編輯按
工業(yè)設(shè)備上云是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)建設(shè)和應(yīng)用的重點(diǎn)、難點(diǎn)，也是切入點(diǎn)，意義十分重大。2018年7月工信部發(fā)布的《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)建設(shè)及推廣指南》，提出要“實(shí)施工業(yè)設(shè)備上云‘領(lǐng)跑者’計(jì)劃”，并明確了四類十大重點(diǎn)工業(yè)設(shè)備，即以煉鐵高爐、工業(yè)鍋爐、石化設(shè)備為代表的高能耗設(shè)備，以柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、大中型電機(jī)、大型空壓機(jī)為代表的高通用設(shè)備，以工程機(jī)械、數(shù)控機(jī)床為代表的高價(jià)值設(shè)備和以風(fēng)電、光伏為表的新能源設(shè)備。
三年來，工業(yè)設(shè)備上云取得了重大進(jìn)展，全國(guó)重點(diǎn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)連接的工業(yè)設(shè)備數(shù)量超過7300萬臺(tái)套，上云深度從狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障診斷向預(yù)測(cè)預(yù)警、精準(zhǔn)運(yùn)維演進(jìn)。為幫助業(yè)界進(jìn)一步明確不同工業(yè)設(shè)備上云面臨的痛點(diǎn)問題、應(yīng)用場(chǎng)景、實(shí)施路徑和推廣前景，賽迪智庫信息化與軟件產(chǎn)業(yè)研究所工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)研究室在調(diào)研40余家企業(yè)的基礎(chǔ)上，編制形成了“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)+工業(yè)設(shè)備上云”系列研究報(bào)告。
大中型電機(jī)面臨著設(shè)備利用效率低、設(shè)備維護(hù)成本高、設(shè)備安全風(fēng)險(xiǎn)大和設(shè)備能耗成本高等痛點(diǎn)問題。以上海電科電機(jī)科技有限公司、中科森尼瑞、山東產(chǎn)研智能電機(jī)研究院等為代表的解決方案企業(yè)積極探索基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)推動(dòng)大中型電機(jī)上云，并開展電機(jī)設(shè)備托管、電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、電機(jī)故障預(yù)警、電機(jī)智能運(yùn)維和電機(jī)能效優(yōu)化等新型應(yīng)用服務(wù)，降低大中型電機(jī)能耗水平，提升大中型電機(jī)精準(zhǔn)運(yùn)維效率。
痛點(diǎn)問題
01設(shè)備利用效率低
大中型電機(jī)被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)制造、城市交通和物流運(yùn)輸?shù)炔煌袠I(yè)，是各種復(fù)雜系統(tǒng)的重要?jiǎng)恿ρb置。但是受限于工藝千差萬別、系統(tǒng)匹配不合理、長(zhǎng)期低負(fù)荷運(yùn)行、調(diào)節(jié)方式落后、工況復(fù)雜多樣等因素，我國(guó)大中型電機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行過程中損耗較多電能，實(shí)際運(yùn)行效率比國(guó)際先進(jìn)水平低10%—20%，設(shè)備利用效率提升空間巨大。
02設(shè)備維護(hù)成本高
電機(jī)系統(tǒng)是一個(gè)包含電機(jī)本體、拖動(dòng)設(shè)備、控制裝置、管網(wǎng)設(shè)施等綜合系統(tǒng)，在溫度、濕度、壓強(qiáng)等環(huán)境參數(shù)不一的各種復(fù)雜工況中運(yùn)行，設(shè)備故障頻率較高。在主要依托人力資源開展設(shè)備維護(hù)的傳統(tǒng)方式中，人力維護(hù)成本和備品備件管理成本居高不下，電機(jī)設(shè)備計(jì)劃外停機(jī)時(shí)間較長(zhǎng)，影響其他生產(chǎn)設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)，會(huì)給企業(yè)帶來巨大損失。
03設(shè)備安全風(fēng)險(xiǎn)大
電機(jī)設(shè)備是一種專業(yè)的高功率電器，其檢修運(yùn)維需要專業(yè)技術(shù)人員和豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，設(shè)備產(chǎn)品安全風(fēng)險(xiǎn)較高。如果安全管理不規(guī)范或工作人員操作不當(dāng)，電機(jī)設(shè)備容易發(fā)生設(shè)備傾斜、設(shè)備砸人等引發(fā)的機(jī)械風(fēng)險(xiǎn)，漏電等引發(fā)的電擊風(fēng)險(xiǎn)，短路等引發(fā)的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，以及輻射風(fēng)險(xiǎn)等，導(dǎo)致重大人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。
