刘宏芳，封立林，何丽华，廖常春，张珅赫，杨晓霞
(1.浙江浙能电力股份有限公司，浙江 杭州 310007；
2.浙江浙能台州第二发电有限责任公司，浙江 台州 317109；
3.杭州培慕科技有限公司，浙江 杭州 310000)
随着电力体制的改革，越来越多的火电厂开始采用计算机软件系统提升电厂资产管理的水平。然而，目前火电厂采用的企业资源计划管理系统(ERP)是以经营管理业务为核心驱动，对于设备资产管理和维修的业务并不专注。
以可靠性为中心的维修(reliability centered maintenance，RCM)是目前国际上通用的，用以确定资产预防性维修需求、优化维修管理模式的一种系统工程方法。它是根据设备的可靠性状况，以最少的维修资源消耗，运用逻辑决断方法来确定所需的维修内容、维修类型、维修间隔周期及维修级别，判定出预防性维修大纲，从而达到优化维修的目的。
本文介绍的资产管理系统，依据RCM理论在统一的业务基础软件平台上，构建资产数据、风险矩阵分析、RCM分析、维修计划管理、维修记录回归、资产绩效评估与优化、设备健康和资产知识库等8个业务处理和决策支持模块，通过各模块协同作用，以提高维修工作效率、降低电厂维护成本，实现电厂利润最大化。
1.1 系统概述
为满足电厂设备资源管理的需求，本系统结合RCM的理念，通过分析设备的关键性及故障模式，扩展集成其他系统的数据，关注设备的可靠性和状态，辅助选择最合适的维修方式来指导维修。系统以合理的逻辑决断方法来确定不同设备所需的维修内容、间隔周期和级别，以达到优化维修，满足电厂管理的目标。系统的简要流程图如图1所示。
图1 系统流程图
1.2 系统功能模块组成
1.2.1 企业资产数据
资产数据管理模块通过对企业资产进行分解梳理、逻辑分析，帮助企业理清设备之间的关系，形成含有丰富信息的企业资产结构树，形成与现场对应的设备数字孪生，并为进一步的风险分析和RCM分析等提供依据。同时，资产结构树上也能集成显示关键绩效指标，根据业务运营和设备运行的变化，动态展示与设备可靠性、可用性相关的关键绩效指标，提供直观图形化展示，可在单个界面中分组显示多个性能指标。
1.2.2 风险矩阵分析
风险矩阵是以法律法规、标准、规范和所属企业的要求为基础，考虑风险、成本与绩效等维度，量化设备管理目标，从而形成的企业数字化的标准。通过该模块对设备定期评审并更新，可以确定设备风险等级。决策者根据风险矩阵评估的结果，结合当前阶段全厂维修管理的目标，得出适合本厂的维修策略。对设备故障导致事故的风险评估，通过风险辨识确定事故的危害及严重程度，与事件发生的可能性乘积共同来确定风险的大小，并用不同的颜色直观反映风险结果，如图2所示。
图2 风险矩阵分析
1.2.3 RCM分析
按ISO 14224标准将机组划分为系统、设备、部件等级别，确定设备的串并联关系，同时将设备故障模式与设备的部件关联，对设备的故障原因、故障模式进行清晰的定义与管理。通过引导方式的故障模式与影响分析(FMEA)，对部件级别的故障模式、故障后果等因素进行全面梳理与管理。通过建立资产结构树，分析设备中每个部件的故障对系统或机组的影响，建立常用的部件维修策略，同时为模拟提供资产结构模型基础。
1.2.4 维修记录回归分析
本模块能够在收集历史检维修数据之后，形成历史维修记录库。使用威布尔分布曲线方式，对设备的历史检维修数据进行回归分析，获得故障原因的平均故障间隔周期，用于更新资产结构树模型，使得资产结构模型更加贴近实际。这一独特的数据库反映了设备中各个单元或整个机组的故障规律，并且能有效地避免在使用通用知识库时所产生的误导性结果。
1.2.5 资产绩效模拟与优化
设备资产绩效模拟优化技术(RAM)是基于设备的历史故障数据，在对机组及设备的故障原因与故障模式、检维修策略进行建模后，调用系统中的算法，基于设备可靠性和平均无故障时间，完成对维修策略的模拟评估。通过定性与定量分析技术的结合，对机组或设备的可靠性、可用性和可维护性进行分析、评估及优化，得到对未来的生产能力、效益预测的报告。评估不同的维修策略对可用性、可靠性等的影响，可确定其经济风险和故障损失的大小。发现维修策略的薄弱环节，可进行优化并加以改善。根据风险排序，制订有针对性的检维修策略、大小修计划，辅助决策检修设备范围、检修部件和内容。
1.2.6 设备健康管理
