摘要

　　

　　以污水處理工藝系統(tǒng)為研究載體，先進(jìn)的現(xiàn)代監(jiān)測設(shè)備為研究基礎(chǔ)，監(jiān)測數(shù)據(jù)為研究重點(diǎn)，提出了一種基于數(shù)據(jù)分析技術(shù)，結(jié)合現(xiàn)代監(jiān)測技術(shù)、通信技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)的設(shè)備管理創(chuàng)新模式。創(chuàng)新模式指出：全面、精準(zhǔn)的硬件和軟件監(jiān)測系統(tǒng)是創(chuàng)新管理模式的基礎(chǔ)，通過描述統(tǒng)計法、相關(guān)性分析等數(shù)理統(tǒng)計方法挖掘數(shù)據(jù)潛在價值是創(chuàng)新管理模式的關(guān)鍵，將基于數(shù)據(jù)分析技術(shù)基礎(chǔ)上總結(jié)提煉的科學(xué)結(jié)論應(yīng)用于生產(chǎn)，進(jìn)一步提升設(shè)備過程控制能力是創(chuàng)新管理模式的目的。結(jié)合污水水泵啟停控制液位的科學(xué)設(shè)定、盤式過濾器濾芯定期堵塞問題的解決、水質(zhì)檢測車探頭清洗裝置的研發(fā)等實例從設(shè)備科學(xué)運(yùn)行、設(shè)備維修保養(yǎng)、設(shè)備創(chuàng)新改進(jìn)三方面驗證了該管理模式的可行性、有效性和正確性。

　　

　　關(guān)鍵詞：設(shè)備管理數(shù)據(jù)分析監(jiān)測技術(shù)

　　

　　1 簡介

　　

　　設(shè)備管理是以設(shè)備作為研究對象，應(yīng)用一系列理論和方法，通過一系列技術(shù)手段，實現(xiàn)設(shè)備的科學(xué)型管理，包括如何實現(xiàn)設(shè)備的合理和正確使用、設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)、設(shè)備的創(chuàng)新改進(jìn)等內(nèi)容[2、5]。數(shù)據(jù)分析是指為了提取有用的信息而采用數(shù)學(xué)方法對收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行研究和概括總結(jié)的過程[1]。

　　

　　隨著計算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)的日益發(fā)展以及和數(shù)學(xué)知識的不斷融合，數(shù)據(jù)分析技術(shù)正在被越來越多地應(yīng)用于生產(chǎn)領(lǐng)域的各個方面，如何更加深入地挖掘數(shù)據(jù)分析技術(shù)的應(yīng)用潛能為生產(chǎn)實踐服務(wù)，即如何實現(xiàn)基于數(shù)據(jù)分析技術(shù)基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)代監(jiān)測技術(shù)、通信技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)以及數(shù)據(jù)庫技術(shù)進(jìn)一步增強(qiáng)生產(chǎn)過程控制、優(yōu)化設(shè)備管理過程，提高設(shè)備管理水平是一項重要的課題[3、4]。本文針對上述問題，以某煙廠污水處理工藝系統(tǒng)為研究載體，淺析了基于數(shù)據(jù)分析技術(shù)的設(shè)備管理模式。

　　

　　2 設(shè)備管理創(chuàng)新模式的運(yùn)行框架

　　

　　通過全面、精準(zhǔn)的在線監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)對整個工藝流程全方位的監(jiān)測，結(jié)合通信技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)實時將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦た仉娔X，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控及全套系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)的存儲、管理；通過描述統(tǒng)計法、相關(guān)性分析、回歸分析法等數(shù)理統(tǒng)計方法挖掘監(jiān)測數(shù)據(jù)潛在價值，形成符合系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)律的科學(xué)結(jié)論，應(yīng)用于生產(chǎn)實踐，最終從優(yōu)化設(shè)備運(yùn)行策略、變革設(shè)備維保方式、驅(qū)動設(shè)備創(chuàng)新改進(jìn)三個方面實現(xiàn)設(shè)備過程控制能力的提升。

