關(guān)于離心泵智能化及路徑探討
2020-10-09 15:55:13力士霸泵業(yè)
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0 前言
當你走進工廠,，除了機床的轟鳴聲和機器人精準的移動之外，幾乎看不到一名工人,；當你外出時,，只要輸入目的地，無人駕駛汽車便自動選擇最暢通的路線,、在最短時間內(nèi)將你安全送達（未來的交通出行,，我們只需要把自己帶上就行了）；當你去便利店購物時,，掃碼即可進店,，無需排隊，無人收銀,，即拿即走,，無感支付；
當你勞累了一天,，在下班的路上通過手機APP,，一鍵遠程控制空調(diào)的開關(guān)、溫度的調(diào)節(jié),，到家無需等待即可享受夏天的清涼或冬日的溫暖,，同時還可以讓按摩機器人幫你放松身體；當你心情不好或在家無聊時,，通過語音或手機APP即可喚醒家庭影音模式,，欣賞音樂或大片，也可以找聊天機器人聊天,；當你走進餐廳,，根本就見不到服務(wù)員，整個用餐過程,，不管是排除,、點餐還是取餐、結(jié)賬,，全靠消費者用支付寶或者口碑自助完成……所有這一切,，都與人工智能相關(guān)。
正如百度創(chuàng)始人,、董事長兼CEO李彥宏的觀點：“人工智能正在喚醒萬物,，催生萬千產(chǎn)業(yè)智能化。人工智能與各行各業(yè)的融會貫通,，將掀起產(chǎn)業(yè)智能化新浪潮,。”
隨著人工智能的普及和廣泛應(yīng)用,，這為傳統(tǒng)制造業(yè)的離心泵行業(yè)帶來了巨大的挑戰(zhàn),，“如何使其智能化”是每個泵制造商不得不面對的現(xiàn)實問題。國外不少泵制造商如美國FLOWSERVE公司,、瑞士SULZER公司,、德國KSB公司等，在“智能泵”方面早已走在了同行的前列,；而國內(nèi)絕大多數(shù)泵廠為了生存,，還一直在中低端泵市場上苦苦掙扎，“智能泵”對于他們來說,，似乎還是遙不可及的夢想,。本文將嘗試就“離心泵智能化及其路徑”進行探討，以期引起同行們的關(guān)注和借鑒,。
1 關(guān)于人工智能
1.1 人工智能的定義
百度百科對人工智能的解釋如下：
人工智能（Artificial Intelligence,，英文縮寫為AI）。它是研究,、開發(fā)用于模擬,、延伸和擴展人的智能的理論、方法,、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門新的技術(shù)科學(xué),。
美國麻省理工學(xué)院的溫斯頓教授認為：“人工智能就是研究如何使計算機去做過去只有人才能做的智能工作?！奔慈斯ぶ悄苁茄芯咳祟愔悄芑顒拥囊?guī)律,，構(gòu)造具有一定智能的人工系統(tǒng)，研究如何讓計算機去完成以往需要人的智力才能勝任的工作,，也就是研究如何應(yīng)用計算機的軟硬件來模擬人類某些智能行為的基本理論,、方法和技術(shù)。
1.2 人工智能與數(shù)據(jù)分析的關(guān)系
很多人或公司錯誤地認為,，只要其工作與數(shù)據(jù)或工作流程相關(guān),，都可以被稱這為人工智能。數(shù)據(jù)分析只是人工智能的基礎(chǔ),。
很多所謂的人工智能公司實際上做的是基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)分析,，他們的技術(shù)來源于數(shù)據(jù)，而且結(jié)果都被用于實現(xiàn)特定的目的,，例如,，根據(jù)預(yù)設(shè)定的規(guī)則識別發(fā)送特定的信息。這種根據(jù)上下文來整理數(shù)據(jù)的做法并不是人工智能,。它們之間的關(guān)鍵區(qū)別在于：人工智能系統(tǒng)具有迭代性,，分析的數(shù)據(jù)越多,，系統(tǒng)就會變得越智能，越能干,，而且越自主化,。真正的人工智能技術(shù)能夠為現(xiàn)實問題提供突破性的解決方案，同時會徹底地顛覆市場,。
1.3 離心泵智能化的必要性
隨著社會的發(fā)展,、科技的進步，人們對健康,、環(huán)保,、安全等方面的要求越來越高。作為通用機械的離心泵,，廣泛應(yīng)用于各行各業(yè),，其各項指標也越來越受到人們的關(guān)注。數(shù)十年來,，其維護方式多為被動式維護（設(shè)備已經(jīng)失效,，進行事故后維修）或預(yù)防性維護（通過采取適當?shù)拇胧缣岣邚姸鹊?，從而防止設(shè)備發(fā)生故障）,。
1）市場的需要
