如何通過IIoT提升整體設(shè)備效率（OEE）

進(jìn)入2020年，討論整體設(shè)備效率（OEE）似乎顯得有點(diǎn)過時了。無論是所謂的OEE、停機(jī)報告或資產(chǎn)利用率，都已不是什么新話題。在特定場景下，它還可能具有其它名稱，例如就地清洗（CIP），雖然名稱不同，但目的是一樣的：如何快速完成過程并使資產(chǎn)恢復(fù)可用。

如何計算OEE或衡量資產(chǎn)的停機(jī)時間？多年來，它一直是精益或六西格瑪方法的基礎(chǔ)。那么，它與工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）和分析有何關(guān)系？將OEE作為一種指標(biāo)，通過IIoT和高級分析功能有助于過程制造企業(yè)實現(xiàn)效率提升。

這將為企業(yè)帶來顯著的收益。首先，是從多年利用電子表格調(diào)查停機(jī)的痛苦中解脫出來。其次，停機(jī)分析獲得的洞見，可以節(jié)省大量資金。最后，加快決策制定和采取行動，幫助企業(yè)實現(xiàn)業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型。

描述性分析

停機(jī)報告可以作為“描述性分析”的案例，因為它描述了發(fā)生了什么、與報告和數(shù)據(jù)可視化相關(guān)的術(shù)語：靜態(tài)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)。即使經(jīng)常使用儀表板定期更新報告，它們?nèi)匀皇敲枋鲂苑治?。雖然數(shù)字可能不是靜態(tài)的，但計算和參數(shù)（故障代碼、測量值等）在設(shè)計點(diǎn)是固定的（圖1）。

圖1.此屏幕視圖中描述的報告是描述性分析的一種形式，描述發(fā)生了什么或正在發(fā)生什么。本文圖片來源：Seeq

因此，描述性分析被認(rèn)為是最基本的。它指出要查找的內(nèi)容、預(yù)先定義計算，然后使用過去或現(xiàn)在的表格計算并展示計算結(jié)果。但眾所周知，工業(yè)廠房和設(shè)施中的事情總是在變化，各種因素都會導(dǎo)致最佳計劃的失效。

此處的“敵人”是變化及其對OEE、停機(jī)時間和資產(chǎn)利用率的潛在負(fù)面影響。停機(jī)報告基于工廠運(yùn)行前確定的計算這一事實，這意味著一旦發(fā)生有趣的事情，該報告作為歷史情景再現(xiàn)的價值就會迅速下降。因此，需要一種由過程工程師負(fù)責(zé)的新方法來對付“敵人”。

診斷性分析

當(dāng)需要洞察力來解決未知問題時（例如找出意外情況，度量標(biāo)準(zhǔn)為何低于計劃或了解因果關(guān)系），則需要與主題專家（如過程工程師之類的）一起進(jìn)行停機(jī)分析。這種方法使過程工程師能夠在他們應(yīng)該的位置，在最前沿的位置洞察。通過高級分析，他們擁有比電子表格方法快得多的解決方案。

用分析術(shù)語來說，就是從描述性分析到診斷性分析的過渡（圖2）。如果描述性分析是報告，則診斷分析是交互式調(diào)查和發(fā)現(xiàn)，甚至在某些情況下是根本原因分析。診斷分析是確定原因和找到相關(guān)性的方法，并且包括發(fā)現(xiàn)最佳實踐和相互比較。通過利用計算機(jī)科學(xué)創(chuàng)新（大數(shù)據(jù)、機(jī)器學(xué)習(xí)等），可以在高級分析應(yīng)用中實現(xiàn)“高級功能”，從而快速獲得所有見解。

圖2.過程工程師和技術(shù)專家可以使用高級分析工具，來快速診斷問題并找到根本原因。

在運(yùn)行中診斷

舉個例子，在干燥不同產(chǎn)品時，為了確定最佳結(jié)束點(diǎn)，重要的是要了解各種參數(shù)對干燥時間的影響。百時美施貴寶公司（BMS）的開發(fā)工程師RobertForest博士說，根本的問題是：“應(yīng)該將濕餅干燥多長時間才能完成干燥？”如果產(chǎn)品干燥時間過長，則會不必要地增加干燥時間。但是，如果產(chǎn)品干燥時間不夠長，則可能無法通過過程控制采樣，這樣就會浪費(fèi)分析資源。