04設(shè)備能耗成本高
據(jù)測(cè)算，目前我國(guó)工業(yè)能耗約占總能耗的70%，其中電機(jī)能耗約占工業(yè)能耗的60%—70%，考慮非工業(yè)電機(jī)能耗，電機(jī)實(shí)際能耗約占總能耗的50%以上，是名副其實(shí)的“用電大戶”。我國(guó)電機(jī)產(chǎn)品在設(shè)計(jì)的精細(xì)化、制造的智能化、質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)化等方面明顯不足，高效節(jié)能電機(jī)普及率不高，實(shí)際運(yùn)行功率難以監(jiān)測(cè)，能耗成本普遍較高。
應(yīng)用場(chǎng)景
01電機(jī)設(shè)備托管
推動(dòng)大中型電機(jī)設(shè)備上云，可加速設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的云端匯聚，基于各類機(jī)理模型和算法模型，實(shí)現(xiàn)設(shè)備在少人干預(yù)的情況下高效、安全運(yùn)轉(zhuǎn)，有效提升設(shè)備利用效率。一是信息自感知。高效采集電機(jī)設(shè)備的溫度、功率、工況、振動(dòng)等各類運(yùn)行信息，在云端將相關(guān)數(shù)據(jù)建立聯(lián)系，動(dòng)態(tài)、全面監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。二是業(yè)務(wù)增值決策?；趯?duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的精準(zhǔn)掌控，充分利用行業(yè)知識(shí)圖譜和大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)加速人工操作經(jīng)驗(yàn)的軟件化進(jìn)程，指導(dǎo)設(shè)備在不同情況下的增值決策。三是控制自執(zhí)行。在云端進(jìn)行正確決策的基礎(chǔ)上，將決策信息轉(zhuǎn)換成設(shè)備可理解、可執(zhí)行的決策模型，驅(qū)動(dòng)設(shè)備自我調(diào)節(jié)，在無人干預(yù)情況下實(shí)現(xiàn)安全、高效運(yùn)轉(zhuǎn)。
目前，基于上云的電機(jī)設(shè)備托管應(yīng)用，仍處于市場(chǎng)預(yù)熱階段，尚未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的商業(yè)化推廣。上海電科電機(jī)科技有限公司等企業(yè)正積極完善電機(jī)托管的解決方案，充分消除用戶的顧慮，提高用戶的接受程度，提升用戶的電機(jī)利用效率。
02電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)
推動(dòng)大中型電機(jī)設(shè)備上云，可以實(shí)時(shí)采集和監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)和環(huán)境參數(shù)，打通設(shè)備之間數(shù)據(jù)流通渠道，實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。一是設(shè)備數(shù)據(jù)采集。加快智能傳感器、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)等基礎(chǔ)設(shè)施部署，精準(zhǔn)采集電機(jī)設(shè)備的電流、電壓、頻率、振動(dòng)、噪音、溫度、時(shí)間等運(yùn)行參數(shù)。二是設(shè)備互聯(lián)互通。推動(dòng)電機(jī)設(shè)備與其它設(shè)備數(shù)據(jù)的云端匯聚，消除各類生產(chǎn)設(shè)備間的數(shù)據(jù)孤島問題，實(shí)現(xiàn)設(shè)備數(shù)據(jù)的集成共享和全局可視。三是設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)?；诓杉母黝愒O(shè)備參數(shù)，完善設(shè)備數(shù)字畫像，實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行時(shí)間、環(huán)境等動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的數(shù)字化和可視化，實(shí)時(shí)反映設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。