隨著人工智能的出現(xiàn)，預(yù)測性維護將成為一種趨勢,，并成為制造商和用戶所追求的終極目標,。人工智能不僅可以使用戶和/或制造商實時監(jiān)控設(shè)備的運行狀態(tài)，在發(fā)生不可逆的故障或停機之前得到準確的診斷,、確定維護和保養(yǎng)時間,、提高設(shè)備運行可靠性并延長設(shè)備壽命，而且還可根據(jù)實際情況或需要,，優(yōu)化設(shè)備運行方式,、提高運行效率、降低運營成本,。
2）企業(yè)轉(zhuǎn)型升級的需要
在互聯(lián)網(wǎng)時代的大背景下,，商業(yè)模式發(fā)生了巨大的變化。傳統(tǒng)制造業(yè)為了生存和發(fā)展,，企業(yè)必須由單一制造商向服務(wù)商轉(zhuǎn)型,。《中國制造2025》明確提出：要加快制造與服務(wù)的協(xié)同發(fā)展,，推動商業(yè)模式創(chuàng)新,，促進生產(chǎn)制造向服務(wù)型制造的轉(zhuǎn)變 - 就是由單一產(chǎn)品制造向用戶提供一整套系統(tǒng)解決方案。
2 機械保護及狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)
人工智能需要依靠大量的數(shù)據(jù)支撐，而數(shù)據(jù)的獲取離不開各種傳感器,。在探討離心泵智能化之前,，需要了解兩個概念及其之間的關(guān)系 – 機械保護和狀態(tài)監(jiān)測。關(guān)于機械保護系統(tǒng)和狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng),，API 670標準[1]中有明確的定義和說明,。
2.1 機械保護
機械保護系統(tǒng)（Machinery Protection Systems,，縮寫MPS）：感知,、測量、監(jiān)測和顯示機器參數(shù)以表明其運行狀態(tài)的系統(tǒng),。當一個參數(shù)超過預(yù)先定義的限值,、表明出現(xiàn)異常情況時，系統(tǒng)會將事件傳達給操作人員和/或停機系統(tǒng),。該系統(tǒng)的目標是減輕對機器的損壞,。該系統(tǒng)包括傳感器系統(tǒng)、信號電纜,、監(jiān)控系統(tǒng)以及所必需的安裝位置,、安裝夾具和說明文件。
2.2 狀態(tài)監(jiān)測
狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)（Condition Monitoring Systems,，縮寫CMS）：一種測量指定機器過程參數(shù)和預(yù)測趨勢的系統(tǒng),。提供報警、顯示和分析工具,，用于檢測和識別發(fā)展中的故障,。允許繼續(xù)監(jiān)視檢測到的故障以確定其傳播和嚴重性。也可用于管理機器的運行狀態(tài),，以減少因發(fā)展中的故障而產(chǎn)生的意外停機,。CMS的目標是最大程度地提高可用性，同時降低運營和維護成本,。
2.3 機械保護與狀態(tài)監(jiān)測之間的關(guān)系
實際工程應(yīng)用中,，由于機械保護系統(tǒng)和狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)經(jīng)常安裝在一起，甚至可以緊密地集成在一起,，因此,，很多制造商/供應(yīng)商和用戶通常將兩種系統(tǒng)混為一談。CMS是一種計算機化的數(shù)據(jù)采集和分析工具,，其與MPS最大的區(qū)別在于對運行設(shè)備進行趨勢預(yù)測,。目前，工程應(yīng)用中所采用的基本上為MPS,。MPS與CMS的基本區(qū)別如表1,。
表1 MPS和CMS的基本區(qū)別
機械保護系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)目的感知、測量、監(jiān)測和顯示機器參數(shù),，以表明其運行狀態(tài),。測量機器過程參數(shù)和預(yù)測趨勢的系統(tǒng)。用于檢測和識別發(fā)展中的故障以確定其傳播和嚴重性,。也可用于管理機器的工作條件,。目標防止人員受傷，防止或減輕對機器或環(huán)境的損害智能化地預(yù)測壽命,。使操作人員和管理人員更好地了解關(guān)鍵資產(chǎn)的運行狀況,。
除了以上區(qū)別以外，兩種系統(tǒng)還有一些相似之處,。通常均用于一些重要工況的“關(guān)鍵”設(shè)備,，同時，兩種系統(tǒng)共享許多相同類型的傳感器和相同類型的信號處理功能（通常將MPS的數(shù)據(jù)作為CMS的基礎(chǔ)）,。
3 泵的保護及監(jiān)測
多年來,，制造商一直致力于提高泵的可靠性，并開發(fā)了監(jiān)測泵性能和運行狀況的工具 – 機械保護系統(tǒng),。然而,，這些工具通常只會在故障發(fā)生前或正在發(fā)生時起到“警示或提醒”的作用。
