海洋石油動設備預知性維修技術研究

劉帥，李進，熊振龍

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

海洋石油設備設施存在數(shù)量多、分布廣、價值大、技術新及系統(tǒng)化程度高、自動化程度高、作業(yè)環(huán)境風險高的特點，開展設備設施完整性管理工作，可有效管控風險、提高效率、降低成本，實現(xiàn)設備設施保值、增值及最大經(jīng)濟回報。聚焦到動設備部分完整性管理的核心技術是以可靠性為中心的維修（RCM），用于確定資產(chǎn)預防性維修需求、優(yōu)化維修制度的一種系統(tǒng)工程方法。RCM技術主要根據(jù)設備的可靠性狀態(tài), 以最少的維修資源消耗, 運用邏輯決斷分析法來確定所需的維修內(nèi)容、維修類型、維修間隔期和維修級別, 制訂出預防維修策略,達到優(yōu)化維修的目的。傳統(tǒng)RCM 有靜態(tài)性和非實時性的缺點，并未與狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術相結合,無法提供真實設備狀態(tài)修正的維修策略和風險評估。隨著設備管理、維修方式的發(fā)展、診斷技術的進步,設備維修在設備狀態(tài)監(jiān)測與診斷技術的驅(qū)動下已呈現(xiàn)出4 個維修模式：（1）事后維修；（2）預防維修；（3）狀態(tài)檢修；（4）智能維修。目前，海洋石油動設備已開展狀態(tài)檢修并在向智能維修（預知性維修）模式轉(zhuǎn)變與建設，文中主要分析目前海洋石油動設備狀態(tài)檢修的成果與不足，并以此為基礎開展動設備預知性維修技術的研究。

1 狀態(tài)檢修技術

狀態(tài)檢修是一種以設備實際運行狀態(tài)為基礎的預防性維修方式，即基于狀態(tài)的維修是指以設備運行過程中的實際數(shù)據(jù)為依據(jù)，通過先進的監(jiān)測技術和故障診斷技術,判斷當前設備的狀態(tài),并對故障部位進行分析和診斷, 從而提出相應的維修策略。目前海洋石油動設備已經(jīng)建立以基于狀態(tài)監(jiān)測的初級設備管理體系（系統(tǒng)），以設備狀態(tài)信息為核心數(shù)據(jù)，整合機組臺賬信息、設備啟停機、維修／保養(yǎng)信息等管理信息，建立了基于實時狀態(tài)信息的設備動態(tài)過程管理模式，改變原有設備管理模式，提高設備管理效率，優(yōu)化設備管理資源配置。

目前已有系統(tǒng)還存在以下幾個方面的不足：（1）未實現(xiàn)設備智能診斷與預警；（2）不具備動態(tài)RCM，由狀態(tài)監(jiān)測未觸發(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 個主體因素，造成基于狀態(tài)監(jiān)測的設備維修管理在實際運作過程中存在一定難度。

2 預知性維修技術

預知性維修表述為通過監(jiān)測產(chǎn)品的狀態(tài)或性能參數(shù)的變化，表明產(chǎn)品已明顯退化時所進行的維修，能延長系統(tǒng)的工作壽命而不會增加故障風險，目前諸如專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡和模糊邏輯已應用到狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)學科，可有效縮短評估和診斷故障原因的時間，降低做出錯誤評估和診斷的概率。基于狀態(tài)監(jiān)測的維修不一定是最優(yōu)的方針，應是整體維修方針的一部分，但對于能實施狀態(tài)監(jiān)測的重要設備，最合適的維修方式是基于狀態(tài)監(jiān)測的維修。

目前以預知性維修理念梳理海洋石油動設備預知性維修管理流程，如圖1 所示。其中動設備預知性維修技術包含3 個方面的核心內(nèi)容：

2.1 動設備智能診斷和基于狀態(tài)監(jiān)測的動態(tài)RCM

智能診斷是狀態(tài)監(jiān)測技術發(fā)展新時代的必然趨勢，主要包含智能預警、智能診斷評估、智能預測等3 個方面。要實現(xiàn)智能診斷，需要建立設備智能診斷專家知識庫和標準代碼庫。專家知識庫包含針對具體設備建立相應的設備特征參數(shù)庫、特征頻率庫、動態(tài)報警門限等內(nèi)容，以及歷史具有典型特征并經(jīng)確認的典型案例，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)則的診斷技術比較適合人的邏輯思維過程, 能夠解決復雜系統(tǒng)的診斷問題。標準代碼庫將設備類型、部件、故障類型等內(nèi)容按照一定規(guī)則進行編碼，有助于形成自動推理機，可提高設備故障診斷的實時性和容錯性。