在使用Seeq之前，BMS從OSIsoft PI數(shù)據(jù)庫標(biāo)簽中收集不同數(shù)據(jù)，使用簡單的統(tǒng)計摘要來幫助確定干燥時間。公司將審查最低、最高和平均產(chǎn)品溫度、攪拌速度、夾套溫度和干燥時間。然后，BMS會將這些數(shù)據(jù)點(diǎn)，與在整個干燥過程中取樣而測得的實際溶劑損失進(jìn)行比較。手動收集數(shù)據(jù)很繁瑣，耗時且容易出錯。BMS需要一種更加自動化的方式來收集和分析這些數(shù)據(jù)。

典型的過濾器干燥，經(jīng)歷三個不同的干燥階段（圖3）。第一階段：靜態(tài)干燥，從不攪拌加熱開始。第二階段：繼續(xù)加熱，但間歇攪拌。在第三階段：在連續(xù)攪拌下繼續(xù)加熱。BMS希望為每個干燥階段確定關(guān)鍵參數(shù)，以優(yōu)化不同批次的干燥。為此，公司需要將干燥階段與干燥時間、夾套溫度、產(chǎn)品溫度（最高、最低和平均）以及攪拌器速度相關(guān)聯(lián)，自動找到干燥機(jī)需要何時開始運(yùn)行。

圖3.可以快速診斷該干燥系統(tǒng)并優(yōu)化其運(yùn)行。

下一步是根據(jù)不同干燥階段來分離運(yùn)行數(shù)據(jù)。對于沒有攪動的第一階段，使用Seeq來查找所需的數(shù)據(jù)，方法是簡單地搜索攪拌器長時間關(guān)閉時的時間段（而不是間歇性的），并將這些數(shù)據(jù)與具有較高夾套溫度（指示干燥器正在運(yùn)行）的搜索結(jié)果相結(jié)合。

識別第二階段的參數(shù)有點(diǎn)麻煩，因為攪拌器會間歇性地打開和關(guān)閉，因此沒有恒定的信號值可作為搜索依據(jù)。BMS使用系統(tǒng)的模式搜索功能，查找在第二階段攪拌器發(fā)生開/關(guān)行為的所有批次。Seeq使BMS可以創(chuàng)建一種模式，來搜索間歇打開和關(guān)閉攪拌器的方波。該模式搜索允許用戶指定相似度以啟發(fā)式方法訓(xùn)練搜索結(jié)果。用戶還可以將模式搜索結(jié)果與護(hù)套溫度結(jié)合起來。

為了查找第三階段的摘要數(shù)據(jù)，需要設(shè)置搜索功能，尋找長時間打開攪拌器的時間段，然后將其與較高的夾套溫度結(jié)合起來。Forest博士團(tuán)隊在診斷發(fā)現(xiàn)的過程中，能夠?qū)⑺袛?shù)據(jù)分為三個階段，并自動計算所需的統(tǒng)計信息。使用Seeq來搜索特定數(shù)據(jù)和重疊批次的能力，減少了收集數(shù)據(jù)所需的時間，平均每批次可以節(jié)省1個小時的分析時間。

分享分析結(jié)果

使用高級分析可以將分析結(jié)果以網(wǎng)頁、PDF文檔或更新的圖片等形式發(fā)布給同事。因此，使用高級分析的工程師，可以采用集成的方法來進(jìn)行診斷（研究）和描述性（發(fā)布）分析。

當(dāng)然，與使用兩個不同的工具相比，集成的調(diào)查和發(fā)布是一大優(yōu)勢，但同樣重要的是，工程師可以創(chuàng)建、發(fā)布和更新分析，而無需IT人員或?qū)＜业娜魏胃深A(yù)。

傳統(tǒng)的OEE報告是由IT部門或工廠管理員根據(jù)設(shè)計編制的，而設(shè)計可能會偏離計劃（新資產(chǎn)、新配方、新季節(jié)、新原料等）。與傳統(tǒng)報告不同，高級分析支持一線過程工程師根據(jù)需要，利用快速迭代基礎(chǔ)計算和源數(shù)據(jù)，來代表工廠當(dāng)前的實際狀況和相關(guān)機(jī)會。對于接近流程或資產(chǎn)的員工，調(diào)查速度更快，并且可以集成發(fā)布和自助服務(wù)。

