9月19日，“2019第三届中国风电设备质量与可靠性论坛”在株洲召开。
赵廷弟：各位领导各位专家大家早上好，非常容幸，也感谢中国可再生能源学会风能专业委员会的邀请，也认识了各位专家，我下面用50分钟的时间来介绍一下我所从事30年的专业，基于全生命周期的敏捷保障。
需求和背景简单说一下，我先介绍一下可靠性的工程，最后谈一谈运行保障和智慧运维。我跟风电接触过一些，对目前的装机量，目前面临的困境都很清楚，我看了一些咱们风电领域的人，我想把这个简单的需求说一下。一个就是占领市场，装机容量也很大，对于长期运维来说，肯定面临一个困境，现在比较凸现一些。
对于保障和运维的认识，我觉得还是我们还是处于前期，只是解决目前的几个问题，可能对于未来长期几十年的运维的认识不够重视，缺乏专业和体系化的能力建设，新的概念很多。怎么说呢，可靠性系统工程是一个学科，运维也好，维护也好是一个专业，已经发展了几十年了，从美国人开始的，可靠性工程走得最快的是美国军防，包括民用航空方面，在六七十年代就很成熟了，我们国家紧紧跟随，后面也成熟了。风电虽然是一个新兴产业，它所包含的这些系统和需要的运维的专业相对来说比较成熟。今天通过这个介绍也希望在未来风电当中做一些应用。现在的新概念很多，大数据云平台，我也看过很多做这个，其实我们真正运维好还是要做好基础工作。
长期的危机就是说规模迅速扩大，当然危机危机，是危也是机，风电的运维市场也是我们未来一个很大的市场。之前我跟三菱电机接触过，最近跟三一接触，包括跟吉利汽车接触过，未来卖的不是产品而是服务，未来可能汽车送给你，现在运维是挣钱，现在英国的一个落诺（音）公司，跟阿联酋航空签了合同，整个运维由它负责，发动机挂在飞机上，飞一个小时多少钱，剩下的事跟航空公司没有关系，未来卖服务，为你的用户服务，增长它的效益是一个很大的趋势。风电这块运维也是一个很大的市场。
那么下面我想从专业的角度来看我们运维怎么做？这个实际上是以美军为先导的一个学科，也就是说一个用系统思维，工程的经验，系统性地识别故障带来的风险，怎么消除带来的风险，最后达到一个最佳的效能，让用户少花钱多办事。所以整个以效能为目标，以故障为核心，安全为底线，涵盖了可靠性，安全性，维修性，测试性和保障性。
跟运维最密切的就是维修测试和保障，运维不仅仅是说维修故障，对于整个过程当中的保障，甚至包括说明书。大家都记得在几年前，在上海虹桥机场有一架飞机差点撞上，追究有一条就是对于飞行手册没有仔细看，违反了飞行手册的一些操作，这是一个重要的原因。当时是飞行员把飞机拉升起来了没有撞上，奖了300万，从专业角度来看其实拉起来比撞上去风险更大，急忙拉上去如果掉下来就完蛋了，撞上去风险反而要小很多，很多事情要系统性考虑，你突然想起来，或者完全靠飞行员自身的能力很难办到，维修保障不仅仅是故障的问题，还包括手册这些问题。最佳的维修保障不是把产品交给用户之后决定，而是设计决定的，更大的前期由设计决定来决定它的模式和效应，所以我们是一个高效能的全生命周期的保障。
大家看看对于一个产品或者系统交互用户以后，长寿命，高可靠，保安全，能力强，快诊断，易维修，好保障，功效好。我们还有6件事可以干，交互给用户之后，能力是固定的，用户要维持这个能力要做6件事，先导权决定在设计而不是在用户，先要把孩子生好，生一个健康的孩子，才能保证后面的。所有的产品都会产生故障，就跟人一样，会生病，有些要保证安全，我们要对故障进行维修，首先进行测试，维修还得拆卸，有人说风电上去，电机拆一下30万，费用很高，不利于拆卸。就像飞机一样，大家进去就看飞机，飞机的门皮可以打开，然后把设备拉出来，所以维修非常方便。要维修需要有备件，要工具，故障检测的设备，还有维修人员的数量，也包括维修人员的水平，是一个全特性的保障，可靠性工程代表5个性能，第一个就是高可靠，其次就是产品能处于工作状态的能力，就是寿命，可靠性跟寿命是两回事，人60岁退休了，安全是不能出事故，再一个就是好维修，设计好就会好维修。