隨著科技的不斷發(fā)展,，可以通過監(jiān)測泵（組）過程參數(shù)的變化 – 狀態(tài)監(jiān)測,，來確定離心泵的運行狀態(tài)，并預(yù)測出機械零部件的壽命,、故障可能發(fā)生的時間,，以便在預(yù)期或規(guī)定的期限內(nèi)對問題進行糾正。
離心泵最常見的監(jiān)測項目通常如下[2]：
溫度/溫升,。特別是軸承和密封腔的溫度,。主要涉及軸承、密封腔,、潤滑油,、冷卻水以及泵進/出口介質(zhì)的溫度；還涉及到泵殼體上/下溫差,。通過對泵進/出口介質(zhì)溫度的監(jiān)測,，有助于預(yù)測汽蝕的發(fā)生；通過對泵殼體上/下溫差的監(jiān)測,，判斷是否進行了充分的暖泵,。
壓力/壓差。主要包括泵進/出口的壓力,、冷卻水及潤滑油的壓力,、機械密封系統(tǒng)壓力；還包括過濾器前后的壓差。
流量,?？梢灶A(yù)測泵殼體/葉輪耐磨環(huán)更換時間及開式葉輪間隙調(diào)整時間；通過流量監(jiān)測還可以確定泵出口再循環(huán)系統(tǒng)的狀態(tài),。
泄漏,。主要用于預(yù)測密封故障或壓力邊界的失效。壓力積聚是監(jiān)測泄漏的一種方式,。通過一個雙重?zé)o壓密封裝置內(nèi)側(cè)密封泄漏,，檢測到密封儲罐隔離液壓力的變化。另一種監(jiān)測泄漏的方式是注意到隔離液流量的變化,。通過一個雙重?zé)o壓密封裝置內(nèi)側(cè)密封泄漏檢測到從密封到排氣系統(tǒng)或收集系統(tǒng)的氣/液體流量的變化,。通過一個雙重有壓密封裝置內(nèi)側(cè)密封泄漏檢測到從循環(huán)系統(tǒng)和儲液罐的隔離液位的變化,。
振動,。引起離心泵振動的原因很多，包括泵本體設(shè)計原因和外部條件因素兩大類,。而泵本體設(shè)計引起的振動主要體現(xiàn)在兩個方面,，機械引起的振動和水力引起的振動。通過振動監(jiān)測可以檢測或診斷出泵及其系統(tǒng)存在的各種問題,。
噪音,。表示泵發(fā)生了汽蝕、動/靜零部件出現(xiàn)摩擦,、軸承損壞或其它一些異常情況,。
潤滑劑品質(zhì)。通過對潤滑劑含水量及固體顆粒的檢測,，預(yù)測潤滑劑的更換周期,。
軸位移。主要用于可傾瓦推力軸承的離心泵,，葉輪和機械密封對軸向位移非常敏感,。
其它可能監(jiān)測的項目有：
應(yīng)變。預(yù)測動/靜零部件之間是否會發(fā)生摩擦,、泵殼體的腐蝕及現(xiàn)場管路支撐問題,；另外，還可以監(jiān)測離心泵軸向力的變化,。
功耗,。檢查泵的效率，預(yù)測發(fā)熱問題,。
轉(zhuǎn)速,。主要用于變速運行的離心泵，以觀察其對泵性能的影響。
液位,。包括供液箱的液位,、潤滑油箱的液位及密封系統(tǒng)緩沖/隔離罐的液位。通過對供液箱液位的監(jiān)測,，可以預(yù)測泵汽蝕的發(fā)生,。
間隙。趨近式表可以記錄開式葉輪與泵殼體之間的間隙,。
軸撓度,。通過安裝于泵體上的趨近式表來測量軸撓度，以確保旋轉(zhuǎn)部件與靜止部件不會發(fā)生接觸,。同時,，軸撓度過大，會導(dǎo)致耐磨環(huán),、機械密封和軸承過早失效,。
在實際工程應(yīng)用中，可以將泵（組）的監(jiān)測集成為兩個大的模塊：性能監(jiān)測模塊和機械運轉(zhuǎn)監(jiān)測模塊,。也可以根據(jù)監(jiān)測內(nèi)容的不同,，進一步細分為：振動監(jiān)測模塊、壓力/差壓監(jiān)測模塊,、溫度/溫差監(jiān)測模塊,、轉(zhuǎn)速監(jiān)測模塊、汽蝕監(jiān)測模塊,、泄漏監(jiān)測模塊,、液位監(jiān)測模塊、潤滑劑品質(zhì)監(jiān)測模塊,、應(yīng)變監(jiān)測模塊等,。根據(jù)不同需要，這些模塊可以進行隨意組合,。
4 數(shù)據(jù)收集
過去,，從離心泵及其驅(qū)動設(shè)備上收集數(shù)據(jù)需要花費大量的時間。隨著傳感器及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展,，無線傳感器應(yīng)運而生,，實時體現(xiàn)設(shè)備運行狀態(tài)的數(shù)據(jù)收集變得越來越簡單且自動化。
無線傳感器產(chǎn)品為系統(tǒng)級產(chǎn)品,，包括現(xiàn)場無線傳感器,、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)關(guān)和監(jiān)控主機等在內(nèi)的整體解決方案。無線傳感器終端產(chǎn)品在檢測和監(jiān)測市場將普遍應(yīng)用于智慧城市,、智慧能源,、智慧制造,、智慧工廠等各種領(lǐng)域。
