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馬路上川流不息的汽車，是人們通勤途中最常見(jiàn)的風(fēng)景。你知道嗎？一輛飛馳的汽車身上，60%以上的零部件都是沖壓件。
所謂沖壓，即對(duì)鋼板等材料施加外力，使之產(chǎn)生形變，從而獲得所需的車身形狀和尺寸。作為汽車制造的第一道環(huán)節(jié)，沖壓工藝如車頭一般起到“牽一發(fā)而動(dòng)全身”的重要作用，一旦沖壓線因?yàn)橐馔夤收显斐煞怯?jì)劃停機(jī)，將直接影響后續(xù)所有生產(chǎn)環(huán)節(jié)。
在位于北京亦莊的經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)，坐落著北京奔馳汽車有限公司（北京奔馳）的乘用車生產(chǎn)制造基地。該基地?fù)碛忻焚惖滤?奔馳尖端的生產(chǎn)工藝，具備全球領(lǐng)先的沖壓設(shè)備和沖壓線。官方數(shù)據(jù)顯示，北京奔馳2020年產(chǎn)量突破60萬(wàn)輛，實(shí)現(xiàn)連續(xù)11年增長(zhǎng)。隨著產(chǎn)能不斷提升，北京奔馳希望持續(xù)深化精益生產(chǎn)理念。其中，通過(guò)運(yùn)維管理的升級(jí)來(lái)提高生產(chǎn)設(shè)備的可用性成為關(guān)鍵著力點(diǎn)。
北京奔馳與西門子攜手共創(chuàng)，在其MRA工廠沖壓車間（一期）的米勒萬(wàn)家頓機(jī)械沖壓線上成功部署了壓機(jī)的智能預(yù)測(cè)性維護(hù)系統(tǒng)(Smart Predictive Maintenance for Press-line)，實(shí)現(xiàn)智慧運(yùn)維管理。
將“意料之外”變成“意料之中”
在繁忙的生產(chǎn)線上，停產(chǎn)幾小時(shí)就可能造成1別的損失。因此，設(shè)備的維修和治病救人一樣，需要見(jiàn)微知著，早治防重，善于“治未病”。
傳統(tǒng)的運(yùn)維方式是“預(yù)防性維護(hù)”，也就是按照一定的時(shí)間間隔定期進(jìn)行全面檢修維護(hù)，不考慮具體設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行情況和健康狀態(tài)。其中，設(shè)定檢修間隔的時(shí)長(zhǎng)可是一門學(xué)問(wèn)。間隔太短會(huì)耗費(fèi)大量人力成本和備品備件，造成過(guò)度維護(hù)；間隔太長(zhǎng)又起不到排除風(fēng)險(xiǎn)的作用。而在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，許多工廠往往是在遇到突發(fā)故障之后才臨時(shí)安排運(yùn)維人員處理，已經(jīng)造成的損失難以1。
尤其是在沖壓車間內(nèi)，沖壓設(shè)備的個(gè)頭大、價(jià)格貴，這意味著備件的準(zhǔn)備和設(shè)備的維修都比較耗時(shí)耗力，甚至嚴(yán)重影響整體生產(chǎn)節(jié)拍。
如果能在故障發(fā)生之前或稍有征兆時(shí)就提前處理，避免非計(jì)劃停機(jī)，顯然可以有效保障工廠穩(wěn)定、高效地生產(chǎn)，并降低運(yùn)維成本。如此，“預(yù)測(cè)性維護(hù)”應(yīng)運(yùn)而生。它可謂是對(duì)傳統(tǒng)運(yùn)維模式的顛覆性變革，能夠基于物聯(lián)網(wǎng)和人工智能技術(shù)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障隱患預(yù)測(cè)，將“意料之外”變成“意料之中”。
張捷是北京奔馳技術(shù)維護(hù)運(yùn)營(yíng)一部的沖壓維護(hù)工程師。在他看來(lái)，預(yù)測(cè)性維護(hù)系統(tǒng)是北京奔馳數(shù)字化發(fā)展中的成功實(shí)踐，也是工業(yè)未來(lái)的大勢(shì)所趨。張捷表示：“隨著北京奔馳持續(xù)推進(jìn)精益化制造，我們需要進(jìn)一步降本增效，比如通過(guò)數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用為運(yùn)維人員的日常工作提供更多便利與指導(dǎo)，減少他們的工作量，同時(shí)提升運(yùn)維效率和準(zhǔn)確性。這是我們與西門子團(tuán)隊(duì)合作開(kāi)展預(yù)測(cè)性維護(hù)項(xiàng)目的初衷?！?
