一、前言

當今的過程工業，對現場的可靠性要求越來越高，一般都要求儀表設備能滿足7/24的連續可靠工作，突發的故障停機會造成極大的損失。因此，也對設備的維護提出了較高的要求，以最大程度的避免生產的損失和材料的浪費。根據統計，在 1981 年，美國的工廠花費在維護其關鍵裝置系統上的成本超過了 6000 億美元。在 1991 年，這種成本已經升至 8000 多億美元，而在 2000 年更是破記錄地達到 12000 億美元。這些數據表明，這些成本的三分之一到二分之一由于采用無效的維護管理方法而被浪費掉。雖然在中國沒有這方面的數據統計，但是相信中國目前在這方面的情況和美國當時差不多。

選擇錯誤和原始的維護手段和落后的維護觀念是這種無效使用維護支出的主要原因。在強調經濟效益的今天，也有越來越多的用戶開始意識到過去那種單純依靠人的直覺和經驗來執行設備維護計劃的方式已經不能再滿足過程工業的生產需求了。

二、設備維護的模式

設備維護一般有三種模式：事后維護、預防性維護和預測性維護。

事后維護，也有人稱之為“補救性維護”，“故障后維護”，“運轉至出現故障管理”，顧名思義，也就是說設備出現故障時對它進行維修。這是種“不出故障就不維修”的維護方式，也是最初級最簡單也是目前在國內被用戶采用最多的維護運行手段。采用運轉至出現故障管理的工廠在機器或系統出現故障之前不會在維護上花費任何資金。運轉至出現故障是一種反應性的管理技術，它會在采取任何維護行動之前等待機器或設備出現故障。確切地說，這是一種“無維護”管理方法。它也是最為昂貴的維護管理方法，分析表明，在反應性或事后維護模式下進行維修的成本是有計劃或預防性維護模式下進行的相同維護的成本的 3 倍。對維修進行計劃安排可使工廠將維修時間和有關的勞動力成本降到最低。它還提供了一種可減少快速交付和生產下降等負面影響的方法。

與這種維護管理相關的主要費用是：

·高備件庫存成本；

·高超時勞動力成本；

·機器停機時間長；

·生產能力低。

預防性維護(Preventive Maintenance)和預測性維護(Predictive Maintenance)都屬于事先維護。

一般地講，預防性維護可以分為三種類型：

·基于時間的維護計劃

·基于性能的維護計劃

·基于條件的維護計劃

基于時間的維護計劃：在特定周期中執行基于時間的維護計劃的維護，例如，每隔兩個月或每隔六個月。

基于性能的維護計劃：可根據各個設備和功能位置的測量點安裝的計數器讀數來進行。某些設備要根據許多參數或狀態來進行操作。這些參數或狀態信息可能由測量點提供。設備上的計數器到達一定讀數時，系統就進行維護，例如，每隔 100 個小時的運行時間，每隔 500個鑄造周期等。

基于條件的維護計劃：部分設備將通過實時狀態或操作參數如溫度等進行控制。這些參數為實時讀數，需要實時對其進行監控。

所有這些預防性維護計劃的共同標志是它們都具有計劃安排指南。所有預防性維護管理計劃都假設，設備狀況將在通常適用于該類特定機器的統計時間范圍內惡化。例如，某種泵設備通常運轉12個月后就要更換其磨損部件。使用預防性維護技術，在該種泵運轉11 個月后就要使其停止運轉并進行改制。這種方法的問題是，運轉模式以及與系統或裝置相關的變量會直接影響機器的正常工作壽命。對于用于輸送水用于輸送磨損性泥漿的泵來說，平均無故障時間 (MTBF) 是不同的（如圖1）。如果該泵在11個月之后可能就不需要進行維護也能正常工作，那么用戶維修的勞動力和材料就被浪費掉了。采用預防性維護的第二種選擇甚至更為昂貴。同時，也有大量事實表明，頻繁拆卸和停車維修，即導致產量降低，維修費用增加，而且也大大降低了設備的實際使用年限。事實上專家提出，導致很多工業設備故障的最大原因之一就是：不做嚴謹分析，上去就對工業設備進行操作和維修。

預測性維護(PM),也被稱之為預知性維護或策略性維護。預測性維護集設備狀態監測、故障診斷、故障(狀態)預測、維護決策支持和維護活動于一體，足近年來新興的一種先進維護方式。

預測性維護實際上是一種運轉狀況驅動的預防性維護程序。預測性維護不依賴于工業或工廠內平均壽命統計數據（即平均無故障時間）來計劃安排維護活動，而是對運轉狀況、效率、熱量分布和其他指標進行直接監視，以確定實際的平均無故障時間或將危害到工廠或設施內所有關鍵系統裝置運轉的效率損失。它和預防性維護相比，具有明顯的優勢：

