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工業(yè)設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷行業(yè)特點、發(fā)展現狀、應用市場分析
編制：趙青 責任編輯：秦寒 來源：思瀚產業(yè)研究院 容知日新    2023-04-29

工業(yè)設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷通過識別和抓取工業(yè)設備運行中的相關信息并進行數據分析，確定故障性質、部位和起因，并準確預報設備故障的程度和趨勢，并提出相應的運維策略。隨著傳感器技術、芯片技術、計算機軟件技術、大數據分析和人工智能的不斷成熟和發(fā)展，使得狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷在工業(yè)領域的應用市場前景十分廣闊。

作為國家現代裝備制造業(yè)和工業(yè)互聯網技術的重要基礎部件組成部分，狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷產業(yè)的發(fā)展對提升風電、石化、冶金、煤炭、有色金屬、建材、造紙、制藥、環(huán)保、國防等國家支柱產業(yè)的工業(yè)設備智能化管理水平具有重要作用。

1、行業(yè)發(fā)展概況

（1）行業(yè)發(fā)展歷程

狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術是一門緊密結合生產實際的工程科學，是現代化生產發(fā)展的產物，狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術起源于美國和歐洲等工業(yè)發(fā)達國家。早在 20 世紀 60 年代末，美國國家宇航局就創(chuàng)立了美國機械故障預防小組；英國成立了機械保健中心。1971 年，美國麻省理工學院的 Beard 在博士論文中首先提出用解析冗余代替硬件冗余，通過系統(tǒng)的自組織使系統(tǒng)閉環(huán)穩(wěn)定，再利用比較觀測器的輸出得到系統(tǒng)故障信息的新思想，標志著基于解析冗余的故障診斷技術的誕生。經過幾十年的理論研究和實際應用，狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術為提高系統(tǒng)的可靠性和安全性開辟了一條新的途徑，并在技術進步和市場拓展的雙重驅動下得到了迅速的發(fā)展，產生了巨大的經濟效益和社會效益。

我國的設備監(jiān)測與故障診斷產業(yè)起步較晚，但經過多年快速發(fā)展，該領域從技術理論到應用實踐都取得了巨大的進步。隨著現代自動化技術水平的不斷提高，工業(yè)設備制造和工程系統(tǒng)的復雜性大大增加，系統(tǒng)的可靠性與安全性已成為保障經濟效益和社會效益的一個關鍵因素，成為我國先進裝備制造業(yè)和傳統(tǒng)工業(yè)自動化升級的重要基礎保障，受到各行各業(yè)的高度重視。我國設備監(jiān)測與故障診斷技術的發(fā)展可分為以下幾個階段：

第一階段：依靠現場獲取設備運行時的感觀狀態(tài)，如異常振動、異常噪音、異常溫度、潤滑油液中是否含有磨削物等，并憑經驗或多位專家進行分析研究確定可能存在何種故障或故障隱患。

第二階段：隨著測量以及測量儀器的深入研究發(fā)展，設備狀態(tài)監(jiān)測逐步發(fā)展為依靠測量儀器測量設備的某些關鍵部位，以獲取如頻率、振幅、速度、加速度、溫度等參數并記錄下來，通過計算出某些固有參數與測量參數進行對比，確定故障點或故障隱患點，或者通過對某些參數多次測量的數值進行比較，依據其劣化趨勢確定其工作狀態(tài)。

第三階段：隨著計算機技術的發(fā)展和軟件技術的開發(fā)，工業(yè)設備管理已進入計算機管理模式，狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術也發(fā)展到計算機時代，一些專用的狀態(tài)監(jiān)測儀器不僅具有測量、記錄現場參數，還能進行一些簡單的數據分析處理，要作進一步的分析處理時，只需將數據采集中獲取的參數通過通訊線傳入計算機，計算機便能對這些數據做出綜合分析，并顯示出相關的圖譜如：倍頻譜圖、倒頻譜圖、時域頻譜圖、幅值圖等，并可通過計算機的專家系統(tǒng)對所測的數據進行綜合評價。

