石油鉆井機械預測性維修APP
一、企業(yè)簡介
寄云科技是專注用先進技術結合行業(yè)經(jīng)驗，推動產(chǎn)業(yè)升級的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺廠商。利用云計算、大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)技術，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)實現(xiàn)數(shù)字化轉型，提高核心競爭力。
寄云科技開發(fā)了國內首個世界級的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，創(chuàng)造性的將工業(yè)設備、邊緣計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)以及云計算等先進技術緊密結合在一起，為工業(yè)企業(yè)提供從傳感器數(shù)據(jù)采集、實時數(shù)據(jù)存儲和轉換、設備遠程監(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，為客戶提供包括故障診斷、故障分析和預測、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)平臺通過了《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺可信服務評估評測》。
寄云科技已為多個世界500強客戶提供了專業(yè)的服務，涵蓋軌道交通、電力能源、航空航天以及健康醫(yī)療等各個行業(yè)，深得業(yè)界贊譽。
二、工業(yè)APP簡介
（一）、問題定位
石油生產(chǎn)的連續(xù)性生產(chǎn)要求對石油裝備的非計劃停機提出了非常高的要求，需要通過各種實時監(jiān)控、定期的計劃性維修和不定期的視情維修，對設備進行有效的維護，避免由于設備的無計劃停機造成巨大的損失。由于鉆井平臺的復雜設備，如何做一個邊緣監(jiān)測方案，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)場逐點查看，這成為設備供應急需解決的首要問題之一。
石油鉆井機械預測性維修APP以鉆井機械的關鍵設備為實時監(jiān)測對象，實現(xiàn)設備各類參數(shù)的網(wǎng)絡化遠程在線監(jiān)測、智能告警，基于設備實時數(shù)據(jù)實現(xiàn)預測性維修，提供故障知識庫幫助客戶提高故障診斷效率，實現(xiàn)運維經(jīng)驗的沉淀。如何在工業(yè)大數(shù)據(jù)及工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術發(fā)展的浪潮中，通過數(shù)字化的手段實現(xiàn)設備軟性價值的增長點，是本APP考慮的問題之一。
（二）、創(chuàng)新點
基于寄云NeuSeer平臺提供的從數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和存儲、數(shù)據(jù)分析和建模以及應用開發(fā)的能力，寄云科技為石油機械機設計了預測性維修，智能告警的方案。本APP有如下特點：
1、移動端支持：寄云科技為客戶開發(fā)了支持Android和iOS的移動客戶端，實現(xiàn)基于手機和平板的設備狀態(tài)的實時監(jiān)控以及專家的音視頻支持。
2、實時的設備監(jiān)控：在移動客戶端上顯示所有設備的位置、關鍵運行狀態(tài)參數(shù)、關鍵參數(shù)的趨勢曲線、具備關鍵參數(shù)的報警和故障預警消息推送功能，并支持維保信息錄入、現(xiàn)場拍照回傳功能。
3、專家支持系統(tǒng)：為了方便專家通過遠程的方式實現(xiàn)對設備故障的定位和診斷，寄云科技還開發(fā)了基于手機App的音視頻協(xié)同及視頻涂鴉功能模塊，提供至少5方的互動通道，實現(xiàn)現(xiàn)場與后端專家的音視頻互動，幫助專家通過圖像、視頻的方式了解現(xiàn)場情況，指導現(xiàn)場人員快速實現(xiàn)故障診斷和恢復。