離心泵的運行狀態(tài)可以通過監(jiān)測到的許多跡象來評估[3],。
以振動監(jiān)測為例,，無線振動傳感器可以提供潛在問題的早期預(yù)警，通過監(jiān)測可以檢測到泵中存在的各種問題,，包括軸承問題,、轉(zhuǎn)子部件的不平衡或不對中、泵和電機部件的連接松動以及聯(lián)軸器的問題,。
接觸式振動監(jiān)測傳感器安裝在軸承座上以檢測振動的變化,。這些傳感器可以永久性安裝并連續(xù)監(jiān)控，也可以臨時性安裝,，作為基于路由的定期監(jiān)控系統(tǒng)的一部分,。
數(shù)據(jù)可以在設(shè)備的多個位置和方向（水平、垂直和軸向）上收集,，振動數(shù)據(jù)被記錄下來,，可以通過遠程或程序進行分析以識別故障。
如果我們選擇監(jiān)測泵的性能,、并使用這些數(shù)據(jù)來預(yù)測即將發(fā)生的密封或軸承失效（故障）,，可以通過多種不同的傳感器對以下過程參數(shù)進行監(jiān)測和收集：
1）泵進/出口介質(zhì)溫度。
2）泵進/出口介質(zhì)壓力,。
3）泵軸的撓度。
4）泵的出口流量,。
5）泵的惰走時間（@停泵時）,。
6）軸承座振動或軸振。
7）泵（組）噪音的變化,。
8）電動機的電流變化等,。
汽蝕是離心泵運行過程中較常見的一種故障，汽蝕會損傷密封件并縮短零部件的壽命,。如果我們選擇監(jiān)測泵是否會發(fā)生汽蝕,，那么必須監(jiān)測以下過程參數(shù)：
1）入口壓力下降。
2）入口溫度上升,。
3）入口流量降低,。
4）出口揚程下降。
5）泵轉(zhuǎn)速增加,。
6）振動增加,。
7）噪音增加等。
5 數(shù)據(jù)傳輸
美國水力協(xié)會和美國石油協(xié)會分別在ANSI/HI 9.6.5 "Rotary Pumps - Guideline for Condition Monitoring s",、API670 "Machinery Protection Systems"最新版本中介紹了無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的創(chuàng)新,。有幾種拓撲結(jié)構(gòu)將無線傳感器連接到接收站進行數(shù)據(jù)處理,。圖1顯示了振動診斷星形拓撲網(wǎng)絡(luò)。星形拓撲是由一個中心節(jié)點（通常是一個交換機或集線器）組成的網(wǎng)絡(luò),，其作為傳輸信息的管道,。
在基于狀態(tài)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中，主要接收機節(jié)點（PRNs）同時與多個振動傳感器節(jié)點進行通信,，以收集及時振動數(shù)據(jù),。
反過來，PRNs通過收集服務(wù)器（CS）直接連接到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器計算機或公司的主干網(wǎng)絡(luò),。
實際上,，傳感器網(wǎng)絡(luò)是一個兩層星形網(wǎng)絡(luò)，中央的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器計算機直接連接到傳感器網(wǎng)絡(luò),，其規(guī)模從一個非常簡單的兩傳感器網(wǎng)絡(luò)擴展到三傳感器網(wǎng)絡(luò),。可以監(jiān)控從單臺機器的運行狀況到數(shù)百臺機器上的傳感器的超大型網(wǎng)絡(luò)的所有內(nèi)容,。
圖1 顯示了收集服務(wù)器如何連接到工廠或設(shè)備的網(wǎng)絡(luò),。
其中包括直接連接到公司主干內(nèi)部網(wǎng)的以太網(wǎng)、連接到公司現(xiàn)有無線網(wǎng)絡(luò)的Wi-Fi或藍牙連接,，以及通過蜂窩電話運營商連接到Internet的蜂窩網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)連接,。該網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)示例突出了無線、在線狀態(tài)監(jiān)測策略在易于安裝和可擴展性/可測量性方面的優(yōu)勢,。
圖1 - 振動診斷星開拓撲系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)示例（來源于美國水力協(xié)會標準）
射頻（RF）無線通信能力包括傳輸范圍,、可靠性和數(shù)據(jù)流率，將無線解決方案用于特定應(yīng)用時,，不得不在性能和功能方面進行權(quán)衡,。為此，出現(xiàn)了不同的無線通信解決方案,，以滿足不同需求的市場,。例如，藍牙適用于短距離通信的設(shè)備,；而無線HART可以實現(xiàn)低數(shù)據(jù)速率的大型網(wǎng)絡(luò),；Wi-Fi支持高數(shù)據(jù)速率，但不適用于電池供電操作,。
