全厂状况监测的数字化之旅

数字化转型是一个如此普遍的话题，以至于当又有一家公司发表声明，阐述其在客户数字化旅程中的重要作用时，我们的眼睛往往会呆呆的。对一些人来说，这些话不过是陈词滥调。对另一些人来说，言行一致，但主要是有抱负的行动。对另外一些人来说，这些行动带来了实实在在的好处，并得到了客户评价和案例记录的支持。

令人惊讶的是，像贝克休斯这样在油田服务领域有着悠久历史的公司，不仅谈论数字化转型，而且积极地提供和投资一系列专门致力于数字化解决方案的业务。贝克休斯数字解决方案组合的核心是Bently Nevada，其工厂范围内的状态监测解决方案带来了切实的好处。

最近，当被问及哪项产品最令他兴奋时，贝克休斯首席执行官洛伦佐•西蒙内利毫不犹豫地回答:“数字化转型!”随后，他解释了贝克休斯发表这一声明的目的。“真正获取数据的能力，使算法有意义，并预测和预期结果。重要的是结果。”当被问及贝克休斯数字解决方案与同行的不同之处时，他给出了另一个简洁的答案:“软件——而不仅仅是硬件。”最后，当被问及它如何带来结果时，他的回答也非常简洁:“停机是你最大的敌人。我们现在有机会通过数字化来缩短非生产时间，从而实现更高的产量。”你可以在这里收听彭博社的Alix Steel的完整5分钟采访，他在采访中特别提到了System 1†在实现这些结果中的作用。

即使是整个工厂的状态监测解决方案也可能导致数据孤岛和孤立系统。孤岛是多供应商解决方案的常见结果，但有时即使使用同一供应商也会出现孤岛，因为仍然缺乏集成的状态监控生态系统。需要多个软件包——每个软件包都有自己的操作系统、许可协议、接口和管理负担。这就是为什么数字状态监测旅程的第一步是选择正确的平台——一个不仅是统一的平台，而且可以提供您所需的所有连接、分析(特别是预测分析)和可视化功能。系统1是这个平台的全球首选是有原因的。它提供了所有这三个基本元素，并且每年都会发布两个主要的软件版本。我们已经在这个平台上投资了20多年(它于2000年推出)，当一个平台拥有超过1万名用户，累计开发时间超过500万小时时，您可以确信它是一流的。

当一个平台拥有超过1万名用户，累计开发时间超过500万小时时，您可以确信它是同类中最好的。

让我们看看真正的全厂状态监测生态系统是数字化转型的一部分，以及它所带来的优势。在最高层面上，我们的CEO在上面的声明中总结了这一点:减少非生产时间。但是，让我们用12种具体的方式来让它更加细化，它可以数字化地改变你的实践，从而提供价值。

有一些位置是无法用手动数据收集机制轻松解决的。问问任何一个曾经尝试在造纸机的热端收集数据的人。但它往往超越了不适，进入了安全的领域。也许机器处于碳氢化合物和其他有毒化学物质存在的危险环境中。可能进入机器的理想测量位置代表着跌倒、烧伤或其他危险的安全风险。有些客户会永久安装传感器，然后将它们连接到本地贴片面板上，但这可能很昂贵。无线振动传感是一种理想的解决方案。它通过消除电线及其相关的安装成本来实现价值，它的价值在于人员不再需要手动进行数据收集。就像一位顾客打趣的那样，“它消除了鞋子的皮革数据”。你可能还是会穿坏你的鞋子，但至少这不是从这些点收集数据的结果。 It also delivers value by obtaining data from assets that may not have been practical to monitor at all in the past, allowing them to finally benefit from a condition-based approach to maintenance rather than run-to-failure or inspection-based approaches tied to running hours.

需要注意的是，无线技术并不局限于无线传感器。许多所谓的“有线”系统可以在混合拓扑中实现，其中传感器连接到监控设备，但使用无线以太网或其他无线技术将数据从监控设备传输到状态监控服务器。事实上，电缆本身以及将其拉到数十米、数百米甚至数千米的劳动力可能是一个项目中最可观的成本之一。值得注意的是，一个客户成功地完成了硬件预算，但完全忘记了将信号传回控制室以使操作人员了解资产状态所必需的现场接线。无线技术通常可以通过大幅降低这些成本来“拯救世界”。

无线系统并不是消除人工数据收集的唯一方法。有线系统也可以实现这一目标，并且适用于无线传感解决方案的数据收集间隔不足的情况。在完全或部分无线系统中，部分节省是通过消除布线和相关人工来减少非经常性成本。但是，在有线和无线系统中，节约的一个反复出现的方面是消除了人工数据收集。正如美国一家大型炼油厂所言，他们忙于收集数据，几乎没有时间分析数据并根据数据采取行动。当他们引入在线系统时，他们并没有减少可靠性团队的人员数量——他们只是通过能够专注于已识别的问题并解决根本原因来更有效地使用这些系统，从而避免故障再次发生。