例如，ABB集團(tuán)通過智能傳感器將低壓電機(jī)與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)相連接，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的連續(xù)監(jiān)測(cè)。傳感器可以便捷地貼附在電機(jī)上，將電機(jī)震動(dòng)、溫度、負(fù)載和能耗等關(guān)鍵數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫?。?shù)據(jù)顯示，這款智能傳感器解決方案可減少高達(dá)70%的電機(jī)停機(jī)時(shí)間，將其使用壽命延長(zhǎng)高達(dá)30%，并通過優(yōu)化電機(jī)性能降低能耗達(dá)10%。
上海電器科學(xué)研究所(集團(tuán))有限公司研發(fā)的智能采傳設(shè)備采用了“傳感器+智能網(wǎng)關(guān)”的一體化設(shè)計(jì)，將其吸附在電機(jī)外殼上，就能實(shí)時(shí)、連續(xù)地采集計(jì)算電流、振動(dòng)、溫度、能耗等多種電機(jī)運(yùn)行參數(shù)，并通過4G、Wifi或有線方式將數(shù)據(jù)上傳至工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，利用機(jī)器學(xué)習(xí)進(jìn)行分析處理，從而針對(duì)電機(jī)實(shí)現(xiàn)精確的狀態(tài)監(jiān)測(cè)、準(zhǔn)確的故障預(yù)警及可靠的預(yù)測(cè)性維護(hù)。
山東產(chǎn)研智能電機(jī)研究院開發(fā)的網(wǎng)格化“環(huán)保管家”電監(jiān)管服務(wù)云平臺(tái)，通過對(duì)生產(chǎn)和環(huán)保設(shè)備的驅(qū)動(dòng)電機(jī)增加物聯(lián)終端實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)、生產(chǎn)和環(huán)保工藝聯(lián)動(dòng)建模、用電數(shù)據(jù)AI分析，結(jié)合環(huán)保部門停/限產(chǎn)管理要求，實(shí)現(xiàn)100%實(shí)時(shí)監(jiān)管和異常預(yù)警;輔以數(shù)字地圖、消息推送、統(tǒng)計(jì)圖表等功能幫助環(huán)保部門對(duì)所轄區(qū)域的環(huán)保治理情況做到無死角、能閉環(huán)的全面掌控。在服務(wù)于環(huán)保電監(jiān)管的同時(shí)，為企業(yè)提供了電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)、故障診斷、健康管理、能源優(yōu)化和工藝合理性分析等更增值的服務(wù)，幫助企業(yè)達(dá)到改善設(shè)備管理、優(yōu)化工藝、節(jié)能降耗的目的，實(shí)現(xiàn)了政府監(jiān)管和企業(yè)提升的“雙贏”。
03電機(jī)故障預(yù)警
推動(dòng)大中型電機(jī)設(shè)備上云，可基于實(shí)時(shí)采集的設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，結(jié)合工業(yè)機(jī)理模型挖掘并預(yù)警設(shè)備故障，減少設(shè)備計(jì)劃外停機(jī)時(shí)間。一是設(shè)備數(shù)據(jù)分析。應(yīng)用大數(shù)據(jù)、人工智能等新興技術(shù)，對(duì)采集的設(shè)備數(shù)據(jù)建立科學(xué)的故障分析模型，為電機(jī)維護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。二是設(shè)備故障預(yù)警。結(jié)合電機(jī)設(shè)備故障分析模型，精準(zhǔn)預(yù)測(cè)設(shè)備故障位置、時(shí)間，減少設(shè)備停機(jī)時(shí)間，全面優(yōu)化檢修流程。三是設(shè)備虛擬運(yùn)維。以設(shè)備故障位置、時(shí)間為基礎(chǔ)，在賽博空間對(duì)設(shè)備運(yùn)維方案進(jìn)行全角度、多方位的仿真驗(yàn)證，確定最佳設(shè)備維護(hù)方案。
例如，中科森尼瑞開發(fā)了電動(dòng)機(jī)預(yù)測(cè)性維護(hù)系統(tǒng)，基于電機(jī)設(shè)備上的各種傳感器，將各類電機(jī)運(yùn)行參數(shù)準(zhǔn)確上傳至云端，全面監(jiān)控電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，基于電參量和非電量?jī)深悢?shù)據(jù)對(duì)電機(jī)進(jìn)行預(yù)測(cè)性維護(hù)。在基于電參量進(jìn)行預(yù)測(cè)性維護(hù)方面，通過利用電機(jī)電流頻譜分析法(MCSA)以及人工智能(AI)預(yù)測(cè)方法，可實(shí)現(xiàn)電機(jī)設(shè)備實(shí)時(shí)故障診斷與異常預(yù)測(cè)，能夠有效降低巡檢成本50%，減少運(yùn)維人員50%。在基于非電量進(jìn)行預(yù)測(cè)性維護(hù)方面，通過利用電機(jī)設(shè)備振動(dòng)數(shù)據(jù)，采用設(shè)備振動(dòng)頻譜分析法以及人工智能(AI)分類方法，實(shí)現(xiàn)設(shè)備在線故障診斷與預(yù)測(cè)，初期預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率就高達(dá)60%。