·克服預防性維護的盲目性，具有很強的針對性。根據狀態的不同采取不同的處理方法，降低運行檢修費用。

·減少停運(總維護)時間，提高設備可靠性和可用系數，延長設備使用壽命，更好地貫徹“安全第一．預防為主”的方針。

·減少維護工作量，降低勞動強度，有利于減員增效，提高經濟效益。

二、預測性維護的現狀

在過去的幾年里，隨著給予微處理器或計算機的儀器儀表的迅速發展，以及維護管理系統的不斷完善，尤其是先進以現場總線和工業以太網等通訊技術的高速發展和普及，國內外各大廠家推出了各種先進的預測性維護技術。美國的FitCh博士更是在預測性維護的基本上創立了主動性維護的概念和理論。

總體質量管理(TQM)與lSO 9000的實施也使對PDM計劃的需求倍增。TQM與lSO 9000都有維護計劃程序的要求，以保證流程及所有組成部分都能連續發揮高性能。

預測性維護在概念的內涵和外延上有狹義和廣義之分。

狹義的預測性維護立足于“狀態監測”，強調的是“故障診斷”是指不定期或連續地對設備進行狀態監測，根據其結果．查明裝備有無狀態異常或故障趨勢，再適時地安排維護；廣義的預測性維護將狀態監測、故障診斷、狀態預測和維修決策多位合一體，狀態監測和故障診斷是基礎，狀態預測是重點，維護決策得出最終的維護活動要求。是一個系統的過程。它將維護管理納入了預測性維護的范疇。通盤考慮整個維護過程，直至得出與維護活動相關的內容。

三、西門子儀表實現預測性維護

近年來，西門子公司圍繞預測性維護這一理念設計和研發了很多智能化程度較高的儀表產品。

1、Sitrans DA400泵診斷系統

如前例所述，對于大多數運輸磨損性很強的漿料泵來說，如果進行有效的低成本的維護一直是個難題。西門子公司推出的基于聲敏診斷和Profibus技術儀表Sitrans DA400就能有效地實現針對泵提供預測性維護的解決方案。

泵的泄漏通常發生在湍流區域，尤其在高壓條件下出現氣蝕時，這時會產生聲波或超聲波，可以在閥門外安裝傳感器進行探測。聲級是泄漏的測量單位。

在線診斷系統Sitrans DA400（如圖2）能完全滿足這些要求。聲波發射傳感器安裝在閥門的外面，對泄漏信號高度敏感，而對泵的運行信號不敏感。對信號的適當處理使測量結果自動適應負荷條件的變化，如壓力或沖程數。操作工只需要設定報警值。

SITRANS DA400聲敏檢測系統為往復式隔膜煤漿泵檢測吸入閥、排放閥的運行狀況提供了優秀的解決方案。

SITRANS DA400利用探測到是否存在空穴現象和相應的泵的操作噪音的聲音級別，來診斷閥的開和關動作是完好的。相反的，如果有缺陷的閥門中存在空穴現象，那么能夠通過周期性的聲音級別增加識別出來；被檢測的閥門通過 SITRANS DA400將這種聲音的級別的增加檢測出來；這種檢測能夠在專用的超聲波范圍內完成。這能過濾掉那些由泵的操作和閥門的關閉動作產生的噪聲。

Sitrans DA400基于狀況的維護要求監測裝置或者操作單元的工況，其優點是：

·裝置出現故障前發現損壞，

·可以制定停車維修計劃，

·成本高昂的損壞出現之前已得到維修，

·延長零部件的使用壽命，

·裝置或單元的自動檢查

圖3：采用泵在線監測和故障診斷系統較少維護成本

根據通過現場半年多的實驗觀察，安裝了Sitrans DA400的隔膜泵相對未安裝的兩組隔膜泵的平均檢修時間要減少2/3左右，也就是減少了相當于2/3的維修成本（如圖3），同時大大延長了設備的使用壽命。

2、Sipart PS2智能閥門定位器

由于智能型閥門定位器是安裝在氣動調節閥上，其工作環境相對惡劣，如環境溫度、管道振動等因素都會對智能型閥門定位器正常工作帶來不利影響。智能型閥門定位器在設計過程中，考慮到這些不利因素，設計了一些自身的診斷功能。同時，氣動閥門本身長期工作在惡劣的環境中，也會存在腐蝕、磨損等問題。因此，如果通過智能型閥門定位器的診斷功能實現對閥門的預測性維護，也是現在很多用戶所關注的問題。