也就是说，我们看待风电，不仅仅是单一的风机，而是所有风机构成的一个大系统，我们需要全系统、全特性和全寿命的设计。全系统是说整个风电场的设计到主机设计，甚至一个元器件的选择要完整考虑，总体完整考虑。首先是可靠性+寿命，如果我们能做到30年甚至50年不出故障最好，实际上做不到，对付故障的手段就需要看病，引起了安全性，测试性，维修保障性，不能做到绝对可靠，好维修也可以，这样保障了可靠性和安全性。现在是说SHM健康管理，这里面两个特性，一个故障管理，一个弹性。一旦系统出现了故障，系统对于故障的容忍程度，容错的能力，最后是一个故障和效能的管理，为什么我们要用到余度，不是说我要保证风电的任何问题都不出，即使有部分故障，但是我能保障正常的运营，这样效率就出来了。以前飞机是要求所有问题都没有才可以起飞，现在飞机是最小放飞清单，有些故障没有关系，不影响安全。现在是两台发动机，其实如果一台发动机故障了，在空中停车了，安全是没有任何问题的，一台发动机足够保障大家的安全，一旦出现问题，可能就找一个就近的地方落落下来了，只要我的功能和性能能够实现就OK了。
这个就是全过程，从产品认证，风场在西北，还是在海上，包括运维的场景，包括将来维修的场景都不一样，需要我们分析之后决定我们怎么设计，最后保障用户的使用效能，包括生产，从需求一直到保障。整个过程当中包括可靠性的数据都要修订维修策略，同时改进设计，是一个全寿命设计。我们风电场可以看出这个系统，是一个主的设备。
我们要降低故障的概率，降低故障的影响，需要什么人维修，以什么方式维修，诊断故障也是，先知道故障模式，我就知道故障现象，从故障现象我就知道在哪儿？定位很准，你像现在的飞机，这个故障检测率达到98%，故障的隔离率，就是我诊断出来肯定故障在这3个故障上，我要95%的概率定位在某一个位置上，现场维修的，直接定位到某个设备，现场直接更换就完了。我们保障的时候需要维修手册，需要保障资源，所以说保障需要维保人员，维修很简便，安全对于整个风险的识别。围绕着故障模式，围绕着影响，影响我们产品的设计，影响故障诊断的方式，产品的维修装配的方式，包括最后的保障方式。
也就是说，我们在设计过程中，针对这5个特性做设计，但这5个特性是看不见，摸不着的，我们要呈一种系统，运维系统，飞机里面叫中央维护计算机，飞行过程当中出现的任何故障都通过传感器，通过测试点把所有的故障传给中央维护系统，如果给安全相关直接转给飞行员，只要不影响安全的直接传给中央维护系统，现在有把传给机场，告诉机场需要什么样的备件，飞机落地之前机场就把备件准备好了，飞机一落地马上可以更换。这样效率非常高，以前是时间很长，现在已经发展到这个程度了，我们针对故障有相关的系统来保障用户在使用过程当中的可靠性。