來(lái)自西門子數(shù)字化工業(yè)集團(tuán)客戶服務(wù)事業(yè)部、西門子中國(guó)研究院與北京奔馳的專家團(tuán)隊(duì)，攜手為北京奔馳沖壓車間產(chǎn)線打造了壓機(jī)智能預(yù)測(cè)性維護(hù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了基于設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)（尤其是振動(dòng)數(shù)據(jù)）分析的預(yù)測(cè)性維護(hù)。
得益于該系統(tǒng)，張捷所在的技術(shù)維護(hù)運(yùn)營(yíng)部的日常工作流程發(fā)生了顯著的改變。過(guò)去，運(yùn)維人員需要頻繁地對(duì)主電機(jī)、主傳動(dòng)和液壓站等關(guān)鍵設(shè)備逐一進(jìn)行巡檢，觀測(cè)有無(wú)異常的振動(dòng)和噪聲。如今，北京奔馳能夠借助該系統(tǒng)實(shí)時(shí)收集設(shè)備運(yùn)行信息，預(yù)知關(guān)鍵設(shè)備的潛在風(fēng)險(xiǎn)，從而科學(xué)地制定出優(yōu)化的維護(hù)計(jì)劃。
自2019年12月正式上線以來(lái)，該系統(tǒng)已經(jīng)幫助北京奔馳成功預(yù)測(cè)了多次設(shè)備故障隱患。比如2020年5月，系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)拉伸墊液壓站電機(jī)振動(dòng)異常，如果任其發(fā)展，一旦拉伸墊停止工作將導(dǎo)致整體產(chǎn)線停機(jī)，更換備件可能要花費(fèi)四五個(gè)小時(shí)。在收到系統(tǒng)預(yù)警后，北京奔馳及時(shí)進(jìn)行檢修，快速定位問(wèn)題源頭，在不影響生產(chǎn)節(jié)拍的前提下更換了備件。如此，棘手的非計(jì)劃性停機(jī)變?yōu)榱硕虝旱挠?jì)劃性停機(jī)。
西門子中國(guó)研究院高級(jí)研究員周林飛說(shuō)：“未雨綢繆，這讓大家切實(shí)感受到了工業(yè)人工智能的價(jià)值所在。”
給設(shè)備來(lái)一次“健康檢查”
你一定很好奇，“預(yù)測(cè)性維護(hù)”這種未卜先知的神奇能力究竟是如何實(shí)現(xiàn)的？其實(shí)，這與人們?nèi)メt(yī)院進(jìn)行健康檢查的過(guò)程類似。
掛號(hào)之后，大家一般要先經(jīng)歷測(cè)體溫、抽血、拍CT等檢查，以此獲得身體的各項(xiàng)健康指標(biāo)。之后，醫(yī)學(xué)儀器會(huì)自動(dòng)出具一份便于大家理解的體檢報(bào)告，根據(jù)系統(tǒng)中預(yù)設(shè)的模型來(lái)判斷身體的各項(xiàng)指標(biāo)是否正常，比如血常規(guī)的檢測(cè)數(shù)據(jù)是否落在閾值范圍內(nèi)，并提供個(gè)人健康的改善建議。當(dāng)然，醫(yī)療儀器無(wú)法直接判斷所有病癥。如果報(bào)告所示的健康問(wèn)題較為復(fù)雜或不確定，醫(yī)生會(huì)介入進(jìn)一步的身體檢查和病情診斷。
同理，預(yù)測(cè)性維護(hù)系統(tǒng)也需要通過(guò)安裝在設(shè)備上的傳感器來(lái)采集設(shè)備的“健康數(shù)據(jù)”，為后續(xù)預(yù)測(cè)和診斷奠定基礎(chǔ)。以北京奔馳沖壓線為例，西門子為其部署了62個(gè)振動(dòng)傳感器以及10個(gè)溫度傳感器，實(shí)時(shí)采集包括直流電機(jī)、變速箱、軸承箱等在內(nèi)的關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)。每個(gè)傳感器每秒收集的振動(dòng)數(shù)據(jù)高達(dá)兩萬(wàn)多個(gè)。隨后，系統(tǒng)基于機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)對(duì)如此龐大的數(shù)據(jù)量進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析。
