钱江水利开发股份有限公司作为一家主营水务投资运营的上市公司, 水务主业涵盖原水、制水、配水、污水、污泥处置、海水淡化等水务全产业链, 每日水处理规模192万m³, 涵括舟山市、丽水市两个地级市和永康市、兰溪市两个县级市及杭州、嵊州、安吉、婺城、平湖区域等10家水务公司, 共有风机、搅拌器、药剂投加系统、提升泵等设备1万台左右。这些生产设备作为水务企业的核心资产, 是开展安全生产的物质基础, 设备是否正常运行影响着生产效益的好坏^[1]。随着企业的发展壮大, 设备种类、数量的不断增加, 传统人治的管理模式矛盾日益突显, 在设备管理工作中存在如下诸多问题:

(1) 设备档案不完善。部分设备档案存在缺失或档案内容不完善, 特别是部分使用年限较长的设备, 设备的原始资料如设备使用说明书、设备安装施工图纸等容易丢失, 从而影响设备后续的维修、保养、改造等工作。

(2) 纸质维修台账不利于统计分析。之前设备维修由不同人员分别负责记录, 采用纸质台账的形式记录, 造成维修信息很难共享, 导致数据存而不用, 无法形成有效的维修知识库, 且统计困难, 随着时间的推移还容易造成历史台账的丢失, 总体来说维修台账的利用效率不高。例如每台设备每年的维修次数、资金耗费、工时耗费或者设备备品配件数量统计等数据报表, 都需要人工进行统计, 数据的及时性、准确性得不到保障。

(3) 信息反馈不及时, 无法形成内部共享。现场设备问题无法及时反映, 导致不能及时处理现场问题, 存在时间空白。且受空间限制, 无法远程掌握企业总体设备运行状况。

(4) 日常工作安排执行不到位, 缺乏有效的监控。例如巡检一旦缺乏必要的手段监督, 设备存在漏检或者巡检结果不真实, 无法定位到人和物, 往往导致问题不能及时发现, 造成重大事故, 引发安全生产问题并造成企业经济损失。维护保养工作经常存在遗漏维护、维保计划执行不到位的情况。

(5) 存在因备品备件不到位影响维修的情况。存在使用某个维修备件时才发现前次维修已消耗了所需的备件, 需要重新去采购的状况发生。有些备品备件则采购过多, 堆积在库房中直至主设备报废进而导致备件报废。

(6) 信息孤岛明显。缺乏实时有效的信息交互手段, 需要更高效的沟通方式, 并充分挖掘数据的价值。

针对上述问题, 为满足浙江省现代化水厂的建设标准^[2], 公司立项建设设备全生命周期管理系统, 遵循“整体规划、统一部署、分点实施”的原则, 通过1年时间实现集团内设备管理“车同轨、书同文”。系统建设遵循“由浅入深, 由简至繁, 以点及面”的科学策略, 首先进行智慧水务的整体规划和顶层设计, 然后选择集团内具有典型意义的5个分 (子) 公司作为第一期建设对象, 第二期再实现生产实时数据的接入, 并全面普及旗下所有水务公司。第三期深入挖掘运营管控功能需求, 通过大数据分析平台实现智能决策指导。本文以第一、二期为例, 从架构设计、功能实现以及应用效果等方面阐述系统建设经验。

本系统以“实用经典、持续改进”为项目目标, 以水务生产设备全生命周期管理为核心内容, 实现设备静态管理和动态管理, 并建立大数据基础平台, 推进智能运营管理。

系统由基础层、感知层、数据层、支撑层、云平台应用层和智能生产其他待实现功能模块层构成。系统架构如图1所示。

(1) 感知层。感知层是整个系统的数据感知源, 包括水务生产自控控制PLC系统、智能水表、流量计、压力计、液位计等智能传感装置, 以及网络传输智能网关设备。

(2) 基础层。基础层主要包括网络设施、服务器、数据储存设备、机房、防火墙、大屏幕、摄像头等硬件设施, 是系统的硬件基础。

(3) 数据层。数据层为系统的数据存储管理层, 包括实时历史数据库、设备管理业务数据库、系统管理数据库, 对设备状态参数实现实时采集和数据转换, 对设备管理业务数据进行数据梳理和选取, 是应用层功能实现的基础。

(4) 支撑层。支撑层提供系统基础平台、工作流平台、身份和权限管理系统, 完成工厂建模, 实现组织架构定义和设计, 为应用层完成基础信息定义, 为应用层实现提供支撑配置。

(5) 应用层。应用层完成设备全生命周期管理系统的各项应用, 比如设备状态监控、设备巡检、隐患缺陷 (整改) 等功能, 应用功能具有相对独立性, 通过企业数据总线实现功能模块之间的数据交互。

基于上述总线结构的特性, 系统具备分阶段分期建设的可能性, 可以在适当时机扩展所需应用功能。

为了实现集团管控模式, 实现金字塔式的数据传输结构, 系统设计为矩阵式的层级管理, 将总公司、各分 (子) 公司以及业务单元, 分拆成独立的数据库, 每个数据库对应一个组织机构。每个组织机构之间可以灵活建立上下级关系。每个用户提供账户名、密码和账套进行登录, 每个组织机构定义响应的用户, 每个用户分配不同的角色, 另一个组织通过寻找自己在上一级组织中的角色来建立上下两个组织之间的信息往来。

