全厂状态监测的数字化之旅

数字化转型是一个如此普遍的话题，以至于当又一家公司发表声明称其在客户的数字化旅程中扮演重要角色时，我们的目光往往会呆滞。对一些人来说，这些话只是陈词滥调。对另一些人来说，这些话是有行动支持的，但主要是有抱负的行动。对另一些人来说，这些行动带来了实实在在的好处，并得到了客户推荐和案例记录的支持。

令人惊讶的是，像贝克休斯这样在油田服务领域拥有传奇遗产的公司，不仅在谈论数字化转型，而且还积极地通过一系列专门致力于数字化解决方案的业务来交付和投资。Bently Nevada是贝克休斯数字解决方案组合的核心，其全厂状态监测解决方案带来了切实的好处。

最近，当被问及最令他兴奋的产品是什么时，贝克休斯首席执行官Lorenzo Simonelli毫不犹豫地回答道:“数字化转型!”然后，他解释了贝克休斯发表声明的意思。“真正获取数据的能力，使其具有算法意义，并预测和预测结果。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，他也非常简洁地回答道:“停机时间是你最大的敌人。我们现在有了一个机会，通过采用数字视图，可以减少非生产时间，从而提高产量。”你可以在这里收听对彭博社的Alix Steel的5分钟完整采访，他特别提到了系统1†在实现这些结果中的作用。

即使是全厂状态监测解决方案也可能导致数据孤岛和孤立的系统。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，因为仍然缺乏综合状态监测生态系统。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的第一步是选择合适的平台——一个不仅是统一的，而且能提供所有连接、分析(特别是预测分析)和可视化功能的平台。系统1之所以是这个平台的世界第一选择是有原因的。它提供了所有这三个基本元素，并且每年以两个主要的软件版本继续扩展。到目前为止，我们已经在这个平台上投入了20多年的时间(它于2000年推出)，当一个平台拥有超过10,000名用户并代表超过500万的累计开发时间时，您可以确信它是同类中最好的。

当一个平台拥有超过10,000个用户，并且代表超过500万的累计开发时间时，您可以确信它是同类中最好的。

让我们来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，以及它带来的优势。在最高层次上，它可以用我们CEO上面的声明来概括:减少非生产性时间。但是，让我们用12种切实可行的方式来细化它，让它数字化地转变你的实践，从而传递价值。

有一些特定的位置是无法通过手动数据收集机制轻松解决的。问问任何一个试图在纸机热端收集数据的人。但它经常超越不适，进入安全领域。也许机器处于有碳氢化合物和其他有毒化学物质存在的危险环境中。也许进入机器理想的测量位置代表着跌倒、烧伤或其他危险的安全风险。一些客户将永久安装传感器，然后将它们连接到当地的配线板上，但这可能很昂贵。无线振动传感是一个理想的解决方案。它通过消除电线及其相关的安装成本来提供价值，并且它的价值在于人员不再需要从事手动的、走来走去的数据收集。正如一位顾客打趣的那样，“它消除了鞋子皮革的数据”。你可能仍然会穿坏你的鞋子——但至少这不会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.

值得注意的是，无线技术不仅限于无线传感器。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几十米、几百米甚至几千米的劳动力可能是一个项目中最重要的成本之一。一个值得注意的客户设法为硬件进行了预算，但完全忘记了将信号传回控制室所需的现场布线，以便操作人员了解资产的状态。无线往往可以通过大幅降低这类成本来“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，并且在无线传感解决方案的数据收集间隔不足时是合适的。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劳动力来减少非经常性成本。但是，在有线和无线系统中，节省成本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这些数据采取行动。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——他们只是把他们投入到更高效的工作中，能够专注于发现的问题并解决根本原因，这样故障就不会再次发生。