為了實現(xiàn)萬物互聯(lián)以及海量數(shù)據(jù)的傳輸,，目前出現(xiàn)了新的無線通信解決方案5G。
5G具有高傳輸速度,、泛在網(wǎng)（網(wǎng)絡(luò)廣泛覆蓋社會生活的每一個角落,，比如地下車庫、衛(wèi)生間,、高山峽谷等）,、低功耗,、低延遲、萬物互聯(lián)等特點,。
6 智能分析預(yù)測未來
對于收集到的泵（組）大量運行狀態(tài)的信息,，需要強大計算的支持，這將涉及到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺和工業(yè)APP,。
6.1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺[4]
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是全球工業(yè)系統(tǒng)與高級計算,、分析、感應(yīng)技術(shù)以及互聯(lián)網(wǎng)連接融合的結(jié)果,，包括邊緣,、平臺（工業(yè)PaaS）、應(yīng)用三大核心層級,。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺是工業(yè)云平臺的延伸發(fā)展,，其本質(zhì)是在傳統(tǒng)云平臺的基礎(chǔ)上疊加物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù),、人工智能等新興技術(shù),，構(gòu)建更精準、實時,、高效的數(shù)據(jù)采集體系,，建設(shè)包括存儲、集成,、訪問,、分析、管理功能的使用平臺,，實現(xiàn)工業(yè)技術(shù),、經(jīng)驗、知識的模型化,、標準化、軟件化,、復(fù)用化,，不斷優(yōu)化研發(fā)設(shè)計、生產(chǎn)制造,、運營管理等資源配置效率,，以工業(yè)APP的形式為制造企業(yè)提供各類創(chuàng)新應(yīng)用，最終形成資源富集,、多方參與,、合作共贏、協(xié)同演進的制造業(yè)新生態(tài),。
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺功能架構(gòu)圖及設(shè)備智能運維云平臺詳見圖2,、圖3和圖4,。
圖2 - 工來互聯(lián)網(wǎng)平臺功能架構(gòu)圖（來源于《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺白皮書2017》）
圖3 – 設(shè)備智能運維云平臺架構(gòu)參考圖a（來源于博華科技網(wǎng)頁）
圖4 – 設(shè)備智能運維云平臺架構(gòu)參考圖b（來源于博華科技網(wǎng)頁）
工業(yè)設(shè)備運行過程中高頻數(shù)據(jù)（信息）采集，往往會對網(wǎng)絡(luò)傳輸,、平臺存儲與計算處理等方面帶來性能和成本上的巨大壓力,。為了避免此類情況的發(fā)生，將會用到“邊緣計算”,。在邊緣層進行數(shù)據(jù)的預(yù)處理和緩存,，成為了主要平臺企業(yè)的共同做法。
當前,，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺應(yīng)用覆蓋范圍不斷擴大,，數(shù)據(jù)分析程度不斷加深，從以可視化為主的描述性分析,，到基于規(guī)則的診斷性分析,、基于挖掘建模的預(yù)測性分析和基于深度學(xué)習(xí)的指導(dǎo)性分析。
1）設(shè)備維護場景中
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺結(jié)合設(shè)備歷史數(shù)據(jù)與實時運行數(shù)據(jù),，構(gòu)建數(shù)字孿生,，及時監(jiān)控設(shè)備運行狀態(tài)，并實現(xiàn)設(shè)備預(yù)測性維護,。
2）能耗管理場景中
基于現(xiàn)場能耗數(shù)據(jù)的采集與分析,，對設(shè)備、產(chǎn)線,、場景能效使用進行合理規(guī)劃,，提高能源使用效率，實現(xiàn)節(jié)能減排,。
3）產(chǎn)品/裝備遠程預(yù)測性維護場景中
