶端，實(shí)現(xiàn)基于手機(jī)和平板的設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控以及專家的音視頻支持。
2、實(shí)時(shí)的設(shè)備監(jiān)控：在移動(dòng)客戶端上顯示所有設(shè)備的位置、關(guān)鍵運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)、關(guān)鍵參數(shù)的趨勢(shì)曲線、具備關(guān)鍵參數(shù)的報(bào)警和故障預(yù)警消息推送功能，并支持維保信息錄入、現(xiàn)場(chǎng)拍照回傳功能。
3、專家支持系統(tǒng)：為了方便專家通過遠(yuǎn)程的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備故障的定位和診斷，寄云科技還開發(fā)了基于手機(jī)App的音視頻協(xié)同及視頻涂鴉功能模塊，提供至少5方的互動(dòng)通道，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)與后端專家的音視頻互動(dòng)，幫助專家通過圖像、視頻的方式了解現(xiàn)場(chǎng)情況，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)人員快速實(shí)現(xiàn)故障診斷和恢復(fù)。
4、RFID及二維碼掃描系統(tǒng)：寄云科技為客戶提供防爆識(shí)別終端，支持RFID及二維碼掃描功能。
（三）、功能介紹
本APP主要功能如下：
1、預(yù)測(cè)性維修：基于設(shè)備采集的傳感器歷史數(shù)據(jù)，構(gòu)建部件的性能預(yù)測(cè)模型，并對(duì)維修計(jì)劃的維修間隔、維修部件以及備品備件的管理策略進(jìn)行調(diào)整。結(jié)合智能告警和故障管理各類設(shè)備運(yùn)行告警和故障，本APP能及時(shí)分析出現(xiàn)故障設(shè)備所需要進(jìn)行維護(hù)的優(yōu)先級(jí)，并自動(dòng)反饋到不同時(shí)間的維修計(jì)劃中。
2、智能告警：基于寄云NeuSeer智能運(yùn)維框架，可以為用戶提供設(shè)定的固定閾值或者基于模型構(gòu)建的殘差閾值，實(shí)現(xiàn)智能的告警，給出告警相關(guān)的信號(hào)特征，并記錄告警確認(rèn)、處理和關(guān)閉的記錄。基于故障知識(shí)庫(kù)支撐，可以構(gòu)建復(fù)雜的根源告警處理策略，從而自動(dòng)化的完成根源告警確認(rèn)，減少人工判斷用時(shí)，加快故障處理的速度。
3、狀態(tài)監(jiān)測(cè)：基于寄云NeuSeer網(wǎng)關(guān)采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，構(gòu)建設(shè)備的元數(shù)據(jù)模型，并定義相應(yīng)的關(guān)鍵指標(biāo)，構(gòu)建實(shí)時(shí)的監(jiān)控和歷史數(shù)據(jù)的查詢功能。基于設(shè)備專用的健康模型可以迅速的分析設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，及時(shí)將設(shè)備運(yùn)行的指數(shù)分析、穩(wěn)定性分析以及趨勢(shì)分析，以多種形式展現(xiàn)出來，使用戶可以徹底擺脫從大量指標(biāo)數(shù)據(jù)自行分析設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的局面。
4、故障輔助診斷：包括故障知識(shí)庫(kù)開發(fā)、自動(dòng)推薦和匹配故障類型原因等功能，實(shí)現(xiàn)基于實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)的各個(gè)監(jiān)測(cè)設(shè)備故障報(bào)警模型，對(duì)采集回來的運(yùn)行參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，發(fā)現(xiàn)異常情況及時(shí)生成報(bào)警信息，并通過郵件、短信等方式通知用戶。
5、鉆機(jī)設(shè)備健康報(bào)告：通過后臺(tái)的管理人員、專家對(duì)設(shè)備參數(shù)進(jìn)行分析和診斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備健康狀況的評(píng)估，將分析診斷的結(jié)果以及發(fā)現(xiàn)的故障信息通知鉆井現(xiàn)場(chǎng)，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)正確使用維護(hù)好設(shè)備。同時(shí)后臺(tái)的管理人員還可以通過該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆機(jī)檔案數(shù)據(jù)的錄入和存檔。主要包括設(shè)備概述、各單元設(shè)備檢查結(jié)果、維護(hù)保養(yǎng)建議、附件等內(nèi)容。
