需求
制造業是反映一個國家生產能力、國民經濟水平和綜合國力的基礎性、支柱性產業。Internet和Web技術的飛速發展,大大加快了產品的設計、制造和服務速度,速度和服務已成為影響制造企業核心競爭力的二大重要因素。 制造業中的設備一旦發生故障和失效問題,將嚴重影響企業的市場競爭力。其主要表現在以下幾點:
l 制造企業設備故障的突然發生,不僅會增加企業的維護成本,而且會嚴重影響企業的生產效率,使企業蒙受巨大損失。據調查,設備的60%的維護費用是由突然的故障停機引起的,即使在技術極為發達的美國,每年也要支付2000億美金來對設備進行維護,而設備停機所帶來的間接生產損失則更為巨大。
l 進口設備的維護問題則更為復雜和困難,而目前所采用的遠距離跨國維修FAF(Fly and Fix)的方式既費時又費用昂貴,在大大增加企業運作成本的同時,也嚴重影響了企業的生產效率。
l 在“顧客至上”理念普及的今天,制造企業必須為客戶提供產品的完整服務解決方案。由于產品出現問題的不可預知性,企業無法預先制定服務和維護計劃。為了提高企業的服務效率和服務質量,制造企業必須維持一支規模更為龐大的服務隊伍,其日常支出是非常巨大的。
因此,如何合理地制定維護計劃,防止設備和產品因故障而失效,已成為制造企業降低運作成本、提高生產效率和市場競爭力的重要手段。而要保持設備和產品的穩定性,現在的制造企業多采用周期性檢修的方式,但這種方式同樣給企業帶來了沉重的經濟負擔。新的觀念是采用智能維護系統,不停地對設備和產品的性能狀態進行監測、預測和評估,并按需制定維護計劃,以防止它們因故障而失效。
IMS Technologies
所謂智能維護系統(Intelligent Maintenance System, IMS),或稱之為E-maintenance,是采用性能衰退分析和預測方法,結合infotronics 技術(融合互聯網、非接觸式通訊技術、嵌入式智能電子技術),使產品或設備達到近乎零故障(Near-Zero-Breakdown)的性能或生產效率的一種新型維護系統。
智能維護屬于預測性維護,智能維護系統的采用將大大促進國家的經濟發展。據統計,即使在美國,現今的工業運轉能力只是其最大能力的48.2%(1999年11月,美國商業部門數據),而據保守的估計,基于Internet的智能維護技術每年可以帶動2.5%到5%的運轉能力增長,這意味著:在價值2億美金的設備上應用智能維護技術,每年就可以多創造500萬美金的價值。有關資料也表明:運用智能維護技術可減少事故故障率75%,降低設備維護費用25%~50%。以我國目前國有企業總固定資產約10000多億元為例,每年用于大修、小修與處理故障的費用一般占固定資產的3%~5%,可見采用智能維護,每年取得的經濟效益可達數百億元。
正是智能維護對世界經濟的巨大推動作用,2002年7月,智能維護技術被美國《財富》雜志列為當今制造業最熱門的三項技術之一[1]。
IMS科學意義
在目前的制造企業,無論是維修還是定期的維護,其目的都是為了提高制造企業設備的開動率,從而提高生產效率。故障診斷技術的出現,大大的縮短了確定設備故障所在的時間,從而提高了設備的利用率。但故障停機給制造企業所帶來的損失還是非常巨大的。如在新興的IC產業,其生產線初期投資一般為17億美金左右,而其有效生產周期只有3-5年,若生產線發生故障停機,不僅會使整個生產線上正在加工的半成品全部報廢,而且會嚴重影響其投資回收速度。智能維護技術的出現進一步提高了企業設備的開動率,并且隨著技術的發展,其可使企業的制造設備達到近乎零的故障停機性能。
智能維護與故障診斷有著密不可分的聯系,其很多的技術基礎起源于故障診斷,但他們之間又有很多區別。在傳統的診斷維修領域,大部分的技術開發與應用集中在信號及數據處理、智能算法研究(人工神經網絡、遺傳算法等)、及遠程監控技術(以數據傳送為主)。這些技術基于的基礎理念是被動的維修模式FAF(Fail and Fix),對產品和設備的使用者而言,維修的要求是達到及時修復。而智能維護技術是基于主動的維護模式PAP(Predict and Prevent),重點在于信息分析、性能衰退過程預測、維護優化、應需式監測(以信息傳送為主)的技術開發與應用,產品和設備的維護體現了預防性要求,從而達到近乎于零的故障及自我維護(見圖1)。故障診斷技術在設備和產品的維修中雖然也發揮著重要的作用,但目前,由于工業界對預防性維護技術的需求,故障診斷領域的研究重點已逐步轉向狀態監測、預測性維修和故障早期診斷領域,其為智能維護技術的實現打下了扎實的基礎。實際上,目前的故障診斷研究已經趨向于智能維護領域的初級階段。
美國KLA-Tencor公司預測,半導體制造業將向智能化電子診斷的方向發展(即智能維護),從而實現實時地監測和調整設備的運行,而這一技術的采用將影響整個工業界,而不僅僅是半導體制造業。因此,目前有很多國際知名企業已把智能維護技術作為企業的主要發展戰以促進維護策略從平均故障間隔MTBF(Mean-time-between-failure)平均衰退間隔MTBD(Mean-time-between-degradation)的轉變,實現企業設備和產品在其生命周期中的近乎零的故障發生率,從而大大提高國際市場的競爭力。