一个就是故障的系统性，这是MAX，我是调查组的专家，MAX第一首先是一个飞机本身有固有的本质安全，当时波音为了省钱，换了发动机，发动机太大，试航有要求，所以往前升，往高抬，导致对气流有影响，所以产生了失速，飞机失速意味着掉下来，所以波音增加了一个MCAS系统，但是波音有一个缺陷没有发现，工角（音）传感器故障了，本来想办一件好事，工角（音）增大，传感器坏了，当时设计不使飞行员干预，其实这个是中国人最早发现的，其实我关掉MCAS系统就没有影响，所以首先本质不安全，第二增加了一个安全系统，安全系统考虑不周全，没有考虑传感器故障，包括其他地方的故障，导致好心办坏事，到了功能失效，到了安全，很多因素综合导致的。对于安全问题我们在设计过程当中，用系统思维来搞安全，安全是最重要的，也就是说第一个我们要系统性主动性地解决故障问题，解决安全问题。也就是说从需求，从整个研制到使用过程，对风险要进行识别和管理，通过设计，通过分析，包括通过使用过程中的应急方案和保障来去保障安全，同时安全又是一个复杂系统的特性，就像前面的MCAS，是一个系统涌现出来的故障，不是单一的故障，所以不管是对安全也好，还是对可靠性也好，一个是设计，制造，运维，同时你所运维的对象是一个复杂系统，故障有相关性，甚至接连故障，有一个很强的系统性思维。
大家可以看这个什么视频，什么才叫好维修，这是50年代F1大赛换轮胎的录像，50年代换轮胎时间很长，大概1分多钟，再看到了2013年，21世纪的换轮胎，我数了一下大概4秒钟，这个就体现了好维修。这个好维修在于它的设计，它设计得很好，后面我们发现，这个好维修代价上不好保障，数了一下大概20人，不好保障，但是好维修多了，轮胎很快拆下来，很快装下去，人太少，轮胎拿不动，前面两个人把车撬起来，人力少了代表老板发工资少了，成本降下来了。
我们风机厂的设计也是一样，要减少维修的工作项目，检测方便，合理布局，难以维修的产品尽可能放在设备的里面，可靠性高的尽可能放在里面，较少的维修资源，不要整一堆专业设备和专业工具，最好是买一个扳手就可以修，包括使用说明书别搞得太复杂，越简单越好。一个核心的就是维修规划，我们的维修，风机装在新疆，或者装在大海里，维修起来不方便，维修总的策略是两级维修还是三级维修，两级维修就是在风电场进行更换，有一些大的结构件可能需要适量维修，剩下的拿回来之后谁来修？拿回厂家修。还有一个三级维修，中间有一个维修厂，维修深度比前面的深一些，最终的还是在厂家。现在很多都是两级维修，换的东西拿回厂家维修，也有一个缺点，原来我比较崇尚两级维修，我接触军防比较多，它要快。最近我买了一辆车，有一个自动天窗骨架坏了，4S店要三四千块钱帮我换，他们帮我关上以后我也没打开过，后面有一天打开了，却关不上了，但那天刚好北京下大雨，关不上天窗车就要泡水，最后没办法我使劲一怼就关上了。现在我也不修了，每次合不上了，用手一撞就下去了，是因为车的刚性不行了，这样一个维修，对于我来说维修成本低多了，如果完全更换给用户成本很高。我现场更换的深度问题，现场更换的产品，航空叫现场可更换单元，你换得多大多深这是我们设计的一个学问。
维修基本上分为预防性维修，主要是针对安全，就像飞机一样，剩下的就是事后维修，有一些当然维修现在更多定时维修，包括人的目视，根据传感器来维修。那么还有一个就是修理级别的问题，修理周期的问题，修理方式和周期的问题，这是根据可靠性来定的，以可靠性为周期的维修，我们经常去大修一次，检修一次，检修周期到底多长？根据可靠性水平来定，我们周期如果太长可能会导致我的任务不能完成，甚至导致安全问题，这个需要我们通过预计，跟现场可靠性数据分析，来决定我维修周期的长短。这里面都有一套理论在支撑着我们，它跟产品故障的影响，跟分布特性，包括故障周期都是有关系的。
