一、前言

當今的過程工業(yè)，對現(xiàn)場的可靠性要求越來越高，一般都要求儀表設(shè)備能滿足7/24的連續(xù)可靠工作，突發(fā)的故障停機會造成極大的損失。因此，也對設(shè)備的維護提出了較高的要求，以最大程度的避免生產(chǎn)的損失和材料的浪費。根據(jù)統(tǒng)計，在 1981 年，美國的工廠花費在維護其關(guān)鍵裝置系統(tǒng)上的成本超過了 6000 億美元。在 1991 年，這種成本已經(jīng)升至 8000 多億美元，而在 2000 年更是破記錄地達到 12000 億美元。這些數(shù)據(jù)表明，這些成本的三分之一到二分之一由于采用無效的維護管理方法而被浪費掉。雖然在中國沒有這方面的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，但是相信中國目前在這方面的情況和美國當時差不多。

選擇錯誤和原始的維護手段和落后的維護觀念是這種無效使用維護支出的主要原因。在強調(diào)經(jīng)濟效益的今天，也有越來越多的用戶開始意識到過去那種單純依靠人的直覺和經(jīng)驗來執(zhí)行設(shè)備維護計劃的方式已經(jīng)不能再滿足過程工業(yè)的生產(chǎn)需求了。

二、設(shè)備維護的模式

設(shè)備維護一般有三種模式：事后維護、預(yù)防性維護和預(yù)測性維護。

事后維護，也有人稱之為“補救性維護”，“故障后維護”，“運轉(zhuǎn)至出現(xiàn)故障管理”，顧名思義，也就是說設(shè)備出現(xiàn)故障時對它進行維修。這是種“不出故障就不維修”的維護方式，也是最初級最簡單也是目前在國內(nèi)被用戶采用最多的維護運行手段。采用運轉(zhuǎn)至出現(xiàn)故障管理的工廠在機器或系統(tǒng)出現(xiàn)故障之前不會在維護上花費任何資金。運轉(zhuǎn)至出現(xiàn)故障是一種反應(yīng)性的管理技術(shù)，它會在采取任何維護行動之前等待機器或設(shè)備出現(xiàn)故障。確切地說，這是一種“無維護”管理方法。它也是最為昂貴的維護管理方法，分析表明，在反應(yīng)性或事后維護模式下進行維修的成本是有計劃或預(yù)防性維護模式下進行的相同維護的成本的 3 倍。對維修進行計劃安排可使工廠將維修時間和有關(guān)的勞動力成本降到最低。它還提供了一種可減少快速交付和生產(chǎn)下降等負面影響的方法。

與這種維護管理相關(guān)的主要費用是：

Ø 高備件庫存成本；

Ø 高超時勞動力成本；

Ø 機器停機時間長；

Ø 生產(chǎn)能力低。

預(yù)防性維護(Preventive Maintenance)和預(yù)測性維護(Predictive Maintenance)都屬于事先維護。

一般地講，預(yù)防性維護可以分為三種類型：

Ø 基于時間的維護計劃

Ø 基于性能的維護計劃

Ø 基于條件的維護計劃

基于時間的維護計劃：在特定周期中執(zhí)行基于時間的維護計劃的維護，例如，每隔兩個月或每隔六個月。
基于性能的維護計劃：可根據(jù)各個設(shè)備和功能位置的測量點安裝的計數(shù)器讀數(shù)來進行。某些設(shè)備要根據(jù)許多參數(shù)或狀態(tài)來進行操作。這些參數(shù)或狀態(tài)信息可能由測量點提供。設(shè)備上的計數(shù)器到達一定讀數(shù)時，系統(tǒng)就進行維護，例如，每隔 100 個小時的運行時間，每隔 500個鑄造周期等。
基于條件的維護計劃：部分設(shè)備將通過實時狀態(tài)或操作參數(shù)如溫度等進行控制。這些參數(shù)為實時讀數(shù)，需要實時對其進行監(jiān)控。
所有這些預(yù)防性維護計劃的共同標志是它們都具有計劃安排指南。所有預(yù)防性維護管理計劃都假設(shè)，設(shè)備狀況將在通常適用于該類特定機器的統(tǒng)計時間范圍內(nèi)惡化。例如，某種泵設(shè)備通常運轉(zhuǎn)12個月后就要更換其磨損部件。使用預(yù)防性維護技術(shù)，在該種泵運轉(zhuǎn)11 個月后就要使其停止運轉(zhuǎn)并進行改制。這種方法的問題是，運轉(zhuǎn)模式以及與系統(tǒng)或裝置相關(guān)的變量會直接影響機器的正常工作壽命。對于用于輸送水用于輸送磨損性泥漿的泵來說，平均無故障時間 (MTBF) 是不同的（如圖1）。如果該泵在11個月之后可能就不需要進行維護也能正常工作，那么用戶維修的勞動力和材料就被浪費掉了。采用預(yù)防性維護的第二種選擇甚至更為昂貴。同時，也有大量事實表明，頻繁拆卸和停車維修，即導(dǎo)致產(chǎn)量降低，維修費用增加，而且也大大降低了設(shè)備的實際使用年限。事實上專家提出，導(dǎo)致很多工業(yè)設(shè)備故障的最大原因之一就是：不做嚴謹分析，上去就對工業(yè)設(shè)備進行操作和維修。