当你没有数据时，你就无法做出明智的决定。显然，从每个资产中收集数据的全工厂状态监测生态系统比“盲目飞行”的情况要好。不过，关键是通过例外来管理资产。没有人有时间通过繁琐的图表检查每个资产的数据。现代软件的最大优势之一是能够建立可能低于机械保护系统的警报限制，在需要关闭机器的机械问题变得明显之前就可以发出警报。系统1提供统计分析功能，可以推荐远低于典型保护阈值的“状态监控告警阈值”。用户可以根据合法的警报级别，花时间响应合法的警报点，而无需为数百或数千个资产建立和维护警报。

很少有技术能像人工智能那样承诺多而实现少。但在你把婴儿和洗澡水一起倒掉之前，请考虑一下，如果使用得当，人工智能可以使员工的生产力提高5倍或更多，让他们花更少的时间来审查数据，而更多的时间来响应人工智能标记的数据异常。我们做到这一点的方法之一是使用经过训练的指导性人工智能，以寻找特定的数据模式以及多个确证指标，作为系统1的决策支持功能的一部分。

只有振动数据才能解决机械问题。大多数从业者会告诉您，他们花了相当多的时间收集相关的流程条件，以了解机器是否由于流程而行为不端。非数字化的实践可能非常繁琐，通常涉及打印过程变量趋势，并手动与类似的打印的振动趋势图进行比较。像系统1这样的状态监测生态系统的一个美妙之处在于，它可以无缝地集成过程数据，因此它总是在您的指尖。可以更快地解决问题，并确定真正的根本原因，因为可以正确地理解流程和机器的交互。

虽然COVID-19大流行没有带来什么所谓的“好”，但它迫使人们意识到，在家工作可以非常高效。关键是他们需要访问数据。当这些数据是纸质的，存放在总部的文件柜里时，几乎等同于“没有数据”。随着数据二极管、OPC等互操作协议的出现，以及我们在Orbit 60系统等新兴平台中引入的新aXess™技术，网络安全和大量数据访问不再相互矛盾。这不仅可以节省数百万美元的旅行相关费用，还可以节省往返的时间。

在前面的步骤中，我们讨论了无线和有线在线系统如何消除从不可访问的资产中手动收集数据的需要，或者需要比基于便携路由的程序更频繁的收集间隔。但是，在大型设施中仍有数百甚至数千个资产需要通过人工数据收集来适当地处理。因此，我们不太可能在有生之年看到便携式程序完全消失。由于在可预见的未来，人工数据采集将成为一种趋势，最近数字技术的进步已经解除了自20世纪80年代中期这种便携式仪器首次亮相以来存在的一些限制。

首先是数据收集设备与用户界面的分离。在我们的200系列SCOUT和COMMTEST数据收集器中，蓝牙用于将安装在臀部的数据采集单元无线连接到任何基于android的手持设备，作为用户界面。许多公司已经标准化了用于其他目的的基于android的手持设备，这使得这些相同的设备可以用于基于路由的数据收集，而不是购买一个完全不同的专用设备，只是为了振动。即使对于那些还没有使用Android手持设备的公司来说，这种方法也提供了以前行业中所没有的自由度，并允许最初用于振动的设备用于其他目的，如声学测量、热成像、由过程操作员替换“剪贴板”日志等。

二是消除了从采集设备上传和下载数据的基于电缆的捆绑。虽然仍然支持基于电缆的传输，但现在也可以使用一系列无线技术将数据从服务器移动到收集仪器，反之亦然。例如WiFi、蓝牙、蜂窝网络等。这样就不需要回到您的办公桌或其他“硬连线”接入点来上传收集的数据或将新的路由信息下载到收集器。走在工厂里收集数据已经够累人的了，还不需要再来回办公桌。

许多人只将他们的状态监测平台与旋转/往复机械联系在一起，而不是固定设备。然而，一家美国炼油厂估计，他们在固定设备上的维护和检查费用是旋转/往复设备的10倍。另一篇博客对这一主题进行了更深入的探讨，但我只想说，通过使用基本的过程变量，可以更好地监测这类设备，包括管道、阀门、热交换器、现场仪器、容器等。

System 1是一个功能强大的平台，用于收集与这些资产相关的过程数据，对其进行趋势化，对这些趋势发出警报，甚至开发特殊的规则来标记异常并在问题进展之前向操作员发出警报。

传统观点认为，固定设备的磨损速度是一致的，因此每隔一段时间进行一次检查是确定设备状况的最佳方法。然而，从业人员会告诉你，固定设备也会受到“基于事件”的磨损。例如，管壁可能会均匀磨损数年，但在一次加工过程中，流经管道的成分发生了变化，磨损/腐蚀可能在几分钟或几小时内累积，而通常需要数年时间。上面提到的同一家炼油厂的大型管道破裂导致火灾，损失达1亿美元。而且，它可以追溯到一个类似于上面描述的事件。穿制服并不意味着会发生灾难。但是，如果仔细注意工艺流体的变化，就会突出一个需要注意的事件，因为可能会加速磨损和腐蚀。

