預測性維護（Predictive Maintenance，簡稱PdM）是一種先進的維護策略。它通過收集設備運行數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)分析和建模技術，識別出設備的潛在故障或性能下降趨勢，從而提前進行維護操作，以避免設備故障導致的生產(chǎn)中斷或安全事故。預測性維護通常關注設備的某一特定部分或系統(tǒng)，并對其進行有針對性的監(jiān)測和診斷，側(cè)重于設備的故障預測和預防性維護，并實現(xiàn)運維成本最優(yōu)。因此，與事后維修、周期性預防維護、基于狀態(tài)的維護相比，預測性維護可以最大限度地減少意外停機時間，延長設備壽命，并降低維護成本。
　　
　　近年來，隨著傳感器、人工智能、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術的蓬勃發(fā)展，預測性維護受到市場廣泛關注與重視。據(jù)物聯(lián)網(wǎng)市場調(diào)研機構IoT Analytics最新一版的《2023—2028年預測性維護和資產(chǎn)性能市場報告》顯示，預計到2028年，預測性維護市場將以每年17%的速度增長。
　　
　　然而，作為一門融合了計算機科學、數(shù)據(jù)科學、大數(shù)據(jù)、人工智能、工業(yè)軟件和物聯(lián)網(wǎng)、工程領域?qū)＜抑R以及統(tǒng)計學等多個學科的復雜技術，預測性維護的推進不僅需要企業(yè)具備高水平的技術能力和綜合性的跨領域技術人才，也需要一套系統(tǒng)化的落地實施方法論。
　　
　　與眾多以數(shù)據(jù)驅(qū)動為核心的技術類似，預測性維護的推進主要涵蓋需求定義、模型開發(fā)及部署上線等關鍵環(huán)節(jié)（如下圖）。本文將結(jié)合預測性維護系統(tǒng)的建立過程，總結(jié)預測性維護落地實施的七大策略，以期為企業(yè)提供啟示與借鑒。

　　

　　
　　1、確立明確的目標，做好前期評估
　　
　　確立明確的實施目標，是防止預測性維護項目方向偏移的關鍵。在項目實施前，企業(yè)應分析現(xiàn)有維護體系的主要痛點和不足：是設備故障導致生產(chǎn)節(jié)拍頻繁被打斷？或是產(chǎn)品品質(zhì)一致性難以保證？亦或是運維成本過高？針對這些痛點，企業(yè)需要明確通過預測性維護解決的關鍵問題，是實現(xiàn)故障預測？還是產(chǎn)能或產(chǎn)品質(zhì)量改善？其核心目標仍應圍繞“提質(zhì)增效，降本減存”等方面。
　　
　　在確定核心目標后，企業(yè)還應進行執(zhí)行前的可行性研究和評估。全面評估企業(yè)當前制造水平，識別企業(yè)與推進預測性維護之間的技術差距，制定分階段實施計劃，并估算投入成本與預期回報之間的關系，是否值得投入。還應考慮現(xiàn)有人員配備情況，以及特殊設備對應的預測性維護技術的成熟度。
　　
　　2、選擇合適且速贏的場景切入
　　
　　對于預測性維護來說，建模方法千萬條，選對場景第一條。建議企業(yè)選擇最需要關注且能夠快速見效的實施對象。
　　
　　首先，企業(yè)需根據(jù)當前生產(chǎn)表現(xiàn)相關指標，明確監(jiān)控的層級，是部件級、設備級、產(chǎn)線級還是工廠級。例如，針對設備停機，要深入分析是特定部件頻繁故障導致的停機，還是產(chǎn)線間缺乏有效的生產(chǎn)協(xié)同而引起的，找到關鍵瓶頸，確定需要監(jiān)控的關鍵部件或環(huán)節(jié)。
　　
　　其次，預測性維護并不適用于所有對象。它更適用于故障發(fā)生頻率不高，但一旦發(fā)生會導致長時間停機和高額經(jīng)濟損失的設備。企業(yè)可以通過四象圖來作判定設備優(yōu)先級，縱軸代表部件故障發(fā)生頻率，橫軸表示故障發(fā)生造成的停機時間及經(jīng)濟損失（如下圖）。

　　