在平臺中將產(chǎn)品/裝備的實時運行數(shù)據(jù)與其設(shè)計數(shù)據(jù),、制造數(shù)據(jù)、歷史維護數(shù)據(jù)進行融合,，提供運行決策和維護建議,，實現(xiàn)設(shè)備故障的提前預(yù)警、遠程維護等設(shè)備健康管理應(yīng)用,。
6.2 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)APP[5]
隨著制造業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)融合發(fā)展的縱深推進,，制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化,、智能化轉(zhuǎn)型步伐加快,，APP從消費領(lǐng)域向工業(yè)領(lǐng)域快速滲透。世界主要發(fā)達國家正在加快布局工作互聯(lián)網(wǎng)平臺,，大力部署工業(yè)APP,，通過激活工業(yè)數(shù)據(jù)和知識資源，賦能工業(yè)提質(zhì)增效和轉(zhuǎn)型升級,。
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)APP（以下簡稱工業(yè)APP）是基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng),，面向工業(yè)產(chǎn)品全生命周期相關(guān)業(yè)務(wù)的場景需求,，把工業(yè)產(chǎn)品及相關(guān)技術(shù)過程中的知識、最佳實踐及技術(shù)訣竅封裝成應(yīng)用軟件,。其本質(zhì)是企業(yè)知識和技術(shù)訣竅的模型化,、模塊化、標準化和軟件化,，能夠有效促進知識的顯性化,、公有化、組織化,、系統(tǒng)化,，極大地便利了知識的應(yīng)用和復(fù)用。
工業(yè)APP既可以安裝,、部署和運行在諸如工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺,、工業(yè)通用設(shè)計軟件平臺、生產(chǎn)管控平臺等系統(tǒng)平臺上,，也可以單獨使用在電腦單機上,。用戶可以根據(jù)使用需求安裝、使用,、相互調(diào)用,、流通、卸載或更換,，操作快速,、方便、靈活,。見圖5,。
圖5 – 工業(yè)APP開發(fā)及應(yīng)用參考架構(gòu)圖（來源于《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺白皮書2017》）
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)帶來工業(yè)數(shù)據(jù)的爆發(fā)式增長，大數(shù)據(jù)與機器學(xué)習(xí)方法正在成為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的標準配置,。工業(yè)APP可由工業(yè)大數(shù)據(jù)驅(qū)動,，調(diào)用大數(shù)據(jù)與機器學(xué)習(xí)微服務(wù)或能力，替代人工積累經(jīng)驗,，并自動發(fā)現(xiàn)知識,，實現(xiàn)自診斷、預(yù)測與優(yōu)化,、決策支持。
企業(yè)可以按照工業(yè)APP構(gòu)建自有技術(shù)體系,。工業(yè)APP通過將行業(yè)工業(yè)技術(shù)結(jié)構(gòu)化,、數(shù)字化和模型化，可以建立各種工業(yè)技術(shù)之間的有序關(guān)聯(lián),，形成覆蓋工業(yè)產(chǎn)品研發(fā),、生產(chǎn)和運維全過程的完整知識圖譜,。借助工業(yè)APP的可存儲、可計算和可升級,，不斷地促進著企業(yè)知識的更新?lián)Q代,。
6.3 專家系統(tǒng)
盡管離心泵屬于通用機械，但由于其專業(yè)性非常強,，屬于一門半理論半經(jīng)驗的學(xué)科,，要想順利完成智能化轉(zhuǎn)變，需要專家系統(tǒng)的支持,。
專家系統(tǒng)是一個具有大量專門知識與經(jīng)驗的程序系統(tǒng),，根據(jù)某個領(lǐng)域的專家提供的知識和經(jīng)驗進行推理和判斷，模擬人類專家的決策過程,。一般的專家系統(tǒng)由知識庫,、數(shù)據(jù)庫、推理機及知識獲取器五個部分組成,。
專家系統(tǒng)在工業(yè)企業(yè)中的典型應(yīng)用：
1）診斷型專家系統(tǒng),。根據(jù)癥狀，得到故障的原因及排除故障的方案,。如設(shè)備的故障診斷,。
2）解釋型專家系統(tǒng)。根據(jù)表征現(xiàn)象和信息解釋其深層含義,。如頻譜分析,。