本系统中将集团定位为总库, 各分 (子) 公司分别设置为分库。总库与分库实现读写分离, 任何数据均按具体的场景分别配置读写分离权限。在集团统一规范, 统一标准的前提下, 基础模型数据由总部进行写入配置, 各分 (子) 公司只能读取;而日常业务管理各有特色, 为此业务数据由子公司写入, 总部读取。

除了按功能模块、角色、用户类型进行权限设置和区别应用, 还实现菜单、动作权限的设置和区别应用, 实现对数据、按钮的控制, 保证数据的操作安全无漏洞, 同时满足不同业务层面的数据信息获取。其原理如图2所示。

为了实现总部与分 (子) 公司间的数据交互安全, 经仔细研讨, 采用VPN通讯方式, 不仅满足数据在网络上的安全传输要求, 而且支持集团通过网络对数据进行管理和分析。其网络架构如图3所示。

集团和各分 (子) 公司分别部署服务器和网络设备, 通过分库结构设计实现数据上传下达。在各分 (子) 公司, 服务器与现场PLC系统之间配置数据采集服务器, 采用单向网络通讯的方式实现数据采集。在各分 (子) 公司搭建局域网实现设备全生命周期管理系统访问和操作。每个分 (子) 公司通过VPN路由器寻址集团VPN防火墙, 并建立数据交互。集团与分 (子) 公司之间应用VPN虚拟一个专用网络, 相当于一个虚拟的局域网, 进而减少网络攻击和网络入侵。

系统包括分 (子) 公司运行管理平台和集团管控平台。

分 (子) 公司主要实现设备的日常运行管理和检维修工作。为此, 针对公司设备管理人员、维修人员及运行操作人员, 突出流程管理规范和行为结果。系统以设备台账和设备履历为基础, 以隐患管理为核心, 以现场管理为业务主轴, 通过移动互联的技术手段实现公司数据的实时、动态的关联。

通过设备静态管理和设备动态管理的有机结合^[3], 实现设备采购至设备报废全生命周期内所有环节的平台化管理, 应用全面生产维护原则和预防性维护策略^[4,5]和巡查工作, 保障安全生产。

系统主要包括设备基础管理、设备状态监控、设备故障报警、隐患闭环管理、现场设备NFC移动巡检、设备保养、设备维修工单管理、设备成本管理、人员违规管理、交接班管理、绩效管理、备品备件管理、盘点管理、智能手机APP等功能。其中部分功能实现如图4所示。

集团运营管控人员则站在集团管控的角度, 需要对整体运行情况有宏观的了解, 也需要能就某个统计结果追溯至事件发生的源头, 同时能提供横向对比分析的结果。

为此, 针对以上需求, 系统通过数据挖掘, 在数据中心综合展示各个分 (子) 公司的设备总量信息、运行状态、寿命统计信息、设备完好情况、设备故障统计信息、设备维修成本等设备管理动态信息;并对现场点巡检、维护维修和盘点行为进行统计分析;对于异常数据, 可以统计信息一键追溯至现场操作记录和单个设备实时数据。其数据中心实现效果如图5所示。

自设备全生命周期管理系统上线以来, 已完成集团内全体水务公司1万台左右的生产设备台账、故障记录、维护维修记录、备品备件领取记录、工时耗费和成本信息的录入, 便于查询。同时, 系统将碎片化的数据实现流程性、可追溯的事件性管理, 沉淀大量数据财富, 从而为有价值的决策指导提供数据挖掘的数据基础。

在提高设备巡查和维护维修效率、缩短设备故障处理时间、备品备件安全库存监控、人员操作行为管理等方面有显著的提升。部分子公司的管理人员开始依据系统平台的数据进行保养策略优化、维修经验库分享、故障原因分析、操作行为分析。系统运行以来, 设备完好率提高大约3%。设备故障率降低大约6%, 备品备件在保证安全库存的前提下降低库存量2%, 非计划停机事件发生率为0。

在立项本系统的同时, 运营管理团队制定了设备管理规章制度, 在各分 (子) 公司严格执行, 管理系统作为规章制度的物化工具, 其客观、独立的特点推动企业内部流程管理的规范化、标准化。现场操作人员严格遵循巡检计划、保养计划, 规范意识增强, 执行效率提高, 完成质量提升。

浙江省在五水共治方面已经取得瞩目成绩, 而现代化水厂建设标准也是浙江省各个水务公司遵循的标准, 在现代化水厂建设标准中, 明确要求有健全的设备管理制度。设备全生命周期管理系统作为管理制度落实的工具, 为提高钱江水利开发股份有限公司设备运行水平、提高设备综合效率发挥重要作用。在未来的系统建设中, 需要增加设备故障预测和诊断、知识库建立、供应商评价评估体系等方面建设。