随着变送器和阀门等“智能”设备的出现，除了基本的4-20mA模拟信号之外，还可以获得大量的补充信息。例如，willesshart和ISA100无线将丰富的设备信息数据集叠加在基本过程变量信息之上。例如，随着时间的推移，阀门冲程的数量、阀杆的累计行程、定位器振荡时阀门“狩猎”的存在等。所有这些都可以在系统1中收集、趋势化和警报，以评估这些设备的健康状况。不需要不同的平台;系统1可以用来包括轮换资产和固定资产。

当您将不同的软件平台作为整个系统生态系统的一部分时，就接口而言，每个平台都代表一个“要喂的嘴”。一个系统与另一个系统交换数据需要接口，例如状态监控软件与DCS交换数据。系统1表示到流程数据所在的流程控制环境(或流程历史记录)的单个接口。

虽然以太网上的Modbus是许多客户的“首选”协议，并且得到System 1的完全支持，但我们也采用OPC交换方法，包括传统的OPC- da和OPC- ae，以及新的OPC- ua协议，该协议将OPC- da(数据访问)、OPC- ae(警报和事件)和OPC- hda(历史数据访问)的功能结合到一个单一的通用访问机制中，以实现更少的接口和更多的功能。因为系统1统一了工厂中的所有监控设备，所以它只代表一个需要建立和维护的接口。

但是我们还有另外一种方法来改善我们的界面环境。我们将于2022年初在我们的Orbit 60平台上推出这种我们称为Orbit connect™的技术。发布后，我们将专门为这个创新的界面开设一个博客主题。过去，振动监控器通过模拟记录仪输出(通常是4-20mA比例信号)和继电器触点连接到过程控制系统，向面板或DCS控制台的操作人员发出警报和电流值。随着Modbus和其他数字协议的引入，布线被减少到一根电缆，但仍然至少有一根电缆将所有东西输入DCS，另一根电缆将所有东西从DCS输出到状态监控软件，这样它就可以访问过程变量。

借助Orbit connecx技术，我们向前迈出了简单而深刻的一步:引入双向接口，以便将来自状态监测生态系统的数据发送到过程控制系统(PCS)，同时将来自PCS的数据接收到状态监测环境。这种双向通信网关将首先在轨道60平台上使用。我们将在2022年初对此进行更多介绍，并举例说明它如何简化您的世界并降低成本。

在线监控硬件过去一直假定到状态监控服务器的连接是持久的。因此，大多数开发的缓冲功能非常少(如果有的话)。Trendmaster、vbOnline Pro、3500和Orbit 60等系统包含“飞行记录仪”功能，可以捕获事件数据，同时容忍与服务器的间歇连接。例如，vbOnline Pro可以容忍长达8小时的通信中断而不会丢失任何数据。对于Trendmaster，这可以用天而不是小时来衡量。缓冲的时间量实际上是内存容量的函数，而不是时间，并且会随着通道数量和通道复杂度而变化。

在数字信号处理和存储在内存之前，这种技术根本不实用。这项技术引入在线监测系统是相对较近的，在过去十年左右率先。当机器条件没有变化时，时间记录中的空白并不像“事件”发生时那样严重，例如警报、跳闸和随后的停机，甚至操作员重新启动(无论成功与否)。拥有所有可用的数据来排除根本原因是必不可少的。

状态监控的回报通常是基于事件的;如果过程停机时间足够昂贵，或者安全或环境影响足够严重，那么单个“节省”通常可以支付整个监控系统的费用。热力学性能监控明显不同，也更容易货币化，因为机器以降低效率运行的每一个小时都可以直接转换为硬成本——通常是燃料或其他能源消耗。当状态监视系统中存在集成性能监视时，而不是作为单独的独立应用程序时，可以使用共享数据存储库，而不是创建另一个数据竖井。还可以使用共享的可视化环境，以及共享的分析环境——包括决策支持功能和AI增强。系统1提供综合性能监测，允许对资产的机械和热力学健康状况进行监测。

过去，振动监测系统安装在机器附近的面板上。当发生警报或跳闸时，操作员除了可能发出警报外，根本没有任何可见性。后来，许多这样的监控系统搬到了控制室，在那里操作员可以看到它们，但代价是大量的现场布线。随着数字通信的出现，监控器可以再次位于控制室之外，信息可以流到DCS。

然而，今天DCS可以获得比以前丰富得多的数据集，并且当添加决策支持时，可以向操作员提供真正的“智能”警报和建议。当操作人员掌握正确的机械信息时，他们可以避免导致资产磨损更快的操作条件，例如泵上的空化和水轮机上的粗糙负载区。这与更少的停机时间直接相关，因为资产的使用寿命可以优化-资产的生存与流程的需求和增加的吞吐量相平衡。