3）預(yù)測型專家系統(tǒng)。根據(jù)以往數(shù)據(jù)預(yù)測未來情況,。如根據(jù)趨勢預(yù)測設(shè)備壽命,。
4） 控制專家系統(tǒng)。根據(jù)控制過程的狀態(tài)變化,，依據(jù)專家經(jīng)驗,，合理地選擇控制動作，達到優(yōu)化的目的,。
6.4 數(shù)據(jù)挖掘
數(shù)據(jù)挖掘是指從大量的,、模糊的、隨機的數(shù)據(jù)中通過算法搜索或提取隱藏于其中的潛在有用的信息和知識的過程,，是一種能夠智能的自動的將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成有用信息和知識的技術(shù)及工具,。
數(shù)據(jù)挖掘在工業(yè)企業(yè)中的典型應(yīng)用：
1）商務(wù)。主要包括電子商務(wù),、客戶關(guān)系管理等,。可以用數(shù)據(jù)挖掘發(fā)現(xiàn)電子商務(wù)客戶的共性和個性的信息、獨立和關(guān)聯(lián)的信息,、現(xiàn)實和預(yù)測的信息等,，所有這些信息經(jīng)過分析，能對客戶的消費行為等做出統(tǒng)計和分析,，為管理者提供決策依據(jù),。
2）運維。通過對歷史時間序列數(shù)據(jù)的挖掘,、分析,，預(yù)測未來一段時間內(nèi)的發(fā)展趨勢及其帶來的影響。
6.5 實際工程案例
實際工程應(yīng)用中,，制造商可以將結(jié)合了理論知識,、設(shè)計數(shù)據(jù)和最佳工程實踐的離心泵專家系統(tǒng)進行標準化、模型化,、軟件化封裝成不同的工業(yè)APP,，如振動、性能,、壽命預(yù)測APP等,，通過數(shù)據(jù)對比、推理,、判斷和挖掘,，以發(fā)現(xiàn)設(shè)備運行中可能潛在的問題，最終的目的是優(yōu)化運行,、提高效率,、延長壽命，同時實現(xiàn)對設(shè)備預(yù)測性維護,。
某核電站反映現(xiàn)場位號為3CEX002MO（立式VS6）的離心泵組長期存在電動機上軸承（座）振動偏高的問題,，提供了以下信息、并做出自己的初步判斷：
1）振動值不穩(wěn)定,，泵組啟動后在1~7 mm/s之間來回波動,。
2）停泵狀態(tài)下（相鄰泵組在運行），電動機上軸承振動達到2 mm/s,。
3） 單泵試車期間振動正常,，凝汽器抽真空后再啟動，振動明顯升高,。
4） 泵的振動隨流量升高呈下降趨勢,。
現(xiàn)場實測振動頻率與電機上部的固有頻率一致，由此,，現(xiàn)場懷疑電機的振動是由于流體激振頻率和電動機固有頻率之間產(chǎn)生共振所致,。
帶有專家系統(tǒng)的振動診斷工業(yè)APP（如有）所列出的引起振動偏高的可能的原因有：
1） 轉(zhuǎn)子部件不平衡,。
2） 軸發(fā)生彎曲或變形。
3） 動/靜零部件發(fā)生碰擦,。
4） 軸承存在缺陷或損壞。
5） 泵組接近臨界轉(zhuǎn)速運行,。
6） 零部件松動或損壞,。
7） 零部件強度不足。
8） 基座松動,。
9） 基礎(chǔ)強度不足,。
10） 泵在偏小流量或偏大流量處運行。
11） 泵入口壓力偏低和/或進水箱壓力偏低,。
12） 泵發(fā)生汽蝕,。
13） 泵葉輪葉片外圓與導(dǎo)葉之間的徑向間隙偏小（葉片通過頻率產(chǎn)生的低頻振動）,。
14）泵組不對中,。
15）泵或管路沒有充分地排氣。
16）潤滑油/脂品質(zhì)下降……
由于該泵為成熟產(chǎn)品,，已廣泛應(yīng)用于國內(nèi)各大核電站,，具有很多相同工況非常良好的運行業(yè)績。經(jīng)帶有專家系統(tǒng)的工業(yè)APP（如有）對所有信息的對比,、分析,、排除、推理,，最終判斷電動機上軸承振動偏大可能的原因如下：
1）現(xiàn)場基礎(chǔ)強度不足（相鄰泵之間互相干擾）,；和/或
2）機械松動（檢查泵組地腳螺栓是否松動）；和/或
3）泵偏離高效區(qū)運行,。
說明：以上僅提供一種可參考的預(yù)測或診斷思路,，結(jié)果不一定非常準確。
7 分析結(jié)果的實施
當發(fā)現(xiàn)潛在問題時,，監(jiān)控系統(tǒng)可以通過自動電子郵件報告通知設(shè)備供應(yīng)商和/或用戶和/或現(xiàn)場操作人員,，確定報警級別（是否需要立即處理還是需要關(guān)注）和產(chǎn)生的根本原因，提出可行的解決方案,。故障模式包括軸承故障,、機械密封失效、性能偏差,、聯(lián)軸器未對中,、轉(zhuǎn)子不平衡、汽蝕,、基礎(chǔ)松動,、振動、噪聲等。
對于某些潛在問題,，如性能偏差,，可以通過現(xiàn)場操作人員或者手機客戶端APP、工業(yè)APP來調(diào)整設(shè)備的運行,，甚至可以由工業(yè)APP自動調(diào)整,。