4、RFID及二維碼掃描系統(tǒng)：寄云科技為客戶提供防爆識別終端，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、預測性維修：基于設備采集的傳感器歷史數(shù)據(jù)，構建部件的性能預測模型，并對維修計劃的維修間隔、維修部件以及備品備件的管理策略進行調整。結合智能告警和故障管理各類設備運行告警和故障，本APP能及時分析出現(xiàn)故障設備所需要進行維護的優(yōu)先級，并自動反饋到不同時間的維修計劃中。
2、智能告警：基于寄云NeuSeer智能運維框架，可以為用戶提供設定的固定閾值或者基于模型構建的殘差閾值，實現(xiàn)智能的告警，給出告警相關的信號特征，并記錄告警確認、處理和關閉的記錄。基于故障知識庫支撐，可以構建復雜的根源告警處理策略，從而自動化的完成根源告警確認，減少人工判斷用時，加快故障處理的速度。
3、狀態(tài)監(jiān)測：基于寄云NeuSeer網(wǎng)關采集的實時數(shù)據(jù)，構建設備的元數(shù)據(jù)模型，并定義相應的關鍵指標，構建實時的監(jiān)控和歷史數(shù)據(jù)的查詢功能。基于設備專用的健康模型可以迅速的分析設備的實時數(shù)據(jù)，及時將設備運行的指數(shù)分析、穩(wěn)定性分析以及趨勢分析，以多種形式展現(xiàn)出來，使用戶可以徹底擺脫從大量指標數(shù)據(jù)自行分析設備運行狀態(tài)的局面。
4、故障輔助診斷：包括故障知識庫開發(fā)、自動推薦和匹配故障類型原因等功能，實現(xiàn)基于實時運行參數(shù)和運行狀態(tài)的各個監(jiān)測設備故障報警模型，對采集回來的運行參數(shù)和運行狀態(tài)進行實時分析，發(fā)現(xiàn)異常情況及時生成報警信息，并通過郵件、短信等方式通知用戶。
5、鉆機設備健康報告：通過后臺的管理人員、專家對設備參數(shù)進行分析和診斷，實現(xiàn)對設備健康狀況的評估，將分析診斷的結果以及發(fā)現(xiàn)的故障信息通知鉆井現(xiàn)場，指導現(xiàn)場正確使用維護好設備。同時后臺的管理人員還可以通過該系統(tǒng)實現(xiàn)對鉆機檔案數(shù)據(jù)的錄入和存檔。主要包括設備概述、各單元設備檢查結果、維護保養(yǎng)建議、附件等內容。
6、統(tǒng)計分析：
運行數(shù)據(jù)：生產(chǎn)作業(yè)分析、能耗分析、運行情況分析、運行效率分析。
異常事件：運行狀態(tài)異常分析、運行數(shù)據(jù)異常分析、維護狀態(tài)異常分析。
維護記錄：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。
關鍵績效(KPI)：包括維護效率、維護費用、利用率、故障率、完好率、平均無故障時間、平均故障修復時間、壽命周期成本等。
7、歷史數(shù)據(jù)存儲和查詢：為采集的數(shù)據(jù)提供長期的、多維度的時序數(shù)據(jù)的存儲和擴展能力，方便應用系統(tǒng)通過開放的API接口，對數(shù)據(jù)進行受限的訪問。
8、故障管理：對于設備產(chǎn)生的告警，實現(xiàn)完整的告警經(jīng)確認轉故障的記錄，給出專家對告警的描述信息，并提供記錄告警特征的功能。在實時的告警處理中，基于告警代碼和關鍵字，自動匹配故障特征。
9、故障知識庫開發(fā)：在故障處理完成后，經(jīng)過對由告警確認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庫中，同時支撐開發(fā)新的告警策略，以便自動化完成根源告警分析、自動故障產(chǎn)生，進而實現(xiàn)部分自動故障恢復操作，最大化的提高排障效率。
10、振動分析：通過集成專業(yè)的振動信號分析系統(tǒng)，實現(xiàn)高頻信號的遠程維護，專家會診，從不同的維護觀測設備，振動信號分析軟件包含包括趨勢曲線監(jiān)測、棒圖監(jiān)測、時頻分析、頻譜分析、包絡分析、窗口傅里葉變換、小波分析、提純重構、時域平均等功能。
11、計劃性維修和維修管理：提供了對日常維修維護工作的全面支撐，可以快速的完成維修維護計劃的生成和設備維修維護記錄的保存。