当你没有数据的时候，你就不能做出明智的决定。显然，从每个资产收集数据的全厂状态监测生态系统比“盲目飞行”要好得多。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情节检查来审查每个资产的数据。现代软件的一大优点是能够建立警报限制，可能低于机械保护系统的警报限制，从而在需要关闭机器的机械问题变得明显之前发出警报。系统1提供了统计分析功能，可以推荐远低于典型保护阈值的“状态监测报警阈值”。用户可以将时间花在响应基于合法警报级别的合法警报点上，而无需花费通常为数百或数千个资产建立和维护警报的精力。

很少有技术能像人工智能那样做到承诺更多、实现更少。但在你把婴儿连同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，花更多的时间来应对人工智能标记的数据异常。我们这样做的方法之一是通过使用经过训练的引导人工智能来寻找特定的数据模式以及多个确凿的指标，作为系统1决策支持能力的一部分。

仅凭振动数据就能解决的机械问题很少。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过程条件，以了解机器是否由于过程而行为不正常。非数字化实践可能非常繁琐，通常需要打印出过程变量趋势，并手动与类似的打印振动趋势图进行比较。系统1等状态监测生态系统的优点之一是，它可以无缝地集成过程数据，以便始终触手可及。问题可以更快地解决，真正的根本原因可以确定，因为过程和机器的相互作用可以得到正确的理解。

虽然COVID-19大流行几乎没有带来什么“好”，但它迫使人们认识到，人们在家工作时可以非常高效。关键是他们需要访问数据。当这些数据以纸质形式存储在总部的文件柜中时，几乎等同于“没有数据”。随着数据二极管，可互操作协议(如OPC)以及我们在新兴平台(如Orbit 60 System)中引入的新aXess™技术的出现，网络安全和数据的大量访问不再相互矛盾。不仅可以节省旅行相关的费用，还可以节省往返的时间，从而节省数百万美元。

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手动收集资产数据的需要，这些资产要么无法访问，要么需要比便携式基于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解决。因此，我们不太可能在有生之年看到可移植程序的完全消失。由于手动数据收集是可预见的未来的一部分，最近数字技术的进步已经解放了自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解耦。在我们的200系列SCOUT和COMMTEST数据采集器中，蓝牙用于将臀部安装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，这使得这些设备可以与基于路线的数据收集轮一起使用，而不是仅仅为了振动而购买完全不同的专用设备。即使对于那些尚未使用Android手持设备的公司来说，这种方法也提供了一种以前在行业中所缺乏的自由度，并且允许最初用于振动的设备用于其他目的，例如声学测量，热成像，替换过程操作员的“剪贴板”日志等。

第二是消除基于电缆的从收集设备上传和下载数据的捆绑。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。例子包括WiFi、蓝牙、蜂窝网络等。这消除了回到您的办公桌或其他“硬连线”接入点上传您收集的数据或下载新的路由信息到收集器的需要。不用额外往返于办公桌之间，步行去工厂收集数据已经够费力的了。

许多人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支出是旋转/往复式设备的10倍。一个单独的博客提供了对这个主题的更深入的探索，但足以说明，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，它可以收集与这些资产相关的过程数据，对这些数据进行趋势分析，并对这些趋势进行警报，甚至还可以制定特殊的规则来标记异常情况，并在问题发生之前提醒操作人员。

传统观念认为固定设备的磨损率是一致的，因此检查间隔是确定设备状况的最好方法。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，管壁可能在数年内均匀磨损，但在一次工艺扰动中，流经管道的成分发生变化，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。在上述同一家炼油厂，大规模的管道破裂导致了一场火灾，造成了1亿美元的损失。而且，它可以追溯到类似于上面描述的事件。穿制服并不意味着会发生灾难。然而，如果仔细观察工艺流体的变化，就会发现一个需要注意的事件，因为它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模拟信号中存在的信息外，还可以获得相当多的补充信息。例如，WirlessHART和ISA100无线将设备信息的丰富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，阀门冲程的次数，阀杆的累积行程，定位器摆动时阀门“狩猎”的存在，等等。所有这些都可以在System 1中收集、跟踪和警报，以评估这些设备的健康状况。不需要不同的平台;系统1可以用来包含旋转资产和固定资产。