维修性的设计，包含一个平均预防性维修时间，可能配件不见得贵，但是需要从德国运过来，这样成本很高，我们从设计上要进行总体布局，模块化设计，标准化设计。我们国家的歼击机要挂导弹的，按说挂架是模块化的，挂架左右不能替换，有时候作战的时候，可能这个导弹是好的，需要拆下来放到这个飞机上作战，但是我们国家最早做不到，互换性做不到，现在完全没有问题，都可以互换，导弹挂架都是通用的，随便一架飞机都可以挂上去，这是维修设计性一个重要的方面，标准化，模块化，通用化。可能不同的风场，甚至不同容量的风机，很多是共性的，通过标准化设计，你采购备件的时候，种类越多，采购量越少，同时维修人员也简单了。还有一个就是维修安全，维修人员不能在维修过程当中出事故，同时不能因为维修人员导致产品故障，有些人修不好就会导致产品故障。
现在有一个很好的手段就是虚拟维修，飞机都是这么做，至少军用产品这么做，大家都是数字化设计，然后才出二维图纸，我们在设计过程当中通过三维的仿真，就可以来观察可视性，可达性，能不能可拆换，外场更换单元大小的时候，人在维修的时候不要弯腰，也不要跳着脚尖，我们通过虚拟维修来模拟我们将来的维修。包括我们学院给C919，我们帮他们做的，发现很多可达性问题，包括装配性也可以，维修性可以通过很好的虚拟现实的手段来解决这个问题。
传统的诊断就是设计的时候不考虑诊断，只考虑功能性能，包括各种各样的信号来很麻烦地决断到底什么出故障了，以美军思维的思维，我不是这样设计，我埋传感器，埋测试电路，埋在什么地方，可能要通过飞马（音），这个时候还得把他们去出来，有一个测试性设计。当然我们最后的就是这个BIT，我利用电子产品或者我机电产品现有的设计来获取我的故障信息，判断故障在什么设备上发生的，这样效率非常高。维修人员到现场马上知道，他马上换就可以，不需要很长时间来诊断。如果BIT做不到，我就做ATE，一个诊断设备，跟风电主机有一个接口。再有一个就是通过人的综合判断和智能诊断来解决这个问题，这是没有手段，没有办法做，对于工业产品来说最好是越简单越好，不要上人工智能，首先通过设计来解决80%，90%的故障问题，最后难的问题需要人去解决，这样成本很低。
一个是故障检测率，在现场发生的所有故障能够诊断出来百分之多少，飞机是98%，定位在哪个设备，这个是隔离率，还有一个虚警绿色。这是一个航空三机诊断方案，测试系统，LRU就是叫做现场可更换单元，它实际上在现场我通过测试性，直接换备件，这个备件换回来，我到SRU，车间可更换单元，维修厂，更换机箱，最后就修板子，这个过程完全通过测试来判断，在现场可以判断出哪个设备故障了。到了维修厂就可以知道设备里面的哪个板子坏了，最后我还要修板子，板子上到底什么东西坏了，不同的修理级别，维修深度不一样。现在航空的维修趋势就是中间这个不要了，要不现场维修，要么直接企业去维修。
大家看这个录像，这是综合保障。大家可以看到维修人员就是作战人员，所有的拆装设备，就是一个吉普车的自身部件，或者简单的维修部件放在车上，这是保障性最好的，不需要任何外部的人员和外部的拆装设备，这就叫好保障。对于保障性来说，一个是风机好保障，需要的人员少，需要的工具少，需要的手册少，甚至小学毕业就可以修。好保障就是我为了把风机修好，我需要建立的保障系统是最小的，最简单的，而且这个保障系统能够修任何型号的风机，这样就是好保障。所以保障方面需要的内容很多，它拆下来还能装上去，时间紧张就不给大家全部看了。
也就是说，我们把这个产品交互给用户，在风机场做完整的运维要九大因素，民军定的十大要素，一个维修人员技术等级保障，还有一个训练保障，还有供应保障，保障设备，也包括保障设施，要有车间，厂房进行维修，还有拆装和运输，要好运输，风机大浆叶是很难运输的，你太大了火车过不去，这都是一个保障的要素，你要很快运输，同时运输当中要保障我不能出问题，包括维修资料，交互给用户不仅仅是一个风场一个风机，这个东西都是设计出来的。