　　

　　3 全面、精準(zhǔn)的監(jiān)測系統(tǒng)是設(shè)備管理創(chuàng)新模式的基礎(chǔ)

　　

　　全面的監(jiān)測系統(tǒng)包括硬件監(jiān)測系統(tǒng)和軟件監(jiān)測系統(tǒng)。硬件監(jiān)測系統(tǒng)是整套監(jiān)測系統(tǒng)的基礎(chǔ)，全面是指監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)該覆蓋生產(chǎn)工藝流程的各個環(huán)節(jié)各個節(jié)點(diǎn)，精準(zhǔn)則是指監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)該作業(yè)穩(wěn)定、可靠；軟件監(jiān)測系統(tǒng)則是硬件監(jiān)測系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展，是一個高度集成的系統(tǒng)，實現(xiàn)對每一臺設(shè)備的遠(yuǎn)程控制以及每一套監(jiān)測設(shè)備反饋數(shù)據(jù)的監(jiān)控，并且結(jié)合數(shù)據(jù)庫技術(shù)可以實現(xiàn)全系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)的存儲、管理。

　　

　　某煙廠污水處理站的硬件監(jiān)測系統(tǒng)包括水質(zhì)指標(biāo)監(jiān)測系統(tǒng)、狀態(tài)量監(jiān)測系統(tǒng)、氣體狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)四類，如下表所示。

　　

　　硬件和軟件監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)合實現(xiàn)了污水處理站全方位的監(jiān)控，體現(xiàn)在三個方面：實現(xiàn)由點(diǎn)到面的系統(tǒng)監(jiān)測、實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理。

　　

　　從污水處理站的入口集水池，到經(jīng)過初級處理系統(tǒng)處理后連通市政污水排放管道的中間水池，再到經(jīng)過深度處理系統(tǒng)處理后連接廠區(qū)景觀綠化用水管道的清水池，系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)都配備完善的監(jiān)測設(shè)備，比如集水池有濁度等水質(zhì)指標(biāo)檢測儀、超聲波液位監(jiān)測計、水池進(jìn)口和每個水泵的出口及總管處有流量監(jiān)測系統(tǒng)；監(jiān)測設(shè)備在實地得到的每一個監(jiān)測數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)竭h(yuǎn)程監(jiān)控電腦，一旦現(xiàn)場某個節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)異常情況，技術(shù)人員可以第一時間從遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)得到信息；監(jiān)測技術(shù)結(jié)合通信技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)則可以實現(xiàn)全套系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)的存儲、管理，為后續(xù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析提供源數(shù)據(jù)。

　　

　　4 挖掘數(shù)據(jù)潛在價值是設(shè)備管理創(chuàng)新模式的關(guān)鍵

　　

　　數(shù)據(jù)是設(shè)備及系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的抽象表現(xiàn)形式，可以深刻地反映出設(shè)備及系統(tǒng)運(yùn)行的變化趨勢及好壞，因此通過描述統(tǒng)計法、相關(guān)性分析等數(shù)理統(tǒng)計方法對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并且挖掘數(shù)據(jù)潛在價值是實現(xiàn)由監(jiān)測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)樯a(chǎn)力的關(guān)鍵。

　　

　　4.1 基于描述統(tǒng)計法的運(yùn)行規(guī)律總結(jié)

　　

　　描述統(tǒng)計法是通過數(shù)學(xué)方法，對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分析，并對數(shù)據(jù)的分布狀態(tài)等信息進(jìn)行描述的方法，采用描述統(tǒng)計法對記錄全套系統(tǒng)的歷史運(yùn)行特性的完整數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可以得到系統(tǒng)運(yùn)行的規(guī)律特性。

　　

　　通過采集每日集水池入口處的流量計監(jiān)測數(shù)據(jù)描述統(tǒng)計法總結(jié)得到如下運(yùn)行規(guī)律：

　　