第四階段：隨著其他各門學科的進一步發(fā)展和計算機網絡技術的飛速發(fā)展，狀態(tài)監(jiān)測領域故障診斷技術方面的研究工作已進入深度和廣度發(fā)展的階段，研究工作從監(jiān)測診斷系統(tǒng)的開發(fā)研制進入到診斷方法的研究；監(jiān)測診斷手段由振動工藝參數的監(jiān)測擴大到油液、扭矩、功率、甚至能量損耗的監(jiān)測診斷；研究對象由旋轉機械擴展到發(fā)動機、工程施工機械以及生產線；時空范圍由當地監(jiān)測診斷擴大到異地監(jiān)測，即監(jiān)測診斷網絡。

隨著國家工業(yè)設備自動化升級、大力發(fā)展先進裝備制造和兩化融合戰(zhàn)略的深入推進，以及工業(yè)互聯網的科學技術進步，我國工業(yè)設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的智能化水平不斷提升，應用領域不斷拓展。智能化在線監(jiān)測市場需求將呈現快速增長趨勢，行業(yè)迎來快速發(fā)展期。

（2）主要應用市場狀況

當前，我國工業(yè)設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷主要應用于風電、石化、冶金、水泥和煤炭等領域，上述領域企業(yè)設備投資較大，且對生產運行過程中的連續(xù)性、穩(wěn)定性和高效性等要求較為嚴格，因此設備智能運維的需求較高。風電、石化、冶金、水泥和煤炭等主要應用領域的細分市場具體情況如下：

1）風電行業(yè)

風力發(fā)電機組是風能轉換為電能的核心設備，受風電場建設區(qū)域限制，主要分布在戈壁、丘陵、沿?；蚝Ｑ蟮鹊赜蚱h、人員稀少地區(qū)。風電行業(yè)具有設備運行位置高、設備維修費用高、日常巡檢難度大、現場工作人員易流失等行業(yè)特點。近年來，隨著風電機組故障或事故頻發(fā)造成的經濟損失或人員傷亡案例逐年增加，風電機組的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術得到越來越多的關注。通過使用有線監(jiān)測系統(tǒng)可有效實現對風力發(fā)電機組遠程集中實時監(jiān)測，提升設備監(jiān)測和管理智能化水平。因此，智能化有線監(jiān)測系統(tǒng)在風電行業(yè)中逐步獲得廣泛應用。

為規(guī)范風電發(fā)展秩序和提升風電行業(yè)設備管理水平，國家能源局于 2011 年頒布行業(yè)標準 NB/T31004-2011《風力發(fā)電機組振動狀態(tài)監(jiān)測導則》，規(guī)定陸上2MW 以上（含 2MW）風電機組和海上風電機組需安裝有線監(jiān)測系統(tǒng)。對于《風力發(fā)電機組振動狀態(tài)監(jiān)測導則》頒布前已安裝的巨大存量市場，因設備投運年限均已較長，已逐漸進入機械系統(tǒng)故障高發(fā)期，面臨越來越嚴峻的設備資

產管理挑戰(zhàn)，通過使用有線監(jiān)測系統(tǒng)來保障設備安全運行，指導運行維護工作，已成為業(yè)內共識?！讹L力發(fā)電機組振動狀態(tài)監(jiān)測導則》對風電行業(yè)狀態(tài)監(jiān)測應用提出了明確的要求，對加強狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)在風電設備的應用起到巨大的推動作用。風電市場成為我國狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷行業(yè)最重要的下游應用市場之一，其巨大市場容量為行業(yè)不斷發(fā)展提供了廣闊的空間。

近年來，我國風電電源建設投資規(guī)模整體呈上升趨勢。根據 Wind 的數據顯示，2015-2022 年，我國風力發(fā)電并網裝機容量年復合增長率為 16.13%，呈現逐年增長趨勢。截至 2022 年末，我國風電并網裝機容量達到 36,544.00 萬千瓦，已突破 3 億千瓦大關，較 2016 年底實現翻番。2015-2022 年，我國風電發(fā)電量亦逐步上升，截至 2022 年末，我國風力發(fā)電量已達到 6,867.20 億千瓦時。