04電機(jī)智能運(yùn)維
推動(dòng)大中型電機(jī)設(shè)備上云，可加快部署高精度智能傳感器，實(shí)現(xiàn)設(shè)備無人智能巡檢、精準(zhǔn)遠(yuǎn)程運(yùn)維和綜合運(yùn)維評(píng)估，提高設(shè)備運(yùn)維效率。一是設(shè)備智能巡檢。以電機(jī)設(shè)備上云數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，加強(qiáng)無人機(jī)、機(jī)器人等智能設(shè)備的使用，優(yōu)化巡檢路線和方式，避免錯(cuò)檢、漏檢等錯(cuò)誤。二是設(shè)備遠(yuǎn)程運(yùn)維。匯聚電機(jī)設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)的云平臺(tái)，基于電機(jī)設(shè)備維護(hù)方案，向具有執(zhí)行功能的終端傳達(dá)指令，實(shí)現(xiàn)設(shè)備遠(yuǎn)程運(yùn)維，減少工作風(fēng)險(xiǎn)。三是設(shè)備運(yùn)維評(píng)估?；陔姍C(jī)設(shè)備上云，建立電機(jī)設(shè)備全生命周期監(jiān)測(cè)體系，對(duì)設(shè)備運(yùn)維過程和效果進(jìn)行綜合評(píng)估，進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)備維護(hù)方案。
例如，上海電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能工程技術(shù)研究中心有限公司，利用電機(jī)運(yùn)行工業(yè)機(jī)理和行業(yè)協(xié)會(huì)核心資源，開發(fā)了電機(jī)系統(tǒng)遠(yuǎn)程運(yùn)維服務(wù)云平臺(tái)，累計(jì)與全國(guó)150余家大中型電機(jī)企業(yè)形成合作，行業(yè)覆蓋率超過25%，服務(wù)終端用戶超過3000家，基于電機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)上云，可將采集的電機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)和機(jī)理模型等相結(jié)合，在狀態(tài)評(píng)估、故障診斷、預(yù)測(cè)運(yùn)維等環(huán)節(jié)助力電機(jī)企業(yè)實(shí)現(xiàn)售后費(fèi)用下降的經(jīng)濟(jì)目標(biāo)及產(chǎn)品優(yōu)化的研發(fā)目標(biāo)。某大型電機(jī)企業(yè)在與該平臺(tái)合作之后，當(dāng)年即節(jié)約成本200余萬，售后服務(wù)效率提高了30%以上，平均售后服務(wù)成本下降20%以上。
山東產(chǎn)研智能電機(jī)研究院開發(fā)的電機(jī)智能潤(rùn)滑系統(tǒng)，通過對(duì)電機(jī)電氣參數(shù)、轉(zhuǎn)速、振動(dòng)、溫度等運(yùn)行數(shù)據(jù)采集上云，結(jié)合電機(jī)運(yùn)維和維保管理系統(tǒng)對(duì)電機(jī)使用、維修、保養(yǎng)全鏈條業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)進(jìn)行管理，解決了電機(jī)軸承的智能潤(rùn)滑問題，消除了80%以上的電機(jī)機(jī)械故障。同時(shí)，山東產(chǎn)研智能電機(jī)研究院開發(fā)的電機(jī)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，通過對(duì)電機(jī)上云，結(jié)合邊端和云端平臺(tái)的機(jī)器學(xué)習(xí)、AI算法、故障建模、大數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)實(shí)時(shí)運(yùn)行監(jiān)測(cè)、故障限值報(bào)警、故障診斷與預(yù)測(cè)分析、遠(yuǎn)程專家輔助診斷、維修維保質(zhì)量檢測(cè)等的全生命周期管理。目前平臺(tái)已累計(jì)服務(wù)于山東、吉林、內(nèi)蒙、云南、四川、廣東等16個(gè)省市106家不同行業(yè)的電機(jī)用戶。輔以手機(jī)APP并結(jié)合電機(jī)智能維保管理系統(tǒng)，在山東某大型冶金國(guó)企的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)巡檢效率提高80%，降低了用戶備機(jī)備件等存貨成本30%的同時(shí)，預(yù)測(cè)性維保有效性提高35%，平均售后服務(wù)成本下降60%以上。
05電機(jī)能效優(yōu)化
