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馬路上川流不息的汽車，是人們通勤途中最常見的風(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)而動全身”的重要作用，一旦沖壓線因為意外故障造成非計劃停機，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)濟技術(shù)開發(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。該基地擁有梅賽德斯-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60萬輛，實現(xiàn)連續(xù)11年增長。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，通過運維管理的升級來提高生產(chǎn)設(shè)備的可用性成為關(guān)鍵著力點。
北京奔馳與西門子攜手共創(chuàng)，在其MRA工廠沖壓車間（一期）的米勒萬家頓機械沖壓線上成功部署了壓機的智能預(yù)測性維護系統(tǒng)(Smart Predictive Maintenance for Press-line)，實現(xiàn)智慧運維管理。
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，需要見微知著，早治防重，善于“治未病”。
傳統(tǒng)的運維方式是“預(yù)防性維護”，也就是按照一定的時間間隔定期進行全面檢修維護，不考慮具體設(shè)備的實際運行情況和健康狀態(tài)。其中，設(shè)定檢修間隔的時長可是一門學(xué)問。間隔太短會耗費大量人力成本和備品備件，造成過度維護；間隔太長又起不到排除風(fēng)險的作用。而在實際生產(chǎn)過程中，許多工廠往往是在遇到突發(fā)故障之后才臨時安排運維人員處理，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)備的個頭大、價格貴，這意味著備件的準(zhǔn)備和設(shè)備的維修都比較耗時耗力，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就提前處理，避免非計劃停機，顯然可以有效保障工廠穩(wěn)定、高效地生產(chǎn)，并降低運維成本。如此，“預(yù)測性維護”應(yīng)運而生。它可謂是對傳統(tǒng)運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)對生產(chǎn)設(shè)備進行狀態(tài)監(jiān)測和故障隱患預(yù)測，將“意料之外”變成“意料之中”。
張捷是北京奔馳技術(shù)維護運營一部的沖壓維護工程師。在他看來，預(yù)測性維護系統(tǒng)是北京奔馳數(shù)字化發(fā)展中的成功實踐，也是工業(yè)未來的大勢所趨。張捷表示：“隨著北京奔馳持續(xù)推進精益化制造，我們需要進一步降本增效，比如通過數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用為運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，同時提升運維效率和準(zhǔn)確性。這是我們與西門子團隊合作開展預(yù)測性維護項目的初衷?！?
來自西門子數(shù)字化工業(yè)集團客戶服務(wù)事業(yè)部、西門子中國研究院與北京奔馳的專家團隊，攜手為北京奔馳沖壓車間產(chǎn)線打造了壓機智能預(yù)測性維護系統(tǒng)，實現(xiàn)了基于設(shè)備運行數(shù)據(jù)（尤其是振動數(shù)據(jù)）分析的預(yù)測性維護。
得益于該系統(tǒng)，張捷所在的技術(shù)維護運營部的日常工作流程發(fā)生了顯著的改變。過去，運維人員需要頻繁地對主電機、主傳動和液壓站等關(guān)鍵設(shè)備逐一進行巡檢，觀測有無異常的振動和噪聲。如今，北京奔馳能夠借助該系統(tǒng)實時收集設(shè)備運行信息，預(yù)知關(guān)鍵設(shè)備的潛在風(fēng)險，從而科學(xué)地制定出優(yōu)化的維護計劃。
自2019年12月正式上線以來，該系統(tǒng)已經(jīng)幫助北京奔馳成功預(yù)測了多次設(shè)備故障隱患。比如2020年5月，系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)拉伸墊液壓站電機振動異常，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，更換備件可能要花費四五個小時。在收到系統(tǒng)預(yù)警后，北京奔馳及時進行檢修，快速定位問題源頭，在不影響生產(chǎn)節(jié)拍的前提下更換了備件。如此，棘手的非計劃性停機變?yōu)榱硕虝旱挠媱澬酝C。