当您将不同的软件平台作为整个生态系统的一部分时，就接口而言，每个平台都代表一个“喂食口”。一个系统与另一个系统交换数据需要接口，例如状态监测软件与DCS交换数据。系统1表示到驻留过程数据的过程控制环境(或过程历史记录)的单个接口。

虽然以太网上的Modbus是许多客户的“首选”协议-并且完全由System 1支持-我们也采用OPC交换方法，包括传统的OPC- da和OPC- ae，但也包括新的OPC- ua协议，该协议将OPC- da(数据访问)，OPC- ae(报警和事件)和OPC- hda(历史数据访问)的功能结合在一起，形成一个单一的通用访问机制接口更少，功能更多功能。因为System 1统一了工厂中的所有监控设备，所以它只代表一个接口来建立和维护。

但是我们还有另外一种方式来改善我们的界面环境。我们称之为Orbit ConneX™技术，将于2022年初在Orbit 60平台上推出。当发布时，我们将专门为这个创新的界面创建一个博客主题。从历史上看，振动监测器通过模拟记录器输出(通常为4-20mA比例信号)和继电器触点连接到过程控制系统，以向面板或DCS控制台的操作员发出警报和电流值。随着Modbus和其他数字协议的引入，布线减少到一根电缆，但仍然至少有一根电缆将所有东西带到DCS，还有一根单独的电缆将所有东西从DCS带出并进入状态监控软件，因此它可以访问过程变量。

借助Orbit ConneX技术，我们向前迈出了简单但意义深远的一步:引入双向接口，使状态监测生态系统的数据可以发送到过程控制系统(PCS)，同时从PCS接收数据到状态监测环境。这种双向通信网关将首先在Orbit 60平台上使用。在2022年初，我们将有更多的例子来说明它如何简化你的世界并降低成本。

在线监控硬件历来假定与状态监控服务器的连接是持久的。因此，大多数开发都只提供了很少的缓冲功能(如果有的话)。Trendmaster、vbOnline Pro、3500和Orbit 60等系统包含“飞行记录器”功能，可以在容忍与服务器间歇连接的情况下捕获事件数据。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来说，这可以用天而不是小时来衡量。缓冲的时间实际上是内存容量的函数，而不是时间的函数，并且会随着通道数和通道复杂度的变化而变化。

在数字信号处理和内存存储之前，这种技术根本不实用。将这项技术引入在线监测系统是相对较新的，在过去十年左右开创。当机器状态不变时，时间记录中的间隙并不像“事件”发生时那么重要，例如警报、跳闸和随后的滑行，甚至是操作员的重新启动(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。

状态监测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，那么一次“节省”通常可以支付整个监控系统的费用。热力性能监测则明显不同，而且更容易货币化，因为机器效率下降的每一个小时都可以直接转化为硬成本——通常是燃料或其他能源消耗。当状态监控系统中存在集成的性能监控时，而不是作为一个单独的独立应用程序，可以使用共享数据存储库，而不是创建另一个数据筒仓。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人工智能增强功能。系统1提供综合性能监测，可以监测设备的机械和热力学健康状况。

从历史上看，振动监测系统安装在机器附近的面板上。当有警报或绊倒时，除了报信之外，操作员根本看不见。后来，许多这些监控系统进入控制室，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，并将信息流式传输到DCS。

然而，今天，DCS可获得的数据集比以前丰富得多，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。当操作人员获得正确的机械信息时，他们可以避免导致资产磨损更快的操作条件，例如泵的空化和水轮机的粗糙负载区。这与更少的停机时间直接相关，因为资产的使用寿命可以得到优化——资产的生存与流程的需求和增加的吞吐量相平衡。