6、統(tǒng)計(jì)分析：
運(yùn)行數(shù)據(jù)：生產(chǎn)作業(yè)分析、能耗分析、運(yùn)行情況分析、運(yùn)行效率分析。
異常事件：運(yùn)行狀態(tài)異常分析、運(yùn)行數(shù)據(jù)異常分析、維護(hù)狀態(tài)異常分析。
維護(hù)記錄：故障根源分析、故障次數(shù)分析、故障頻次分析、故障分布分析。
關(guān)鍵績(jī)效(KPI)：包括維護(hù)效率、維護(hù)費(fèi)用、利用率、故障率、完好率、平均無故障時(shí)間、平均故障修復(fù)時(shí)間、壽命周期成本等。
7、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和查詢：為采集的數(shù)據(jù)提供長(zhǎng)期的、多維度的時(shí)序數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和擴(kuò)展能力，方便應(yīng)用系統(tǒng)通過開放的API接口，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行受限的訪問。
8、故障管理：對(duì)于設(shè)備產(chǎn)生的告警，實(shí)現(xiàn)完整的告警經(jīng)確認(rèn)轉(zhuǎn)故障的記錄，給出專家對(duì)告警的描述信息，并提供記錄告警特征的功能。在實(shí)時(shí)的告警處理中，基于告警代碼和關(guān)鍵字，自動(dòng)匹配故障特征。
9、故障知識(shí)庫(kù)開發(fā)：在故障處理完成后，經(jīng)過對(duì)由告警確認(rèn)為故障以及故障處理方案分析，可以將其重要的特征表象輸入到故障知識(shí)庫(kù)中，同時(shí)支撐開發(fā)新的告警策略，以便自動(dòng)化完成根源告警分析、自動(dòng)故障產(chǎn)生，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)部分自動(dòng)故障恢復(fù)操作，最大化的提高排障效率。
10、振動(dòng)分析：通過集成專業(yè)的振動(dòng)信號(hào)分析系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高頻信號(hào)的遠(yuǎn)程維護(hù)，專家會(huì)診，從不同的維護(hù)觀測(cè)設(shè)備，振動(dòng)信號(hào)分析軟件包含包括趨勢(shì)曲線監(jiān)測(cè)、棒圖監(jiān)測(cè)、時(shí)頻分析、頻譜分析、包絡(luò)分析、窗口傅里葉變換、小波分析、提純重構(gòu)、時(shí)域平均等功能。
11、計(jì)劃性維修和維修管理：提供了對(duì)日常維修維護(hù)工作的全面支撐，可以快速的完成維修維護(hù)計(jì)劃的生成和設(shè)備維修維護(hù)記錄的保存。
（四）、功能和技術(shù)指標(biāo)優(yōu)勢(shì)
1、每秒上傳數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)，描述單個(gè)MQTT服務(wù)同時(shí)支持上千臺(tái)設(shè)備每秒上傳上萬個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，并且可以擴(kuò)展。
2、同時(shí)處理告警規(guī)則數(shù)，每秒可以處理上千條以上規(guī)則，規(guī)則包括模型預(yù)測(cè)和閾值設(shè)置規(guī)則。
3、模型預(yù)測(cè)，同時(shí)支持上千個(gè)以上的模型同時(shí)運(yùn)行，每秒支持處理上千臺(tái)設(shè)備的預(yù)測(cè)告警。
三、技術(shù)方案說明
（一）、工業(yè)APP架構(gòu)
石油鉆井機(jī)械預(yù)測(cè)性維修APP是寄云科技基于中油瑞飛物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)和寄云NeuSeer工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)上提供的從數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)分析和建模以及應(yīng)用開發(fā)的能力進(jìn)行開發(fā)的。