西門子中國研究院高級研究員周林飛說：“未雨綢繆，這讓大家切實感受到了工業(yè)人工智能的價值所在。”
給設(shè)備來一次“健康檢查”
你一定很好奇，“預(yù)測性維護”這種未卜先知的神奇能力究竟是如何實現(xiàn)的？其實，這與人們?nèi)メt(yī)院進行健康檢查的過程類似。
掛號之后，大家一般要先經(jīng)歷測體溫、抽血、拍CT等檢查，以此獲得身體的各項健康指標(biāo)。之后，醫(yī)學(xué)儀器會自動出具一份便于大家理解的體檢報告，根據(jù)系統(tǒng)中預(yù)設(shè)的模型來判斷身體的各項指標(biāo)是否正常，比如血常規(guī)的檢測數(shù)據(jù)是否落在閾值范圍內(nèi)，并提供個人健康的改善建議。當(dāng)然，醫(yī)療儀器無法直接判斷所有病癥。如果報告所示的健康問題較為復(fù)雜或不確定，醫(yī)生會介入進一步的身體檢查和病情診斷。
同理，預(yù)測性維護系統(tǒng)也需要通過安裝在設(shè)備上的傳感器來采集設(shè)備的“健康數(shù)據(jù)”，為后續(xù)預(yù)測和診斷奠定基礎(chǔ)。以北京奔馳沖壓線為例，西門子為其部署了62個振動傳感器以及10個溫度傳感器，實時采集包括直流電機、變速箱、軸承箱等在內(nèi)的關(guān)鍵設(shè)備運行數(shù)據(jù)。每個傳感器每秒收集的振動數(shù)據(jù)高達兩萬多個。隨后，系統(tǒng)基于機器學(xué)習(xí)技術(shù)對如此龐大的數(shù)據(jù)量進行大數(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、異常檢測模型和趨勢分析模型等。當(dāng)新采集的數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常偏離的時候，系統(tǒng)就會及時發(fā)出警報。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“對癥下藥”地給出指導(dǎo)性維護建議。
人工智能可謂是人類能力的延申。它“不知疲倦”地瞬時捕捉和分析海量數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了全天候?qū)崟r監(jiān)測。不過，人工智能并非萬能，無法完全取代人類的智慧。
在沖壓工藝中，振動直接反映著加工過程中的設(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相互影響、疊加，形成一場大型的“復(fù)合”振動交響曲。很多時候，只有經(jīng)驗豐富的領(lǐng)域?qū)＜也拍堋奥牰本烤故悄膫€“音節(jié)”出現(xiàn)了偏離。因此，西門子也會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)驗的數(shù)據(jù)分析結(jié)果，設(shè)備運行狀態(tài)和趨勢預(yù)測都一目了然。
西門子數(shù)字化工業(yè)集團工廠自動化服務(wù)業(yè)務(wù)主管方威表示：“依靠在振動分析領(lǐng)域的豐富經(jīng)驗和專精知識，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，故障是否真實發(fā)生，進一步提升預(yù)測結(jié)果的準(zhǔn)確性?！?
先知先覺，制勝未來
預(yù)測性維護作為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的“殺手級”應(yīng)用，能夠為包括北京奔馳在內(nèi)的制造企業(yè)帶來顯而易見的益處：從內(nèi)部看，它可以助力企業(yè)減少非計劃停機，降低運維成本并提高生產(chǎn)效率；從外部看，企業(yè)能夠借此建立差異化的競爭優(yōu)勢，從而在激烈的市場競爭中占得先機。
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維來保證生產(chǎn)的連續(xù)性。由西門子助力打造的壓機智能預(yù)測性維護系統(tǒng)，能夠幫助我們推進從傳統(tǒng)運維模式向數(shù)字化、智能化運維模式的變革。我們期待與西門子在未來加強合作，繼續(xù)攜手同行，共同書寫車廠數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級的新藍圖?！?
預(yù)測性維護這一先知先覺的智慧，能夠讓企業(yè)更加胸有成竹地把握當(dāng)下，制勝未來。
