维护自动化:创建数据集成的新配方

几十年来，流程制造已经从自动化中获益。在国际自动化学会的ISA-95企业控制系统集成的指导下，组织希望采用基于自动化标准的最佳实践。随着新技术的出现，有更多的方法来应用自动化标准。

在工业4.0下，数字化在流程制造之外的部门和行业催生了无数新的制造技术和系统。这些包括:

• 面向服务的体系结构。它被认为是复杂企业资源规划(ERP)系统成功的关键，并且在集成、可扩展性、敏捷性和可重用性方面具有许多优点。
• 工业物联网(IIoT)。这项技术不再是一个流行词;它正在改变我们监控关键设备以及与这些设备交互的方式，比如智能传感器。
• Wi-Fi和数字网络。这些正在成为工业连接的主要替代方案，5G无线网络通常被认为是一种有前途的技术，可以实现无处不在的、可扩展的工业无线通信连接。
• 大数据、边缘计算、机器人、人工智能(AI)、机器学习、应用程序接口(api)和增强/虚拟现实(AR/VR)。这些技术已经从概念发展到试点阶段，很快就会被广泛采用。

推动技术发展已经足够具有挑战性，但随后COVID-19大流行爆发。COVID-19的破坏加剧了工厂经理对系统改进的紧迫性，这些系统改进以前被视为“未来的考虑”。

例如，远程监控资产状况已经从“想要”变成了“需要”——这是在短期内有效并在长期内具有竞争力的必要条件。根据Fluke可靠性研究，截至2020年夏末，约82%的维护组织正在考虑如何有效地增加或增加数字化技术。与此同时，超过35%的公司经历了至少四分之一的产量下降，只有15%的公司运营“正常”。

这些公司中的许多公司都了解自动化如何在日常运营中实现有价值的步骤变化。之前的许多工业物联网试点都未能达到预期。有时这是由于系统冲突、技术限制，或者更常见的是由于沟通和变更管理方面的差距。

如今的制造业环境比以往更加精简。计划人员寻求最大程度地优化计划，以便当人们在现场工作时，工作的优先级和执行基于它如何适应大局。

为了有效地做到这一点，团队需要的不仅仅是部落知识或特别的标准操作程序。他们需要一个更好的框架来实现成功的数字化。

借用一个结构框架:企业和控制系统的5个层次

ISA-95和自动化金字塔为自动化企业和控制系统的五个级别之间的接口提供了一个关键框架:

1. 物理生产过程
2. 传感器
3. 监测和监督
4. 制造运营管理
5. 业务计划和物流。

ISA-95的制定是因为不同行业、系统、部门和目标之间的差异使得沟通和协作具有挑战性。由于缺乏共同语言，企业遭受了损失。ISA-95现在已经是第35个年头了，它继续被重新验证，并被纳入更多的技术中。这些技术和计划中的许多继续集中在工艺制造上。

自动化系统集成有助于其他行业

经过验证的系统集成思想现在需要在工艺制造之外。通过将ISA-95框架扩展到其他行业，许多行业可以从提高产量到降低成本中获得同样的好处。

自动化思想家经常使用金字塔来显示层次之间的相互作用。图2中的自动化金字塔示例已更新，以包括物理层的IIoT。

如果对自动化金字塔进行调整，以反映在非流程工业的制造操作中发现的水平或层次，会发生什么?它可能类似于图2。

金字塔的层帮助识别来自对整个系统各方面有用的各种子例程的数据点。重新配置金字塔以支持维护和可靠性操作(MRO)会在底部增加一个“流程”层。它调整其他级别，以反映与更大的工厂和组织架构的维护交互。

通过适当的框架来支持内部协作和集成，数字化可以更好地帮助运营度过资源紧张的时期。但是，就像1995年的过程制造一样，投资回报率必须从一开始就成为核心考虑因素。为了让金字塔有用，它必须帮助维护负责人确定连接的系统在哪里会对他们的设施产生最显著的积极影响。

将自动化金字塔框架应用于资产管理

在大多数设施中，维护和运营团队联系得越紧密，他们的行动产生的效益就越大。

考虑对特定资产进行故障排除的过程。技术人员可能会采取各种测量方法来找到问题的根本原因，但他们只在当时使用这些测量方法。如果这些数据可以保存在资产的健康历史记录中，则有助于制定更广泛的机器维护策略——可能会调整检查特定参数的频率，减少计划外故障，并延长资产的总体寿命。

制造自动化金字塔级别

级别1:流程

• 这一层包括p物理资产、维护和可靠性团队(M&R)那爱护他们，爱护机器操作员．
• 一些资产是有线或无线连接的，而其他资产则是可视管理

第2级:现场工具和传感器

• 设备- - - - - -关卡工具和传感器提供手册以及自动化的读数;目前并不是所有来自未连接的测量设备的数据都被保存或跟踪，并不是所有传感器数据为在一个有用的格式．
• 无线传感器应用于传统机器正在带来一种更重要的将资产百分比转换成电子视图．