　　①日均污水處理量約為T=1135t，最大污水處理量為Qmax=2064t，最小污水處理量為Qmin=233t；

　　

　　②由于停產(chǎn)，周末污水處理量維持在700t/d以下；

　　

　　③日均污水處理量處于1000t至1200t范圍內(nèi)的最多，占比22%。

　　

　　在總結(jié)歷史運(yùn)行規(guī)律的基礎(chǔ)上，從當(dāng)前的運(yùn)行數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)的對比中，可以發(fā)現(xiàn)異常情況，找到問題根源的可能性。

　　

　　階段Ⅰ的檢測數(shù)據(jù)比較穩(wěn)定，保持在22mg/L~25mg/L的微小波動范圍，階段ⅡCOD數(shù)據(jù)呈現(xiàn)逐步上升的趨勢，階段Ⅲ檢測數(shù)據(jù)再次達(dá)到穩(wěn)定，波動更小，基本保持在42mg/L不變，此時的檢測數(shù)據(jù)已不能反映真實情況，在進(jìn)水水質(zhì)基本不變、加藥量和加藥濃度基本穩(wěn)定、處理設(shè)備正常運(yùn)行的前提下，引起這一問題的最大可能性是檢測探頭表面有雜質(zhì)粘附，影響了正常工作。

 

數(shù)據(jù)分析技術(shù)

　　

　　4.2 基于相關(guān)性分析的最佳方案確定

　　

　　相關(guān)性分析是指對兩個或多個變量進(jìn)行分析，從而衡量變量間的相關(guān)密切程度。

　　

　　由曲線圖可知，PAC的投加量由0.5mg/L遞增到2.0mg/L的過程中，COD由48.2mg/L減小到22.0mg/L；當(dāng)PAC的投加量大于2.2mg/L時，COD值又有一定程度的上升，但上升有限。從實驗結(jié)果看，PAC投加量控制在1.8mg/L~2.0mg/L對控制COD有較好的效果。

　　

　　4.3 基于時間序列分析的發(fā)展趨勢預(yù)測

　　

　　時間序列分析是研究觀測到的時間序列數(shù)據(jù)所遵從的統(tǒng)計規(guī)律的數(shù)理統(tǒng)計方法。通過時間序列分析來預(yù)測發(fā)展趨勢，可以讓技術(shù)人員提前做出更加合理、科學(xué)的決定。污水處理站PAC藥品的采購是一個需要預(yù)測發(fā)展趨勢的問題：由于PAC藥品保質(zhì)期有限，儲量過多導(dǎo)致藥品失效，造成浪費(fèi)；由于采購藥品的審批等流程需要耗費(fèi)一定的時間，儲量過低導(dǎo)致無法及時補(bǔ)充藥品而影響水質(zhì)處理效果。實際應(yīng)用中，PAC的加藥量和污水處理量存在一定的比例關(guān)系，因此最科學(xué)有效的做法是：預(yù)測一段時間內(nèi)的污水處理量來確定藥品消耗量，進(jìn)而確定最低儲藥量、最高儲藥量、采購量等。

　　

　　根據(jù)上表的統(tǒng)計結(jié)果，可以大致預(yù)測下一季度的污水最大處理量Qmax、最小處理量Qmin、平均處理量Qp，根據(jù)加藥量和污水量的比例關(guān)系確定最大消耗量Tmax、最小消耗量Tmin、平均消耗量Tp，進(jìn)而確定最大采購量Gmax、最小采購量Gmin、平均采購量Gp。

　　

　　上述通過描述統(tǒng)計法、相關(guān)性分析、時間序列分析等數(shù)理統(tǒng)計方法對數(shù)據(jù)分析都只是應(yīng)用了最基本、比較簡單的數(shù)據(jù)處理工具，如果進(jìn)行深層次的挖掘，需要用到曲線擬合、參數(shù)估計等工具，在此不再贅述。

　　

　　5 提升設(shè)備過程控制能力是設(shè)備管理創(chuàng)新模式的目的

　　