風能作為一種可再生能源，蘊量巨大，近年來日益受到世界各國的重視。世界能源理事會（WEC）數據顯示，全球陸地風能資源超過 1 萬億千瓦。全球風能理事會（GWEC）預測，到 2030 年風電年新增市場達到 145GW，累計市場達 2,110GW；到 2050 年，年新增市場達到 208GW，累計市場容量達5,806GW。隨著各國風力發(fā)電產業(yè)不斷受到重視和持續(xù)發(fā)展，狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷產品未來在該領域市場空間廣闊。

2）石化行業(yè)

石油化工行業(yè)具有典型的連續(xù)生產的特點，工藝技術復雜，對反應裝置、儀表、設備狀況要求嚴格，且化工原料、產品易燃易爆，對安全管理要求較高，設備一旦出現突發(fā)故障輕則導致設備非計劃停機，重則導致安全生產事故發(fā)生。往復壓縮機、離心壓縮機、螺桿壓縮機、泵、風機等關鍵設備的穩(wěn)定運行是石化企業(yè)安全生產的基石，石油化工企業(yè)需在關鍵性的往復壓縮機、離心壓縮機、機泵等設備上安裝狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)，以對其進行狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷。

石油化工行業(yè)設備安全、可靠、穩(wěn)定的運行直接關系到企業(yè)的人員生命財產安全和經濟效益，2010 年中國石化下發(fā)的《關于切實做好高溫油泵和重要機泵安全運行的指導意見》中明確提出了“建議有條件的企業(yè)安裝在線機泵群狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)”。2015 年 4 月，國家安監(jiān)總局組織的對二甲苯生產企業(yè)安全專項檢查中也提出了“對二甲苯生產裝置高溫泵增加溫度和振動監(jiān)測系統(tǒng)，實現在線監(jiān)測”的政策性要求。隨著我國工業(yè)化與信息化的不斷融合，以及石油化工行業(yè)不斷向生產過程智能化、資產全生命周期管理智能化轉型升級，構建更為先進、實用的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)成為石油化工行業(yè)的迫切需要。

石油化工行業(yè)在我國國民經濟的發(fā)展中有重要作用，為社會發(fā)展提供必要的石油能源和化工產品，是中國的支柱產業(yè)之一。根據中國石油和化學工業(yè)聯合會發(fā)布的數據，截至 2022 年末，石油和化工行業(yè)規(guī)模以上企業(yè) 28,760 家，累計實現營業(yè)收入 16.56 萬億元，同比增長 14.4%，占全國規(guī)模工業(yè)收入的12%。巨大的行業(yè)市場規(guī)模，以及石化企業(yè)自身設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷需求不斷增加，為狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)在石油化工行業(yè)的不斷應用拓展提供了廣闊的市場空間。

3）鋼鐵行業(yè)

鋼鐵行業(yè)屬于資產密集型產業(yè)，煉鐵、煉鋼、熱軋和冷軋等階段生產自動化程度高、連續(xù)運行時間長、生產環(huán)境惡劣，設備的可靠性直接影響著企業(yè)生產的連續(xù)性和產能，是制約鋼鐵企業(yè)經濟效益增長的重要因素之一。狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)具有數據實時采集、數據精度和準確度高、極大降低巡檢人員工作量等優(yōu)點，作為傳統(tǒng)設備管理手段的重要技術升級已經被越來越多的鋼鐵企業(yè)所接受和規(guī)?；瘧?。

鋼鐵行業(yè)作為我國支柱產業(yè)之一，為經濟的持續(xù)快速發(fā)展做出了重要貢獻，但也正面臨著轉型升級壓力和信息化、智能化不足的困境。2022 年 1 月，工信部、發(fā)改委及生態(tài)環(huán)境部聯合下發(fā)《關于促進鋼鐵工業(yè)高質量發(fā)展的指導意見》，意見中提出大力發(fā)展智能制造。開展鋼鐵行業(yè)智能制造行動計劃，推進 5G、工業(yè)互聯網、人工智能、商用密碼、數字孿生等技術在鋼鐵行業(yè)的應用，在鐵礦開采、鋼鐵生產領域突破一批智能制造關鍵共性技術，遴選一批推廣應用場景，培育一批高水平專業(yè)化系統(tǒng)解決方案供應商。開展智能制造示范推廣，打造一批智能制造示范工廠。