參照歷史數(shù)據(jù)，系統(tǒng)中已經(jīng)預(yù)先建立了設(shè)備的健康度模型、異常檢測(cè)模型和趨勢(shì)分析模型等。當(dāng)新采集的數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常偏離的時(shí)候，系統(tǒng)就會(huì)及時(shí)發(fā)出警報(bào)。不同的異常指標(biāo)預(yù)示著不同的潛在“病癥”，人工智能分析結(jié)果也能“對(duì)癥下藥”地給出指導(dǎo)性維護(hù)建議。
人工智能可謂是人類能力的延申。它“不知疲倦”地瞬時(shí)捕捉和分析海量數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了全天候?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)。不過(guò)，人工智能并非萬(wàn)能，無(wú)法完全取代人類的智慧。
在沖壓工藝中，振動(dòng)直接反映著加工過(guò)程中的設(shè)備健康狀況，至關(guān)重要卻又異常復(fù)雜。產(chǎn)線上多種設(shè)備和眾多組件之間的振動(dòng)相互影響、疊加，形成一場(chǎng)大型的“復(fù)合”振動(dòng)交響曲。很多時(shí)候，只有經(jīng)驗(yàn)豐富的領(lǐng)域?qū)＜也拍堋奥?tīng)懂”究竟是哪個(gè)“音節(jié)”出現(xiàn)了偏離。因此，西門子也會(huì)在人工智能解決方案之外提供專家分析服務(wù)。最終呈現(xiàn)給客戶的是結(jié)合了人工智能與專家經(jīng)驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析結(jié)果，設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和趨勢(shì)預(yù)測(cè)都一目了然。
西門子數(shù)字化工業(yè)集團(tuán)工廠自動(dòng)化服務(wù)業(yè)務(wù)主管方威表示：“依靠在振動(dòng)分析領(lǐng)域的豐富經(jīng)驗(yàn)和專精知識(shí)，西門子權(quán)威專家能夠幫助北京奔馳判斷數(shù)據(jù)是否有效，故障是否真實(shí)發(fā)生，進(jìn)一步提升預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性?！?
先知先覺(jué)，制勝未來(lái)
預(yù)測(cè)性維護(hù)作為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的“殺手級(jí)”應(yīng)用，能夠?yàn)榘ū本┍捡Y在內(nèi)的制造企業(yè)帶來(lái)顯而易見(jiàn)的益處：從內(nèi)部看，它可以助力企業(yè)減少非計(jì)劃停機(jī)，降低運(yùn)維成本并提高生產(chǎn)效率；從外部看，企業(yè)能夠借此建立差異化的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，從而在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占得先機(jī)。
北京奔馳總經(jīng)理表示：“隨著北京奔馳發(fā)展的蒸蒸日上和產(chǎn)能的逐年提升，我們必須依靠高效的運(yùn)維來(lái)保證生產(chǎn)的連續(xù)性。由西門子助力打造的壓機(jī)智能預(yù)測(cè)性維護(hù)系統(tǒng)，能夠幫助我們推進(jìn)從傳統(tǒng)運(yùn)維模式向數(shù)字化、智能化運(yùn)維模式的變革。我們期待與西門子在未來(lái)加強(qiáng)合作，繼續(xù)攜手同行，共同書寫車廠數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)的新藍(lán)圖。”
預(yù)測(cè)性維護(hù)這一先知先覺(jué)的智慧，能夠讓企業(yè)更加胸有成竹地把握當(dāng)下，制勝未來(lái)。