　　
　　其中，對于故障發(fā)生頻率高，不易維修且經(jīng)濟損失大的設備，更應考慮設備設計的問題，需改進設計；對于故障發(fā)生頻率高，但經(jīng)濟損失小，且容易更換的設備，準備更多備件即可；對于故障發(fā)生頻率低，經(jīng)濟損失小，維修維護容易的設備，采用傳統(tǒng)維護方式更具性價比。而對于故障發(fā)生頻率低，但影響重大的設備，實施預測性維護能夠更顯著地凸顯其價值。
　　
　　此外，企業(yè)還需對實施對象進行可行性評估，包括考慮設備數(shù)據(jù)收集的情況，如數(shù)據(jù)的完整性、可靠性，基于收集的數(shù)據(jù)能否評估部件的衰退程度，以及考慮應用開發(fā)成本、故障發(fā)生模式等。
　　
　　值得的一提的是，選擇快速見效的項目，不僅可以驗證技術方法論的可行性，還能增強團隊繼續(xù)執(zhí)行項目的信心，并快速檢驗特定場景是否具備大規(guī)模實施的可行性。
　　
　　3、突破小數(shù)據(jù)瓶頸
　　
　　對于預測性維護而言，數(shù)據(jù)量多少足夠？是否越多越好？從理論上看，“足夠”的數(shù)據(jù)量可以為預測模型提供更豐富的信息和更準確的故障模式識別，從而提高預測的準確性。然而，在工業(yè)領域，獲取足夠大的數(shù)據(jù)量并不總是現(xiàn)實或可行的。
　　
　　因此，推進預測性維護，企業(yè)需要解決小數(shù)據(jù)的問題。即通過定義問題的邊界，來確定數(shù)據(jù)采集的范圍。如是監(jiān)控某個關鍵部件、設備，還是整條產(chǎn)線？是實現(xiàn)異常監(jiān)控和報警，還是故障模式判定？不同的預期目標、不同的監(jiān)控對象/層級、不同的需求，對于傳感器的部署，數(shù)據(jù)來源的設計，采集頻率、數(shù)據(jù)量大小的要求等都不一樣，可結(jié)合競爭性測算對成本、潛在收益等進行綜合評估來確定。另外，還可以基于原因分析，開展有針對性的數(shù)據(jù)采集。企業(yè)基于對設備基理的深入理解，對可能導致故障的各種原因進行一一列舉，并找到與故障成因最相關的因素，進行數(shù)據(jù)采集。通過這種方式，數(shù)據(jù)采集的范圍更精確，模型的準確度也更高。
　　
　　總之，數(shù)據(jù)收集是一個逐步積累的過程，數(shù)據(jù)量也并非越多越好，“正確的數(shù)據(jù)”遠比有量無質(zhì)的“大數(shù)據(jù)”更好，無關的數(shù)據(jù)反而會讓模型的性能偏離。
　　
　　4、增強模型的魯棒性和泛化性
　　
　　模型的準確性和可靠性是衡量預測性維護項目成功的關鍵因素。為有效提高模型的準確性，除了加強數(shù)據(jù)采集和處理、深入研究設備機理、優(yōu)化模型結(jié)構和參數(shù)設置以及建立有效的模型驗證機制等措施，確保模型在動態(tài)工況下的自適應更新能力同樣至關重要，即提高模型的魯邦性和泛化性。
　　
　　魯棒性強的模型能夠抵御各種干擾和變化，保持穩(wěn)定性能；而泛化性好的模型則能夠適用于不同的數(shù)據(jù)分布，不僅在訓練數(shù)據(jù)上表現(xiàn)良好，而且在新的、真實的數(shù)據(jù)分布上也能保持性能。在業(yè)界，主要利用貝葉斯優(yōu)化、遷移學習、深度學習的神經(jīng)網(wǎng)絡等方法，確保數(shù)據(jù)分布發(fā)生變化時模型的魯棒性和泛化性。不過，還需要建立一套完善的模型評估機制來確保模型的持續(xù)有效性，包括判斷訓練數(shù)據(jù)分布是否發(fā)生變化，以及更新后的模型是否滿足當前的工作狀況。模型在運行過程中，還應對模型進行持續(xù)的修正、迭代和完善。
　　
　　5、注重與現(xiàn)有維護運營體系的緊密融合
　　
　　為確保預測性維護項目成功復制推廣，企業(yè)應注重預測性維護技術與企業(yè)現(xiàn)有的維護運營體系緊密結(jié)合，包括與其他維護方式的有效協(xié)同，與現(xiàn)場維護人員操作習慣相匹配，以及與企業(yè)其他業(yè)務系統(tǒng)的集成等方面。
　　
　　現(xiàn)場維護人員是維護活動的直接執(zhí)行者，他們對系統(tǒng)的接受程度和使用熟練度直接影響系統(tǒng)的效能。因此，系統(tǒng)在設計時應充分考慮現(xiàn)場維護人員的操作習慣和需求，提供簡潔直觀的用戶界面，確保易用性，以便他們能夠迅速上手，無需長時間的培訓和學習。還需加強對維護人員的培訓和教育。另外，實現(xiàn)系統(tǒng)與企業(yè)其他業(yè)務系統(tǒng)（如ERP、MES等）的無縫對接，是確保數(shù)據(jù)一致性和流程協(xié)同的關鍵。
　　
　　6、避免將預測準確率作為項目成敗的唯一標準
　　
　　預測性維護是一種面向維護活動的策略設計，核心在于將預測結(jié)果作為整個維修維護活動的輸入或參考，實現(xiàn)對整個維護策略或流程的優(yōu)化。從這個層面來看，預測性維護的價值不僅僅在于其技術實現(xiàn)，更在于它對整個企業(yè)維護經(jīng)營活動的積極影響。因此，將準確率作為預測性維護項目成敗的唯一指標是有局限性的。
　　
　　另外，預測性維護價值鏈路較長且復雜，涉及數(shù)據(jù)收集、模型訓練、維護策略制定等多個環(huán)節(jié)，不同于數(shù)據(jù)來源穩(wěn)定、工作目標單一的應用場景，比如視覺檢測，主要關注合格率，
　　
　　可以將準確性作為關鍵衡量指標。建議企業(yè)在追求模型準確性的同時，從多角度更全面地評估預測性維護項目的成效。包括：項目實施后設備故障率的降低程度、維護成本的節(jié)約情況、生產(chǎn)效率的提升程度等指標；模型的穩(wěn)定性、可靠性、易用性、可解釋性等。
　　
　　7、加強與AI技術的整合與應用
　　
　　AI技術的快速發(fā)展，為實現(xiàn)更加準確和高效的預測性護提供了全新的可能性。AI技術具有強大的數(shù)據(jù)處理、模式識別和學習能力，能夠為預測性維護提供強大的技術支持。
　　
　　數(shù)據(jù)采集與處理：AI可以根據(jù)不同的需求和場景，制定并優(yōu)化采集策略，包括傳感器的布置，在保證經(jīng)濟性的同時，采集到所需要的數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)采集測點優(yōu)化，如優(yōu)化傳感器和監(jiān)控設備的布置和數(shù)量；識別和糾正數(shù)據(jù)中的錯誤、重復和異常值，提高數(shù)據(jù)的質(zhì)量。
　　
　　特征提?。篈I輔助的特征工程可以幫助提取關鍵特征和選擇最優(yōu)性能參數(shù)，剔除冗余信息；通過機器學習算法可自動發(fā)現(xiàn)隱藏的模式和關聯(lián)。
　　
　　模型訓練與驗證：基于不同的場景應用，AI使用機器學習算法，如回歸分析、決策樹、支持向量機、隨機森林和深度學習等來訓練模型。通過交叉驗證等技術，AI可以評估模型的穩(wěn)健性和準確性。模型上線后，AI可通過遷移學習、貝葉斯優(yōu)化等方法支持模型的持續(xù)迭代更新。
　　
　　決策支持：強化學習可以根據(jù)預測結(jié)果，幫助制定維護策略，指導現(xiàn)場的運營活動；大模型還可以幫助工程師生成典型的點巡檢運維SOP（標準操作程序）。
　　
　　總之，技術終究只是實現(xiàn)目標的工具，推進預測性維護的關鍵在于如何設定更清晰的改善目標，如何與企業(yè)現(xiàn)有的維護運營體系融合，如何推動組織文化的轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)企業(yè)運維模式的全面革新和升級。在這一過程中，專業(yè)知識和實踐經(jīng)驗的積累也至關重要。為了幫助企業(yè)和工程師們更好地掌握智能運維的最新理念和技術，e-works特別推出了“智能運維與設備健康管理高級研修班”。