本模块用于建立设备异常参数与设备故障模式的关联关系，接收设备状态的实时数据、故障信息等影响设备可靠度的数据和信息。通过设备建模和模拟评估，综合判断设备的当前状态，为用户提供需关注的设备清单，实现智能分析和辅助决策，帮助企业提高设备监测和状态评估效率。其主要实现以下两种功能。
1)建设设备的实时数据预警模型：以行业标准预警模型为基础，结合企业机组和设备特点，利用现有的PI系统获取设备的实时数据，构建企业特有的设备故障预警模型。
2)构建预警信息与设备故障库的逻辑关系：结合智能生产应用系统的设备层级预警信息，通过行业知识库和企业经验沉淀，建设设备预警信息与设备部件故障的逻辑关系，实现预警信息与设备部件故障现象及故障原因的关联关系，实现预警、诊断和处理措施的有机结合。
1.2.7 维修策略计划管理
企业在设备维护管理中采用不同策略，如基于设备状况的维修(CBM)、预防性维修(PM)或仅在设备运行至故障后进行事后维修(CM)。用户借助软件功能，使用专业的数学量化分析方法，对比所有相关成本、设备的维护及可靠性在实施该方案前后的变化等，结合可靠性分析理论和企业的实际管理经验，根据业务运营和设备运行的不断变化，创建、分析和调整与公司运营目标相一致的维修策略。最终实现确保设备最佳的可靠性水平、最优的设备性能及整个设备管理程序的有效性。
1.2.8 资产知识库
系统提供标准故障库，包含设备故障模式和故障原因库等，为企业构建以可靠性为中心的设备管理系统快速搭建提供基础。同时，充分利用信息手段实现经验积累与知识共享，将维修人员的知识转化成企业特色的知识库，建立字段间关联关系，固化专家经验，形成标准化的维修技术步骤和流程。通过管理系统将优化企业内的各部门以设备的运行、维护维修为主线的业务流程。
通常电厂的维修管理目标可以分为提高设备可靠性、控制成本或者控制风险这几个方面。但是电厂的人力和物力有限，设备的状态也是各不相同，无法做到面面俱到，所以维修计划需要有取舍，相应的维修管理目标也会随着生产运营的状况，在不同时期会有不同的侧重点。在系统应用方面，可以将风险矩阵与维修策略评估的模块结合，考虑全厂维修管理的目标，得出适合本厂的维修策略。
在系统中，风险矩阵功能为用户提供了各设备或整个机组中各故障原因的风险分布与统计数据。用户可以根据自己的标准定制不同的风险矩阵，将RCM分析过程中建立的所有故障原因在风险矩阵中的分布进行计算和展示。
建设过程中需要将管理目标量化，在安全、生产等管理维度，根据失效后果，结合平均故障时间，建立企业管理目标相关的风险矩阵。将设备的每个部件级别的故障原因对应的后果等级定量化后，结合RAM模拟与风险矩阵，判断维修策略与管理目标的偏差，进行策略的优化。优化的决策逻辑如图3所示。
图3 决策逻辑图
在实际应用中，首先根据发生的事故后果和可能性定义风险矩阵。下面以通过风险矩阵以确定过修对象为例进行说明，过修对象存在以下的特点：故障发生概率较低；
故障后果不严重；
有预防性维修策略。上述条件同时满足的情况下，可认为该部件存在过修的可能性，考虑通过减少维修策略或者延长检修周期来节约成本。
图4所示为某台设备按照原定的所有部件每2年进行1次检修的策略，通过RAM模拟后，得到该设备的部件故障的风险分布，其中平均故障时间位于风险矩阵的左上方的则为过修的部件。点击数字后查看具体部件模拟所得的平均故障间隔，如图5所示。
图4 风险矩阵案例
图5 过修部件案例
此时，2年1次的维修中，维修内容减少，过修的项目减少，通过图6的风险矩阵分析可知，设备的风险没有增加。此外，图7中将2种维修方式模拟报告的设备可靠度进行比较，在减少了检修项目之后，模拟得到的设备可靠度只减少了0.02。那么，可认为这是可行的维修策略优化方案。
图6 风险矩阵对比
图7 可靠度对比图
同样可通过以下几个条件来确定欠修对象：处于风险矩阵高风险区域及临界区域的故障原因；
对系统可用性影响较高；
缺少维修策略或者维修措施。上述条件同时满足的情况下，则是重点关注和研究的欠修对象。
本文通过信息化系统的建立，完成电厂设备资产台账的完善、设备信息集中展示分析、电厂设备的定性定量分析、相关维修策略的分析，并与企业管理目标相结合，进行了统一的设备管理规划，优化了设备的维修策略，以确保火电厂机组的安全、可靠、经济、高效运行。
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