　　采用數(shù)據(jù)分析技術(shù)挖掘反映系統(tǒng)真實運(yùn)行情況的監(jiān)測數(shù)據(jù)的潛在價值，形成符合系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)律的科學(xué)結(jié)論，并將科學(xué)結(jié)論應(yīng)用于生產(chǎn)實踐以提升設(shè)備過程控制能力是設(shè)備管理創(chuàng)新模式的目的。提升設(shè)備過程控制能力主要體現(xiàn)在三個方面：優(yōu)化設(shè)備運(yùn)行策略、變革設(shè)備維保方式、驅(qū)動設(shè)備創(chuàng)新改進(jìn)。

　　

　　5.1 優(yōu)化設(shè)備運(yùn)行策略

　　

　　建立在監(jiān)測數(shù)據(jù)基礎(chǔ)之上提煉的科學(xué)結(jié)論提供給技術(shù)人員合理應(yīng)用設(shè)備的科學(xué)依據(jù)，實現(xiàn)設(shè)備或者系統(tǒng)效率最大化、能源利用率最大化。

　　

　　通過歷史數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)規(guī)律：夏季月份的中水消耗量較大，相應(yīng)地自來水的補(bǔ)水量也較大，白天正常的污水處理速度已很難滿足消耗速度的需求，原因主要是廠區(qū)綠化消耗的水量較大。因此，科學(xué)的應(yīng)對措施是：夜班在中水停用的情況下，將整套污水處理系統(tǒng)由末端至前端的水池的水泵啟動液位提高，比如將啟動液位由2m提高到3.5m，起到蓄存水量的作用；白天在中水使用的情況下，降低水泵的啟動液位，由3.5m降低到2m，及時補(bǔ)充末端中水消耗。合理設(shè)定水泵的啟停控制液位就是在準(zhǔn)確的監(jiān)測數(shù)據(jù)基礎(chǔ)之上，通過數(shù)據(jù)分析得到的降低自來水補(bǔ)水量的科學(xué)運(yùn)行策略。

　　

　　5.2 變革設(shè)備維保方式

　　

　　目前，普遍采用的是具有計劃性質(zhì)的周期性預(yù)防維修保養(yǎng)，這種維修保養(yǎng)方式可以很大程度上降低設(shè)備的故障率，保障設(shè)備的正常運(yùn)行，但也有其自身的缺陷：①每次的維修保養(yǎng)任務(wù)重、時間緊；②為了充分保障設(shè)備的正常運(yùn)行，往往零部件的運(yùn)行時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其使用壽命[3、4]。

　　

　　現(xiàn)代監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展及數(shù)據(jù)分析技術(shù)的深入應(yīng)用為維修保養(yǎng)方式的變革提供了科技力量，技術(shù)人員可以通過監(jiān)測技術(shù)直接或者間接地跟蹤設(shè)備的運(yùn)行狀況，通過數(shù)據(jù)分析技術(shù)分析數(shù)據(jù)的變化趨勢，預(yù)測可能的發(fā)展方向。比如可通過入口、出口處壓力差的變化趨勢來判斷盤式過濾器是否有堵塞現(xiàn)象，下表所示的是解決盤式過濾器濾芯定期堵塞的三種維修方法的對比情況。從表中可知，預(yù)測維修相比預(yù)防維修和事后維修在經(jīng)濟(jì)成本、時間成本上均具有一定的優(yōu)勢。

　　

　　這一案例可以得出:對于盤式過濾器濾芯的清洗或者更換不再是一個具有計劃性質(zhì)的周期性預(yù)防維修保養(yǎng)工作，更加不是一個阻塞后進(jìn)行清洗的事后維修工作，而是一個基于精準(zhǔn)的監(jiān)測技術(shù)基礎(chǔ)上準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)分析而做出的具有預(yù)測性質(zhì)的維修保養(yǎng)工作。這種維修保養(yǎng)工作避免了計劃性周期保養(yǎng)工作的弊端：由于進(jìn)水水質(zhì)及前端水處理設(shè)備的不同情況會導(dǎo)致進(jìn)入盤式過濾器的水質(zhì)不同，因此不同時間段盤式過濾器的正常運(yùn)行時間及使用壽命本身就不同，具有計劃性的維護(hù)保養(yǎng)工作必定會造成過剩維修或事后維修。