（四）、功能和技術指標優(yōu)勢
1、每秒上傳數(shù)據(jù)點數(shù)，描述單個MQTT服務同時支持上千臺設備每秒上傳上萬個數(shù)據(jù)點，并且可以擴展。
2、同時處理告警規(guī)則數(shù)，每秒可以處理上千條以上規(guī)則，規(guī)則包括模型預測和閾值設置規(guī)則。
3、模型預測，同時支持上千個以上的模型同時運行，每秒支持處理上千臺設備的預測告警。
三、技術方案說明
（一）、工業(yè)APP架構
石油鉆井機械預測性維修APP是寄云科技基于中油瑞飛物聯(lián)網(wǎng)平臺和寄云NeuSeer工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺上提供的從數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和存儲、數(shù)據(jù)分析和建模以及應用開發(fā)的能力進行開發(fā)的。
圖1 石油鉆機預測性維修APP架構圖
通過寄云NeuSeer Edge工業(yè)網(wǎng)關，從鉆機集成控制系統(tǒng)、鉆井儀表、電氣傳動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)、設備運行參數(shù)、運維管理參數(shù)等信息，通過MQTT發(fā)送到物聯(lián)網(wǎng)平臺。
邊緣測一體機先對數(shù)據(jù)進行預處理，再進行緩存和歸檔，最后上傳至物聯(lián)網(wǎng)，上傳至物聯(lián)網(wǎng)應支持數(shù)據(jù)加密解密、壓縮解壓縮、斷點續(xù)傳等功能。現(xiàn)場可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸、Wifi路由及遠程調試等多個子功能。
寄云科技提供的數(shù)據(jù)采集方案通過二層交換機結構，有效的提升了網(wǎng)絡的物理安全問題。
同時，針對各種現(xiàn)場處理日志、記錄，提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式和預處理標準，將采集的數(shù)據(jù)歸檔并回傳至物聯(lián)網(wǎng)平臺。
（二）、工業(yè)APP關鍵技術
本工業(yè)APP采用多項工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)核心技術，包括物聯(lián)網(wǎng)技術、云計算技術、時序數(shù)據(jù)庫技術、大數(shù)據(jù)分析技術、機器學習、人工智能以及微服務交付技術為核心技術手段，通過“搭積木”的方式實現(xiàn)鉆機遠程監(jiān)測和預測性維修應用。
四、應用情況描述
（一）、應用場景描述
本APP應用于油氣鉆井裝備行業(yè)，主要實現(xiàn)以下功能：鉆機在線監(jiān)測、預測性維護與故障診斷服務、銷售在外配件庫的查詢及鉆機檔案查詢等功能。
圖12 產(chǎn)品應用配置圖
（二）、商業(yè)化情況
本APP主要應用于石油石化領域，已在寶雞石油機械有限責任公司應用，寶雞石油機械有限責任公司是中石油下屬全資子公司，經(jīng)營范圍包括油氣勘探設備、油氣鉆采設備及工具、配件的研發(fā)、設計、制造、銷售與服務等。
本APP投入使用后對鉆機設備廠商在服務效率、服務質量等方面有顯著的提升，具體包括如下幾個方面：
1、降低設備故障率：通過實時監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析能夠及時發(fā)現(xiàn)設備異常情況，降低設備故障率。
2、降低維修成本：基于歷史數(shù)據(jù)構建部件的性能預測模型，極大的提高了維修維護的效果，降低了維修成本。
3、提高響應速度：通過遠程音視頻系統(tǒng)提高了響應速度和準確性。
4、創(chuàng)新服務模式：通過遠程運維系統(tǒng)把賣設備變成賣服務的持續(xù)盈利能力模式。
圖13 石油鉆機預測性維修APP效果展示圖
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