推動(dòng)大中型電機(jī)設(shè)備上云，可準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行功率，結(jié)合生產(chǎn)情況對(duì)設(shè)備能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)能耗資源動(dòng)態(tài)優(yōu)化。一是設(shè)備能耗實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。將全部電機(jī)設(shè)備耗電、耗水、耗氣等狀態(tài)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新上傳至云端，一站式、全角度精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)企業(yè)內(nèi)電機(jī)設(shè)備的能耗數(shù)據(jù)。二是設(shè)備能耗精準(zhǔn)分析。以電機(jī)設(shè)備實(shí)時(shí)、全面、精準(zhǔn)的能耗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，深入分析設(shè)備能耗存在的問題環(huán)節(jié)，確定能耗優(yōu)化方案，實(shí)現(xiàn)能耗精細(xì)管理。三是設(shè)備能耗動(dòng)態(tài)優(yōu)化。結(jié)合生產(chǎn)計(jì)劃和實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)情況，動(dòng)態(tài)優(yōu)化能耗供給，減少設(shè)備空轉(zhuǎn)等引起的能耗損失，提高能源利用效率，降低能耗成本。
例如，上海電科電機(jī)科技有限公司，利用行業(yè)機(jī)理和電機(jī)設(shè)備運(yùn)行能效評(píng)估技術(shù)優(yōu)勢(shì)，開發(fā)了上電科電機(jī)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)，累計(jì)服務(wù)工業(yè)企業(yè)1000余家，覆蓋包含石化、冶金、水利、制造等重點(diǎn)行業(yè)，基于企業(yè)能源數(shù)據(jù)上云，可將采集的運(yùn)行和產(chǎn)量數(shù)據(jù)與能效評(píng)估、能效優(yōu)化等機(jī)理模型相結(jié)合，在能源管理、績(jī)效對(duì)標(biāo)、工藝優(yōu)化等環(huán)節(jié)助力企業(yè)實(shí)現(xiàn)提質(zhì)降本增效的管理和經(jīng)濟(jì)目標(biāo)。某大型彩印集團(tuán)在實(shí)施云平臺(tái)之后，電機(jī)系統(tǒng)能效提升12.5%，系統(tǒng)節(jié)電率達(dá)20%以上，整套系統(tǒng)每年降低成本60余萬。
山東產(chǎn)研智能電機(jī)研究院針對(duì)磚瓦行業(yè)特點(diǎn)和應(yīng)用需求，以電機(jī)運(yùn)行監(jiān)測(cè)為基礎(chǔ)，開發(fā)了磚瓦企業(yè)智能工廠管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全產(chǎn)線上關(guān)鍵設(shè)備的電機(jī)運(yùn)行監(jiān)測(cè)以及其他設(shè)備系統(tǒng)接口數(shù)據(jù)接入和環(huán)保監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)接入，并以數(shù)字孿生可視化管理。通過電機(jī)能效分析、單設(shè)備負(fù)載和工藝參數(shù)分析，產(chǎn)線設(shè)備能耗和工藝匹配分析，利用數(shù)據(jù)建模、AI算法及大數(shù)據(jù)分析，優(yōu)化生產(chǎn)線中工藝參數(shù)及生產(chǎn)節(jié)拍，提高產(chǎn)生效率，降低電能消耗。在鄒平某磚瓦企業(yè)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)出率提高了20%，單塊標(biāo)磚用電成本減少了5厘錢，平均每天節(jié)約3萬元。
推廣前景
電機(jī)及其系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于我國(guó)能源、化工、冶金、石化、化工、煤炭、建材、公用設(shè)施、家用電器以及電力拖動(dòng)等多個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域，是我國(guó)工業(yè)的基礎(chǔ)。
據(jù)估算，我國(guó)電機(jī)能效每提高一個(gè)百分點(diǎn)，每年可節(jié)約用電260多億千瓦時(shí)，相當(dāng)于2020年三峽電站發(fā)電量的23%，節(jié)能降耗空間巨大。電機(jī)巨大的保有量和規(guī)模龐大的產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)，充分表明了電機(jī)及系統(tǒng)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中有著不可替代的重要地位和作用。電機(jī)設(shè)備效率低、風(fēng)險(xiǎn)大、能耗高等問題日益突出，亟需深入開展上云工程，提升電機(jī)設(shè)備自監(jiān)測(cè)、自診斷、自優(yōu)化水平。
文 | 賽迪智庫信軟所工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)研究室 張朝
（轉(zhuǎn)載）