預(yù)測性分析

過程工程師通過合并預(yù)測性分析來決定下一步工作（圖4）。預(yù)測性分析完善了從歷史（診斷）、當(dāng)前（描述）到預(yù)期發(fā)生的數(shù)據(jù)范圍。工程師可以使用預(yù)警系統(tǒng)來避免停機(jī)，而不是發(fā)生計劃外停機(jī)事件，該預(yù)警系統(tǒng)可以根據(jù)流程、數(shù)據(jù)和工程師的專業(yè)知識，提前提供數(shù)小時或數(shù)周通知。

圖4.預(yù)測性分析使工程師能夠在影響運(yùn)行之前識別潛在問題。

例如，對于有興趣從計劃維護(hù)轉(zhuǎn)變?yōu)轭A(yù)測維護(hù)的客戶而言，評估何時需要維護(hù)以及訂購哪些零件的能力至關(guān)重要。目標(biāo)不是在停機(jī)或OEE報告中衡量資產(chǎn)故障的歷史記錄，而是最大程度地避免不必要的停機(jī)。

一家精煉廠所面臨的挑戰(zhàn)，是通過預(yù)測固定床催化劑系統(tǒng)的運(yùn)行周期來優(yōu)化近期和長期的經(jīng)濟(jì)效益。這需要選擇和檢查用于訓(xùn)練相關(guān)性的歷史數(shù)據(jù)，一旦獲得新數(shù)據(jù)，就會自動更新。另一個挑戰(zhàn)是提供洞察，以實現(xiàn)煉油廠許可人和催化劑供應(yīng)商之間的協(xié)作分析和調(diào)查。

解決方案是使用Seeq公式執(zhí)行第一性原理方程，以計算固定床反應(yīng)器的歸一化加權(quán)平均床溫（WABT）。下一步是標(biāo)準(zhǔn)化WABT的進(jìn)料速率、進(jìn)料和產(chǎn)品質(zhì)量、處理氣體比例等。然后使用Seeq預(yù)測功能，創(chuàng)建模型來預(yù)測穩(wěn)態(tài)條件下隨時間變化的標(biāo)準(zhǔn)化WABT。這使精煉廠能夠確定運(yùn)行結(jié)束日期與已知的WABT性能閾值之間的聯(lián)系，并將該方法學(xué)應(yīng)用于其它固定床催化劑工藝。

好處包括監(jiān)控催化劑的失活，以便共同優(yōu)化近期的經(jīng)濟(jì)效益和基于風(fēng)險的維護(hù)計劃。對運(yùn)行結(jié)束進(jìn)行更好的預(yù)測，可以更有效地分析費(fèi)率降低和維護(hù)成本之間的平衡。計算催化劑的使用壽命，可以快速檢測出意料之外的變化并采取糾正措施。

做正確的事

除了可以對來自SCADA、歷史數(shù)據(jù)庫和其它制造數(shù)據(jù)集的現(xiàn)有數(shù)據(jù)進(jìn)行診斷、描述性和預(yù)測性分析，還有另一種形式的“分析”。與其它術(shù)語不同，后一種分析類型沒有固定名稱，但最終的分析目的是：做正確的事。

是的，這聽起來很“愚蠢”，但是使用Seeq的工程師一直對快速發(fā)現(xiàn)正確方法來改善運(yùn)營活動充滿熱情。過去，通過電子表格獲得有用的信息需要很長時間，而且工作繁重，因此他們根本無法及時進(jìn)行必要的計算以影響和改善生產(chǎn)成果。但是對于Seeq應(yīng)用而言，所需的時間從幾天和幾周變成了幾小時和幾分鐘，并且可以隨時進(jìn)行分析，考慮取舍并針對全局進(jìn)行優(yōu)化。

停機(jī)報告及類似的OEE報告并不是一個新概念，它們是每個操作手冊的主要內(nèi)容。但這并不意味著沒有機(jī)會重新審視高級分析應(yīng)用來改善各種類型分析的潛力。（作者：Michael Risse）
編輯：hfy