　　

　　5.3 驅(qū)動設(shè)備創(chuàng)新改進(jìn)

　　

　　數(shù)據(jù)分析提煉出的科學(xué)結(jié)論可以驅(qū)動設(shè)備的創(chuàng)新改進(jìn)。

　　

　　在上文提到的COD上升的例子中，技術(shù)人員對比歷史運(yùn)行規(guī)律，發(fā)現(xiàn)異常情況，并推測引起COD檢測數(shù)據(jù)上升的最大可能性是檢測探頭表面有雜質(zhì)粘附，經(jīng)過手動清洗探頭后，檢測數(shù)據(jù)恢復(fù)到22mg/L左右波動。通過前、后數(shù)據(jù)曲線圖的對比可以確定：COD檢測數(shù)據(jù)的上升是因為探頭表面粘附雜質(zhì)引起的這一推斷的正確性。

　　

　　為了解決這一問題，技術(shù)人員采用自動壓縮空氣清洗檢測探頭，每隔兩天清洗一次檢測探頭得到的中間水池COD檢測數(shù)據(jù)，整個實驗過程中，檢測數(shù)據(jù)始終處于20mg/L~25mg/L的范圍，并沒有出現(xiàn)由于外界因素的影響導(dǎo)致檢測數(shù)據(jù)不斷上升的現(xiàn)象，表明壓縮空氣探頭清洗法是成功的。

　　

　　從這一案例中可以得到如下結(jié)論：由于監(jiān)測數(shù)據(jù)的異常變化引起了技術(shù)人員的注意，推測發(fā)生這一問題的可能性，在實驗數(shù)據(jù)的對比中確認(rèn)了這個可能性，并找到了解決問題的措施，為創(chuàng)新改進(jìn)提供了科學(xué)依據(jù)，在創(chuàng)新前后的數(shù)據(jù)對比中驗證了科技創(chuàng)新的成功。

　　

　　6 TPM培訓(xùn)公司結(jié)論

　　

　　本文以某煙廠污水處理工藝系統(tǒng)為研究載體，先進(jìn)的現(xiàn)代監(jiān)測設(shè)備為研究基礎(chǔ)，監(jiān)測數(shù)據(jù)為研究重點(diǎn)，提出了一種基于數(shù)據(jù)分析技術(shù)，結(jié)合現(xiàn)代監(jiān)測技術(shù)、通信技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)的設(shè)備管理創(chuàng)新模式，得到以下結(jié)論。

　　

　　①全面、精準(zhǔn)的監(jiān)測系統(tǒng)是設(shè)備管理創(chuàng)新模式的基礎(chǔ)；

　　

　　②挖掘數(shù)據(jù)潛在價值是設(shè)備管理創(chuàng)新模式的關(guān)鍵；

　　

　　③提升設(shè)備過程控制能力是設(shè)備管理創(chuàng)新模式的目的。

　　

　　應(yīng)用數(shù)據(jù)分析技術(shù)挖掘基于完善、精準(zhǔn)監(jiān)測系統(tǒng)基礎(chǔ)上的監(jiān)測數(shù)據(jù)，形成科學(xué)結(jié)論應(yīng)用于生產(chǎn)實踐，實現(xiàn)優(yōu)化設(shè)備運(yùn)行策略、變革設(shè)備維保方式、驅(qū)動設(shè)備創(chuàng)新改進(jìn)的目的，結(jié)合水泵啟停控制液位的科學(xué)設(shè)定、盤式過濾器濾芯定期堵塞問題的解決、水質(zhì)檢測車探頭清洗裝置的研發(fā)等實例驗證了該管理模式的可行性、有效性、正確性。