以RCM 和設備狀態(tài)監(jiān)、檢測技術相結合構成了動態(tài)RCM 閉環(huán)設備管理，它具有設備狀態(tài)監(jiān)測實時性和設備故障智能診斷功能。傳統(tǒng)靜態(tài)RCM 主要進行FEMA 分析和風險評估并評估設備風險等級，而動態(tài)RCM 的關鍵在于通過狀態(tài)監(jiān)測評估設備健康狀態(tài)，通過設備風險等級與健康狀態(tài)形成的風險健康矩陣修正決定設備實時的風險等級。

2.2 備件寄存寄售管理

備件管理不僅保證設備正常運行, 而且也占用了企業(yè)大量的資金, 可以說無論在技術或經(jīng)濟上都跟企業(yè)的發(fā)展息息相關，備件的預測與優(yōu)化更是壽命周期成本實踐的一部分，按經(jīng)濟有效方式來管理備件庫存的保障供應鏈中起著至關重要的作用，主要目的用來保證設備完好性且在庫存方面投資最低。而基于故障預測研究備件訂購，合理訂購備件，提高備件的供應效率、降低備件的庫存成本和設備故障停機損失，具有非常重要的現(xiàn)實意義和應用價值。海洋石油備件寄存寄售管理平臺功能設計如圖2 所示。

圖2 海洋石油備件管理平臺功能架構

2.3 生產(chǎn)組織管理

圖3 生產(chǎn)管理系統(tǒng)架構

在企業(yè)管理中，生產(chǎn)管理是核心，也是難點所在，生產(chǎn)部門掌握著企業(yè)的生產(chǎn)能力（包括設備、人員、機具等），利用現(xiàn)代企業(yè)的先進管理思想，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、計劃、控制與經(jīng)營業(yè)績評估的全方位和系統(tǒng)化的管理。預知性維修需要根據(jù)維修決策調(diào)配人機具等內(nèi)容有效管控和設備維修工作合理推進，根據(jù)企業(yè)自身特點和海洋石油裝備運維管理的特點，設計生產(chǎn)管理系統(tǒng)架構見圖3 所示。

3 平臺研發(fā)

海洋石油動設備預知性維修平臺將實現(xiàn)監(jiān)測診斷、動態(tài)RCM、備件管理、生產(chǎn)管理的智能化、一體化服務模式，提高服務效率和降低設備維修管理成本，提升設備管理工作效率。考慮動設備預知性維修技術的難點和各模塊技術的復雜性，可采用基于面向服務的體系結構（SOA），可實現(xiàn)不同應用相互交換數(shù)據(jù)、參與業(yè)務流程。SOA 是一種定義和提供信息結構的方式，可采用不同操作系統(tǒng)或者采用不同編程語言。SOA 架構的主要優(yōu)勢在于能夠混搭各種執(zhí)行環(huán)境、服務接口與執(zhí)行技術明確分離，并采用一致的架構方式將它們以“松耦合”的方式結合起來。

圖4 海洋石油備件管理平臺系統(tǒng)

以SOA 架構思想為主線，將平臺劃分為數(shù)據(jù)層、處理層、功能層，建立基于中間件的動設備預知性維修平臺架構。數(shù)據(jù)層按照保密格式嚴格封裝，系統(tǒng)任務數(shù)據(jù)均依托處理層中間件實現(xiàn)底層數(shù)據(jù)庫與功能層、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；各個功能服務模型和業(yè)務邏輯關系存放在處理層，以便通過這些模塊的組合和集成實現(xiàn)更粗粒度的服務；功能展示層按照功能流程與設計展示和反饋相關信息。根據(jù)以上平臺設計要點，已開發(fā)出適合海洋石油特點的備件管理系統(tǒng)平臺，見圖4 所示。

4 結語

文中以設備設施完整管理服務為理念，以功能業(yè)務為主線、以數(shù)據(jù)為驅(qū)動工具，研究海洋石油動設備預知性維修技術，并詳細分析設備智能診斷、動態(tài)RCM、備件管理、生產(chǎn)管理等關鍵技術，采用基于面向服務的體系結構研發(fā)海洋石油動設備的一體化、智能化的預知性維修平臺。海洋石油動設備預知性維修平臺將極大提高設備管理效率、提升設備本質(zhì)安全，推動海洋石油動設備傳統(tǒng)運維模式向數(shù)字運維轉(zhuǎn)變。