智能型閥門定位器對調節閥的故障診斷是通過附加傳感器來完成的。定位器內部的微處器通過定時采集各種傳感器的數據，并對各種數據進行運算、比較、分析、組態，將出現異常的信息通過組態軟件輸出報警信號。智能型閥門定位器對調節閥的診斷分為在線診斷、離線診斷。

在線診斷包括：行程累積、行程方向改變次數、報警次數、死區自調整、閥門基線位置（比如：閥座的磨損）、最高最低溫度下運行的小時數、壓電閥的運行次數、閥門定位時間、執行機構泄漏、噪聲診斷等。離線診斷包括：執行機構及氣路的密封性、靜特性、階躍過渡及頻率響應特性。

另外，智能電氣閥門定位器SIPART PS2 有提供更多的額外監測功能，狀態顯示源自故障信號的監測。故障信號按“交通燈”的方式進行分類，用綠色、$和紅色扳手表示（PDM 軟件），如圖4：

·需要維修（綠色扳手）

·急需維修（$扳手）

·臨近故障或故障（紅色扳手）

這使用戶在閥門或執行器在產生重大故障前能夠提前檢測到，可避免系統停車。通過故障信號的指示，例如執行器隔膜的損壞、動作滯后等，用戶可利用適當的維護策略保證系統可靠。

3、Sitrans CLS300電容式物位開關

在諸如制藥、化肥、有色、石化等行業，由于很多測量介質本身具有很強的黏附、磨損等原因，因而增加了大量額外的維護成本。

西門子因此推出了一種帶Profibus總線的電容式物位計，對現場探頭的掛料量（零點電容的變化），探頭的磨損（累計電容的變化）等關鍵性數據進行分析，通過現場總線傳輸大量診斷信息至上位機，幫助用戶指定預測性維護計劃（如圖5），大大節約用戶的維護成本，同時由于減少的更換部件的次數，也等于延長了設備的實際使用壽命。而這種功能對于只能輸出開關信號的儀表來說，是很難實現的。

4、Siwarex稱重系統

不同于傳統意義上的稱重系統，Siwarex稱重系統實際上一套全集成在Simatic系統的數字化稱重解決方案。相對于傳統的稱重系統而言，Siwarex系統突破了通訊和系統結構的限制，在系統測量精度、控制速度、施工周期、長期維護量等方面體現出了巨大的技術優勢。

由于稱重系統相對結構比較復雜，維護量比較大，長期以來技術領先的稱重技術廠家一直在考慮如何設計一種既能減少成本，簡化稱重系統結構，又能提高稱重系統整體性能的解決方案，而西門子這種基于Simatic的稱重解決方案，無疑是一種滿足新要求的一種可行的解決方案。

新型的Siwarex系統提供一種對于大部分用戶來說，是非常概念化和理想的工具。通過事件記錄功能來實時記錄稱重的進程和狀態，并且對于不正常的事件進行分析。同時診斷緩沖器將會記錄保存最后的100條診斷信息。通過對稱重傳感器和電纜的關鍵性參數進行長期的連續的監控，我們可以得以得到關于稱重系統的預診斷信息（如圖6），以避免突發性的昂貴的設備停車故障，減少了維護維修成本。 Siwarex所帶的這些功能對于過程數據的*估和診斷來說，無疑是一個理想的補充。

圖6：Siwarex配套的軟件可以方便的查詢秤的各種運行狀態及參數

另外，Siwarex能夠將故障事件中被記錄的數據，包括秤的設置數據通過一個設定方式的通過英特網發送給相關專家，諸如機械制造商。它可以對問題進行一個分析，并從時間和地點上提供獨立的診斷。專家并不需要趕到設備所在的位置，只要通過遠傳的方式就能提供更快更及時的幫助，從而節約了時間和成本。

四、結束語

任何一種技術都一定會有它的局限性，選擇和制定最合適的維護方案，必須是從現場工況和自身的實際情況來判斷決定。隨著電子技術、傳感器技術和通訊技術方面不斷突破，我們相信會有越來越多的預測性維護解決方案推向市場；我們也相信因為金融危機的影響，會有越來越多的用戶開始考慮如何節約維護成本的問題，而不僅僅是減少投資成本。當然，預測性維護本身是個動態的可持續的管理過程，不可能僅僅依靠幾個部門或供應商的努力就能實現，還需要更多人的關注和參與才能體現它的價值。

任何一種先進的技術都不能脫離人的因素，無論是哪一種維護技術都不能脫離人的參與，無論是預防性維護，還是預測性維護，甚至主動性維護，都需要根據實際情況來分析，制定最合適的維護方案，才是達到最理想的效果。”Use it and Forget it！”或者說“無為而治”是我們制定維護計劃所追求的理想狀態。