圖1 石油鉆機(jī)預(yù)測(cè)性維修APP架構(gòu)圖
通過寄云NeuSeer Edge工業(yè)網(wǎng)關(guān)，從鉆機(jī)集成控制系統(tǒng)、鉆井儀表、電氣傳動(dòng)PLC控制站以及新增的各種狀態(tài)傳感器等控制系統(tǒng)和傳感器中，通過OPC UA、ModBus、CAN、Profibus/Profinet等通信接口，讀取鉆井工藝參數(shù)、設(shè)備運(yùn)行參數(shù)、運(yùn)維管理參數(shù)等信息，通過MQTT發(fā)送到物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。
邊緣測(cè)一體機(jī)先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，再進(jìn)行緩存和歸檔，最后上傳至物聯(lián)網(wǎng)，上傳至物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)支持?jǐn)?shù)據(jù)加密解密、壓縮解壓縮、斷點(diǎn)續(xù)傳等功能。現(xiàn)場(chǎng)可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸、Wifi路由及遠(yuǎn)程調(diào)試等多個(gè)子功能。
寄云科技提供的數(shù)據(jù)采集方案通過二層交換機(jī)結(jié)構(gòu)，有效的提升了網(wǎng)絡(luò)的物理安全問題。
同時(shí)，針對(duì)各種現(xiàn)場(chǎng)處理日志、記錄，提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式和預(yù)處理標(biāo)準(zhǔn)，將采集的數(shù)據(jù)歸檔并回傳至物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。
（二）、工業(yè)APP關(guān)鍵技術(shù)
本工業(yè)APP采用多項(xiàng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)，包括物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)、時(shí)序數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)、機(jī)器學(xué)習(xí)、人工智能以及微服務(wù)交付技術(shù)為核心技術(shù)手段，通過“搭積木”的方式實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)性維修應(yīng)用。
四、應(yīng)用情況描述
（一）、應(yīng)用場(chǎng)景描述
本APP應(yīng)用于油氣鉆井裝備行業(yè)，主要實(shí)現(xiàn)以下功能：鉆機(jī)在線監(jiān)測(cè)、預(yù)測(cè)性維護(hù)與故障診斷服務(wù)、銷售在外配件庫(kù)的查詢及鉆機(jī)檔案查詢等功能。
圖12 產(chǎn)品應(yīng)用配置圖
（二）、商業(yè)化情況
本APP主要應(yīng)用于石油石化領(lǐng)域，已在寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司應(yīng)用，寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司是中石油下屬全資子公司，經(jīng)營(yíng)范圍包括油氣勘探設(shè)備、油氣鉆采設(shè)備及工具、配件的研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、銷售與服務(wù)等。
本APP投入使用后對(duì)鉆機(jī)設(shè)備廠商在服務(wù)效率、服務(wù)質(zhì)量等方面有顯著的提升，具體包括如下幾個(gè)方面：
1、降低設(shè)備故障率：通過實(shí)時(shí)監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常情況，降低設(shè)備故障率。
2、降低維修成本：基于歷史數(shù)據(jù)構(gòu)建部件的性能預(yù)測(cè)模型，極大的提高了維修維護(hù)的效果，降低了維修成本。
3、提高響應(yīng)速度：通過遠(yuǎn)程音視頻系統(tǒng)提高了響應(yīng)速度和準(zhǔn)確性。
4、創(chuàng)新服務(wù)模式：通過遠(yuǎn)程運(yùn)維系統(tǒng)把賣設(shè)備變成賣服務(wù)的持續(xù)盈利能力模式。
圖13 石油鉆機(jī)預(yù)測(cè)性維修APP效果展示圖
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