8 離心泵智能化現(xiàn)階段建議
8.1 由簡到繁
在現(xiàn)階段，我國離心泵行業(yè)可以借鑒國際同行的一些做法,，由簡到繁 - 先對泵賦予某一單一智能化功能（如優(yōu)化運行方式,、自動啟停泵的數(shù)量等）；然后,，在經(jīng)驗及市場需求的基礎(chǔ)上,，不斷對泵賦予更多的智能化功能。這樣的案例比較多,。
德國KSB公司為Calio和Calio S型系列循環(huán)泵專門開發(fā)了一套智能化動態(tài)控制系統(tǒng),，它們基于算法自動調(diào)整泵的流量和揚程，使工作點始終處于最優(yōu)狀態(tài),。
由于用戶/設(shè)計院通常不知道較準確的現(xiàn)場系統(tǒng)阻力曲線,，因此，設(shè)計人員會選擇一個比系統(tǒng)阻力曲線高得多的設(shè)計曲線,，從而導(dǎo)致泵的使用功率超過了實際需要的功率,，造成不必要的能源浪費。動態(tài)控制系統(tǒng)依據(jù)從泵組內(nèi)部信號中自動收集到的信息,，可以自行判斷出系統(tǒng)阻力曲線,，然后自動優(yōu)化運行工況。
丹麥GRUNDFOS公司推出了一款實時分析和診斷機器健康的解決方案系統(tǒng)GMH,。GMH系統(tǒng)為工業(yè),、自來水廠和商業(yè)應(yīng)用的旋轉(zhuǎn)設(shè)備提供準確的內(nèi)部分析。它使用先進的無線傳感器監(jiān)控泵及其系統(tǒng),，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)桨踩脑破脚_,，該平臺上的算法可檢測到最小的振動、溫度變化和磁通量,。任何異常都將轉(zhuǎn)換為可執(zhí)行的任務(wù)并發(fā)送給維護團隊,，從而延長設(shè)備的使用壽命并提高運營效率。
2018年,，F(xiàn)ramo公司為Aker BP公司提供的用于Ivar Aasen油田的智能海水提升泵,，基于傳感器提供的大量實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，在工業(yè)AI軟件公司Cognite算法的支持下,，可以預(yù)測設(shè)備的狀況,、預(yù)見未來泵將發(fā)生的情況,，從而增加泵的正常運行時間，并對其進行預(yù)測性維護,。
美國FLOWSERVE公司開發(fā)了基于網(wǎng)絡(luò)的軟件程序 - IPS觀察平臺和Flowstar.net,，可以實現(xiàn)：通過簡化的示意圖查看性能狀態(tài)；監(jiān)控實時設(shè)備性能,；進行預(yù)測分析,；基于事實和可證實數(shù)據(jù)的糾正措施建議；回顧設(shè)備歷史信息,；管理設(shè)備更換、維修,、保養(yǎng),、調(diào)整的時間及成本等。
至于離心泵運行維護方面的APP的開發(fā)：
1）對于一些有實力的企業(yè),，可以自行開發(fā),。
2）對于沒有自行開發(fā)能力的企業(yè)，可以與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺商或第三方開發(fā)商/開發(fā)者合作,，共同開發(fā),。
8.2 人機結(jié)合
無論基于技術(shù)、成本還是歷史經(jīng)驗,，現(xiàn)階段離心泵都無法達到完全的智能化,。因此，通常的做法是進行人機結(jié)合的方式,，來處理現(xiàn)場潛在的或已經(jīng)出現(xiàn)的問題,。
9 總結(jié)
離心泵智能化是市場和企業(yè)轉(zhuǎn)型升級的需要。
智能來自所收集的數(shù)據(jù),、如何對其進行分析以及如何實施分析的結(jié)果,。
智能化有助于預(yù)測性維護、優(yōu)化系統(tǒng)運行,、節(jié)省停機時間和能源消耗,。同時，通過更主動的預(yù)測性的維護模型,，增加設(shè)備壽命和操作安全性,。
智能化離不開工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺和工業(yè)APP。
現(xiàn)階段,，離心泵智能化應(yīng)由簡到繁,、采用人機結(jié)合的方式。
參考文獻
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[5] 中國工業(yè)APP聯(lián)盟，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)APP發(fā)展白皮書（2018年）,，2018年6月
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