預(yù)測性維護(PM),也被稱之為預(yù)知性維護或策略性維護。預(yù)測性維護集設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷、故障(狀態(tài))預(yù)測、維護決策支持和維護活動于一體，足近年來新興的一種先進維護方式。

預(yù)測性維護實際上是一種運轉(zhuǎn)狀況驅(qū)動的預(yù)防性維護程序。預(yù)測性維護不依賴于工業(yè)或工廠內(nèi)平均壽命統(tǒng)計數(shù)據(jù)（即平均無故障時間）來計劃安排維護活動，而是對運轉(zhuǎn)狀況、效率、熱量分布和其他指標進行直接監(jiān)視，以確定實際的平均無故障時間或?qū)⑽：Φ焦S或設(shè)施內(nèi)所有關(guān)鍵系統(tǒng)裝置運轉(zhuǎn)的效率損失。它和預(yù)防性維護相比，具有明顯的優(yōu)勢：

Ø 克服預(yù)防性維護的盲目性，具有很強的針對性。根據(jù)狀態(tài)的不同采取不同的處理方法，降低運行檢修費用。

Ø 減少停運(總維護)時間，提高設(shè)備可靠性和可用系數(shù)，延長設(shè)備使用壽命，更好地貫徹“安全第一．預(yù)防為主”的方針。

Ø 減少維護工作量，降低勞動強度，有利于減員增效，提高經(jīng)濟效益。

二、預(yù)測性維護的現(xiàn)狀

在過去的幾年里，隨著給予微處理器或計算機的儀器儀表的迅速發(fā)展，以及維護管理系統(tǒng)的不斷完善，尤其是先進以現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng)等通訊技術(shù)的高速發(fā)展和普及，國內(nèi)外各大廠家推出了各種先進的預(yù)測性維護技術(shù)。美國的FitCh博士更是在預(yù)測性維護的基本上創(chuàng)立了主動性維護的概念和理論。

總體質(zhì)量管理(TQM)與lSO 9000的實施也使對PDM計劃的需求倍增。TQM與lSO 9000都有維護計劃程序的要求，以保證流程及所有組成部分都能連續(xù)發(fā)揮高性能。

預(yù)測性維護在概念的內(nèi)涵和外延上有狹義和廣義之分。

狹義的預(yù)測性維護立足于“狀態(tài)監(jiān)測”，強調(diào)的是“故障診斷”是指不定期或連續(xù)地對設(shè)備進行狀態(tài)監(jiān)測，根據(jù)其結(jié)果．查明裝備有無狀態(tài)異?；蚬收馅厔?，再適時地安排維護；廣義的預(yù)測性維護將狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷、狀態(tài)預(yù)測和維修決策多位合一體，狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷是基礎(chǔ)，狀態(tài)預(yù)測是重點，維護決策得出最終的維護活動要求。是一個系統(tǒng)的過程。它將維護管理納入了預(yù)測性維護的范疇。通盤考慮整個維護過程，直至得出與維護活動相關(guān)的內(nèi)容。

三、西門子儀表實現(xiàn)預(yù)測性維護

近年來，西門子公司圍繞預(yù)測性維護這一理念設(shè)計和研發(fā)了很多智能化程度較高的儀表產(chǎn)品。

1、Sitrans DA400泵診斷系統(tǒng)

如前例所述，對于大多數(shù)運輸磨損性很強的漿料泵來說，如果進行有效的低成本的維護一直是個難題。西門子公司推出的基于聲敏診斷和Profibus技術(shù)儀表Sitrans DA400就能有效地實現(xiàn)針對泵提供預(yù)測性維護的解決方案。