建設鋼鐵行業(yè)大數據中心，提升數據資源管理和服務能力。依托龍頭企業(yè)推進多基地協同制造，在工業(yè)互聯網框架下實現全產業(yè)鏈優(yōu)化。鼓勵企業(yè)大力推進智慧物流，探索新一代信息技術在生產和營銷各環(huán)節(jié)的應用，不斷提高效率、降低成本。構建鋼鐵行業(yè)智能制造標準體系，積極開展基礎共性、關鍵技術和行業(yè)應用標準研究。我國大型規(guī)模的鋼鐵企業(yè)達數百家，鋼鐵企業(yè)大型、關鍵設備眾多，鋼鐵行業(yè)的巨大規(guī)模以及行業(yè)

自身設備遠程運維服務體系建設需求，為狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)提供了廣闊的市場空間。

4）水泥行業(yè)

水泥行業(yè)作為國民經濟建設的傳統(tǒng)建筑材料行業(yè)，屬于典型的投資拉動型行業(yè)。該行業(yè)企業(yè)生產設備規(guī)模較大，操作系統(tǒng)結構復雜，面臨的安全生產風險也較大，需要較為完備的設備狀態(tài)監(jiān)測與故障檢驗系統(tǒng)和持續(xù)的安全檢查，嚴格監(jiān)控安全重點部位，及時消除安全隱患，將安全事故帶來的經濟損失降至最低。因此，各大型水泥生產企業(yè)對設備狀態(tài)監(jiān)測與故障檢驗系統(tǒng)需求量逐漸增加。

水泥是國民經濟建設的重要基礎原材料，水泥產品廣泛應用于工業(yè)、農業(yè)、交通、水利、國防、民用等各種類型的建筑工程。國家對水泥項目建設投資與生產布局條件、生產線規(guī)模、工藝與裝備、能源消耗和資源綜合利用、環(huán)境保護等方面實行高標準將進一步推進水泥產業(yè)的結構調整，提高我國水泥行業(yè)的現代化水平，有利于水泥行業(yè)的長期健康發(fā)展。水泥下游產業(yè)主要是需要水泥和混凝土制品的房地產、水利、基礎設施建設等固定資產投資規(guī)模較大的行業(yè)。隨著“新基建”的全面開展，我國經濟發(fā)展經濟結構日益優(yōu)化，增長動力更加可持續(xù)，為水泥制造業(yè)帶來更多機會。水泥行業(yè)的現代化水平的提升與未來穩(wěn)定的市場需求為為狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)在水泥行業(yè)的大規(guī)模運用創(chuàng)造了良好的條件。

5）煤炭行業(yè)

我國大多數煤礦地質條件復雜，且絕大多數為井工開采。煤礦井下采深較大，空間狹窄，受地熱、人體和機電設備的散熱、水分蒸發(fā)等因素影響，井下的溫度、濕度、空氣質量等氣候條件較差，作業(yè)環(huán)境較為惡劣，安全事故頻發(fā)，對設備穩(wěn)定運行的要求較高。國家高度重視煤炭行業(yè)安全生產，《關于加快煤礦智能化發(fā)展的指導意見》（發(fā)改能源[2020]283 號）提出，到 2025 年，大型煤礦和災害嚴重煤礦基本實現智能化，井下重點崗位機器人作業(yè)，露天煤礦實現智能連續(xù)作業(yè)和無人化運輸；到 2035 年，各類煤礦基本實現智能化，構建多產業(yè)鏈、多系統(tǒng)集成的煤礦智能化系統(tǒng)，建成智能感知、智能決策、自動執(zhí)行的煤礦智能化體系。煤炭行業(yè)安全生產要求的提高和智能化進程的加速為狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)創(chuàng)造了較大的需求。

我國富煤、貧油、少氣的資源稟賦現狀決定了煤炭是我國能源消費的主體。自然資源部發(fā)布的《中國礦產資源報告 2022》顯示，截止 2021 年底，我國煤炭資源儲量為 2,078.85 億噸，因此煤炭在我國能源供給中處于重要地位，且煤炭供給結構以國產煤炭為主導。預計未來相當長的時期內，煤炭作為我國主導型能源的地位不會改變，因此狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)在我國煤炭行業(yè)的運用具有較為廣闊的市場空間。