　　

　　“智能運維與設備健康管理高級研修班”將邀請業(yè)內(nèi)知名技術專家與優(yōu)秀企業(yè)，圍繞“智能運維與設備健康管理的關鍵技術，設備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷、智能運維及制造服務化轉(zhuǎn)型實施要，以及設備狀態(tài)監(jiān)測、PHM技術、MRO平臺的應用與落地方法”展開精彩授課。具體亮點包括：
　　
　　●一站式學習智能運維與設備健康管理的先進管理理念與前沿技術應用。深入學習設備故障診斷與健康管理、預測性維護技術、智能運維等前沿數(shù)字化技術在設備管理中的應用。
　　
　　●講深講透設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷。從設備的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測到設備健康狀態(tài)評估、故障診斷的方法，全面學習設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的路徑與方法，并通過具體案例分析指導學員掌握實踐經(jīng)驗與技巧。
　　
　　●深入學習設備管理的高階應用——設備的預測性維護。學習預測性維護的定義、技術概念、系統(tǒng)開發(fā)流程、企業(yè)實施的路徑與方法等。
　　
　　●結(jié)合企業(yè)轉(zhuǎn)型熱點，學習產(chǎn)品/裝備服務化轉(zhuǎn)型的拓展應用。
　　
　　當前培訓班報名已進入倒計時！e-works誠摯邀請制造企業(yè)生產(chǎn)/設備主管及技術骨干、CIO、IT經(jīng)理、EAM/PHM項目經(jīng)理等參加。
　　
　　詳情及報名：https://www.e-works.net.cn/report/20240822znyw/znyw.html