泵的泄漏通常發(fā)生在湍流區(qū)域，尤其在高壓條件下出現(xiàn)氣蝕時，這時會產(chǎn)生聲波或超聲波，可以在閥門外安裝傳感器進行探測。聲級是泄漏的測量單位。

在線診斷系統(tǒng)Sitrans DA400（如圖2）能完全滿足這些要求。聲波發(fā)射傳感器安裝在閥門的外面，對泄漏信號高度敏感，而對泵的運行信號不敏感。對信號的適當處理使測量結(jié)果自動適應(yīng)負荷條件的變化，如壓力或沖程數(shù)。操作工只需要設(shè)定報警值。

SITRANS DA400聲敏檢測系統(tǒng)為往復(fù)式隔膜煤漿泵檢測吸入閥、排放閥的運行狀況提供了優(yōu)秀的解決方案。

SITRANS DA400利用探測到是否存在空穴現(xiàn)象和相應(yīng)的泵的操作噪音的聲音級別，來診斷閥的開和關(guān)動作是完好的。相反的，如果有缺陷的閥門中存在空穴現(xiàn)象，那么能夠通過周期性的聲音級別增加識別出來；被檢測的閥門通過 SITRANS DA400將這種聲音的級別的增加檢測出來；這種檢測能夠在專用的超聲波范圍內(nèi)完成。這能過濾掉那些由泵的操作和閥門的關(guān)閉動作產(chǎn)生的噪聲。

Sitrans DA400基于狀況的維護要求監(jiān)測裝置或者操作單元的工況，其優(yōu)點是：

Ø 裝置出現(xiàn)故障前發(fā)現(xiàn)損壞，

Ø 可以制定停車維修計劃，

Ø 成本高昂的損壞出現(xiàn)之前已得到維修，

Ø 延長零部件的使用壽命，

Ø 裝置或單元的自動檢查

圖3：采用泵在線監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)較少維護成本

根據(jù)通過現(xiàn)場半年多的實驗觀察，安裝了Sitrans DA400的隔膜泵相對未安裝的兩組隔膜泵的平均檢修時間要減少2/3左右，也就是減少了相當于2/3的維修成本（如圖3），同時大大延長了設(shè)備的使用壽命。

2、Sipart PS2智能閥門定位器

由于智能型閥門定位器是安裝在氣動調(diào)節(jié)閥上，其工作環(huán)境相對惡劣，如環(huán)境溫度、管道振動等因素都會對智能型閥門定位器正常工作帶來不利影響。智能型閥門定位器在設(shè)計過程中，考慮到這些不利因素，設(shè)計了一些自身的診斷功能。同時，氣動閥門本身長期工作在惡劣的環(huán)境中，也會存在腐蝕、磨損等問題。因此，如果通過智能型閥門定位器的診斷功能實現(xiàn)對閥門的預(yù)測性維護，也是現(xiàn)在很多用戶所關(guān)注的問題。

智能型閥門定位器對調(diào)節(jié)閥的故障診斷是通過附加傳感器來完成的。定位器內(nèi)部的微處器通過定時采集各種傳感器的數(shù)據(jù)，并對各種數(shù)據(jù)進行運算、比較、分析、組態(tài)，將出現(xiàn)異常的信息通過組態(tài)軟件輸出報警信號。智能型閥門定位器對調(diào)節(jié)閥的診斷分為在線診斷、離線診斷。

在線診斷包括：行程累積、行程方向改變次數(shù)、報警次數(shù)、死區(qū)自調(diào)整、閥門基線位置（比如：閥座的磨損）、最高最低溫度下運行的小時數(shù)、壓電閥的運行次數(shù)、閥門定位時間、執(zhí)行機構(gòu)泄漏、噪聲診斷等。離線診斷包括：執(zhí)行機構(gòu)及氣路的密封性、靜特性、階躍過渡及頻率響應(yīng)特性。

另外，智能電氣閥門定位器SIPART PS2 有提供更多的額外監(jiān)測功能，狀態(tài)顯示源自故障信號的監(jiān)測。故障信號按“交通燈”的方式進行分類，用綠色、黃色和紅色扳手表示（PDM 軟件），如圖4：

Ø 需要維修（綠色扳手）

Ø 急需維修（黃色扳手）

Ø 臨近故障或故障（紅色扳手）

這使用戶在閥門或執(zhí)行器在產(chǎn)生重大故障前能夠提前檢測到，可避免系統(tǒng)停車。通過故障信號的指示，例如執(zhí)行器隔膜的損壞、動作滯后等，用戶可利用適當?shù)木S護策略保證系統(tǒng)可靠。