第3级:监控和数据采集(SCADA)

• 而大多数制造商采用SCADA/可编程逻辑控制器(PLC)）系统，少于30%可以将此信息用于资产管理．

• 早期人工智能(人工智能）对SCADA数据的研究湖泊正在寻找适用的健康指标数据来触发工作单，为有意义的实时工作创造了潜力，早期探测工作单．
• 整合水平- - - - - -3 .将SCADA数据导入米aintenance一个utomation/企业资产管理(像她们）框架可以提高o整体e设备e有效性(OEE）而且米eant输入法设置torepair (MTTR）．它还通过帮助自动化工作订单创建和优先级排序，减少停机时间并补充技能短缺。

第4级:企业资产管理(EAM)

• EAM或电脑化维修管理系统(测量机）M&R系统有记录吗．
• 集成EAM和米aintenance一个自动化框架支持从日历转移工作- - - - - -到基于条件的pm，根据实际资产状态对工作进行优先级排序。

• 将有意义的数据绑定到资产管理系统相当于一步,影响日常决策的数据数量和质量的变化。

第5级:企业资源规划(ERP)

• 将第1层到第4层集成到公司的主要业务层，将准确的M&R数据提供给整个财务会计和报告系统．它increas西班牙文的M&R贡献的可见性S对公司的底线和授权年代工厂管理层的数据驱动决策。
• 主要指标包括totalc资产所有权的大部分和计划v之间的成本比较与条件- - - - - -基础的工作．

利用P-F曲线、FMEA、RCA优化设备生命周期

如果自动化金字塔应用于资产管理的最佳实践会怎样?可靠性工程使用几个框架来优化设备的生命周期。它们是潜在失效(P-F)曲线、失效模式和影响分析(FMEA)和根本原因分析(RCA)。

特别是，P-F曲线说明了资产走向失败的过程。x轴表示到故障的时间，从资产的设计和安装开始，y轴表示资产对故障的抵抗力。可靠性工程师将该曲线与他们对资产故障模式的了解结合起来，计划预测性数据收集和状态监测。

如果我们将图2中维护自动化金字塔的逻辑与图3中P-F曲线的资产生命周期逻辑结合起来，我们可能能够更好地确定在何时何地应用哪种智能传感器和其他连接的可靠性技术。图4说明了这两个框架如何相互支持。

请记住:获得最大效益(ROI)不仅需要延长机器寿命，还需要绝对充分利用人员的时间和精力。自动化金字塔可能是行业所需要的基础设施，用于推进维护操作，使其更加远程，并创建我们可以构建的可伸缩架构(参见侧栏)。

投资回报

图5所示的维护自动化的短期ROI收益应该在30天内实现，因为平均修复时间(MTTR)和诊断时间减少了。这推动了整个资产可用性和单元的增加。然而，最重要的短期维护和维修(M&R)节省来自基于日历的计划维护(PM)事件的减少。可预防的费用包括:

• 携带和消耗零件的成本
• 扳手的时间
• 健康、安全和环境方面的考虑
• 停机时间
• 损坏风险。

通过记录、跟踪和监控从实际运行时间到机油分析和其他状态信息的机器健康数据，维护操作团队获得了所需的数据，以减少进行pm的总数。

随着金字塔上下集成的提高，以及可用和准确数据库的增长和从“大数据”到“可操作数据”的转变，长期维护自动化的好处也会增加。虽然大规模的人工智能(AI)和商业智能(BI)解决方案还不成熟，但它们正在取得进展。现在是准备有用解释的数据的时候了。

增加现场技术人员

随着2020年的数字化加速和其他复杂情况的出现，增强该领域的技术人员已成为一个更高的优先级。金字塔并不会改变工作流程，而是会在团队成员收到通知和流程开始时加速。将监控和数据采集(SCADA)级别的数据集成到现场级别，可以在没有人在场或没有SCADA专业知识的情况下进行早期检测。

这种维护自动化项目应该在短期内帮助团队专注于他们最擅长的事情——允许他们专注于他们工作的关键和基本性质，优先考虑工作，并立即通知紧急资产事件。

进一步将维护数据与企业资源计划(ERP)联系起来有助于证明运营费用和活动的合理性。对于许多人来说，这是帮助整个组织中的其他团队真正掌握维护操作交付的价值的唯一方法。

从长远来看，维护自动化策略应该提高团队依赖基于状态的维护(CBM)的能力，并减少基于日历的pm的数量。

从定期维护到实际需要做的事情的变化有许多记录在案的好处，从人工和零件成本到安全。对于大多数团队来说，这可能是一个艰难的过渡。清晰的沟通、变革管理和真正的伙伴关系是必不可少的。

布莱恩•哈里森， CRL是Fluke可靠性的工业物联网行业领导者。由副主编克里斯·瓦夫拉编辑，控制工程， CFE媒体与技术，cvavra@cfemedia.com．

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关键词:工艺制造，自动化金字塔，维修自动化

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