3、Sitrans CLS300電容式物位開關(guān)

在諸如制藥、化肥、有色、石化等行業(yè)，由于很多測量介質(zhì)本身具有很強的黏附、磨損等原因，因而增加了大量額外的維護成本。

西門子因此推出了一種帶Profibus總線的電容式物位計，對現(xiàn)場探頭的掛料量（零點電容的變化），探頭的磨損（累計電容的變化）等關(guān)鍵性數(shù)據(jù)進行分析，通過現(xiàn)場總線傳輸大量診斷信息至上位機，幫助用戶指定預(yù)測性維護計劃（如圖5），大大節(jié)約用戶的維護成本，同時由于減少的更換部件的次數(shù)，也等于延長了設(shè)備的實際使用壽命。而這種功能對于只能輸出開關(guān)信號的儀表來說，是很難實現(xiàn)的。

4、Siwarex稱重系統(tǒng)

不同于傳統(tǒng)意義上的稱重系統(tǒng)，Siwarex稱重系統(tǒng)實際上一套全集成在Simatic系統(tǒng)的數(shù)字化稱重解決方案。相對于傳統(tǒng)的稱重系統(tǒng)而言，Siwarex系統(tǒng)突破了通訊和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的限制，在系統(tǒng)測量精度、控制速度、施工周期、長期維護量等方面體現(xiàn)出了巨大的技術(shù)優(yōu)勢。

由于稱重系統(tǒng)相對結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，維護量比較大，長期以來技術(shù)領(lǐng)先的稱重技術(shù)廠家一直在考慮如何設(shè)計一種既能減少成本，簡化稱重系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，又能提高稱重系統(tǒng)整體性能的解決方案，而西門子這種基于Simatic的稱重解決方案，無疑是一種滿足新要求的一種可行的解決方案。

新型的Siwarex系統(tǒng)提供一種對于大部分用戶來說，是非常概念化和理想的工具。通過事件記錄功能來實時記錄稱重的進程和狀態(tài)，并且對于不正常的事件進行分析。同時診斷緩沖器將會記錄保存最后的100條診斷信息。通過對稱重傳感器和電纜的關(guān)鍵性參數(shù)進行長期的連續(xù)的監(jiān)控，我們可以得以得到關(guān)于稱重系統(tǒng)的預(yù)診斷信息（如圖6），以避免突發(fā)性的昂貴的設(shè)備停車故障，減少了維護維修成本。 Siwarex所帶的這些功能對于過程數(shù)據(jù)的評估和診斷來說，無疑是一個理想的補充。

圖6：Siwarex配套的軟件可以方便的查詢秤的各種運行狀態(tài)及參數(shù)

另外，Siwarex能夠?qū)⒐收鲜录斜挥涗浀臄?shù)據(jù)，包括秤的設(shè)置數(shù)據(jù)通過一個設(shè)定方式的通過英特網(wǎng)發(fā)送給相關(guān)專家，諸如機械制造商。它可以對問題進行一個分析，并從時間和地點上提供獨立的診斷。專家并不需要趕到設(shè)備所在的位置，只要通過遠傳的方式就能提供更快更及時的幫助，從而節(jié)約了時間和成本。

四、結(jié)束語

任何一種技術(shù)都一定會有它的局限性，選擇和制定最合適的維護方案，必須是從現(xiàn)場工況和自身的實際情況來判斷決定。隨著電子技術(shù)、傳感器技術(shù)和通訊技術(shù)方面不斷突破，我們相信會有越來越多的預(yù)測性維護解決方案推向市場；我們也相信因為金融危機的影響，會有越來越多的用戶開始考慮如何節(jié)約維護成本的問題，而不僅僅是減少投資成本。當然，預(yù)測性維護本身是個動態(tài)的可持續(xù)的管理過程，不可能僅僅依靠幾個部門或供應(yīng)商的努力就能實現(xiàn)，還需要更多人的關(guān)注和參與才能體現(xiàn)它的價值。

任何一種先進的技術(shù)都不能脫離人的因素，無論是哪一種維護技術(shù)都不能脫離人的參與，無論是預(yù)防性維護，還是預(yù)測性維護，甚至主動性維護，都需要根據(jù)實際情況來分析，制定最合適的維護方案，才是達到最理想的效果。”Use it and Forget it！”或者說“無為而治”是我們制定維護計劃所追求的理想狀態(tài)。