所以综合保障里面我要做很多事，第一通过FMEA的分析，目前确定维修种类，可靠性为中心的维修，要分析维修类型，包括维修周期的确定，谁来维修，需要什么样的保障资源，需要一套的维修分析。这个需要设计人员来干，先对风场的使用环境，运维场景做一个调查。综合保障体现在几个方面，第一保障的环境，主系统和保障系统要并行研发，不是说最后才是保障系统，然后就是使用保障条件和主系统、保障系统的综合考虑，用户要买一条船，不能告诉用户说我这个船太大需要修一个新码头，这个用户做不到，所以你要船适应码头的要求。主系统与保障系统的综合考虑设计，要一体化设计，总量减少元器件，设备和原材料的品种规格，比如说螺钉就差那么一点，螺钉规格太大设计和维修起来很麻烦。还有系列产品综合考虑，不同种类，不同类型，或者不同规格的风机，能不能尽可能用通用的，一样的设备，这样维修成本很低，保障起来很容易。
其实我们从保障的运维角度来看，两个弹性，一个是时间运维弹性，首先保障安全可靠，实在不行故障了，很快发现故障，很快恢复故障，时间上有弹性，恢复和发现故障，中间甚至不影响用户的使用，实际上是可靠性工程的一个概念。还有一个概念叫做能力域的弹性，首先要对任务场景和维修场景，运维场景进行一个分析，进行模块化的综合设计，资源共享，信息融合，甚至是包括整个风场的资源融合。比如说我一个主机，这里面可能有电子产品，有控制产品，是不是我很多主机可以用一个电子产品控制系统来做，飞机上不装航电系统，也不装雷达，导航系统，全部是在地面上，一个计算云，飞机重量减轻了，故障也少了，这样可靠性性很高，我们能不能做成一个，提高效率。我需要能力方面的弹性，故障方面的容忍，一个是有余度，从事资源共享，可以现场重构，适时重构。
所谓的敏捷，为什么不提智能，智能是要发现和创造规律，现在的智能只能叫敏捷，美国人叫敏捷，通过设计可以进行动态重构，保障用户使用的可靠性，所以我管它叫敏捷。
大家可以看到我们解决敏捷保障有这么几个，三部曲，这是一个可靠性的基本规律，也就是说，我们交互用户直线，大家知道叫早期故障，制造过程当中，或者材料的缺陷或者安全的缺陷会导致早期的故障。交互用户最好在平滑期工作，最后到了耗损期就停止使用，交互用户的使用寿命是在这个平滑期，这个是大型的系统，我觉得包括风机符合这个规律，可靠性大家看一下，是这个平滑的一个直线，就这个直线跟这个坐标间的高度，寿命是平滑直线的长度，这两个是分离的。也就是说在这个区间里基本上是偶然故障，有些可能寿命很短，但是可靠性很高，生活中有些人一天生病，经常请假，但是活得很长，有些人不请假，但是突然就死掉了。要想健康就要拉链，但是要想长寿不要锻炼，因为你要锻炼就会耗损，为什么运动员寿命很短，我们叫做加速寿命时间，为什么人要锻炼呢？我们在生活过程当中血液在流通，垃圾肯定会产生，通过锻炼让垃圾慢一点，少一点，冲刷掉保障健康，但是现在过度了。现在有暴走，很多人暴走之后病会更重，可靠就是要运动，长寿就是要静止，我们风机也是一样的，我要可靠性经常加润滑油，但是不能过度维修。所以我们需要把基础打好，在这个基础上，我们要整个风场甚至几个风场之间要做综合化，优化，产生一个高效的维保现场，最后才是智能化。我通过大数据来掌握这条曲线规律，整个整个风机，也掌握每个设计的规律，做到个性化的，维修周期越长越好，这样来提高我们的效能。
常规化的维修保障基因，我现在设计不可更改了，怎么办？可以补充一些事情，倒过来做MBTF，建立一个补充设计规划，波音飞机最早的维修大纲是在波音737，也是波音设计完了才做的，做完以后效能提高非常非常大，维修周期拉得很长，预防维修改成事后维修，通过这个认识它的规律，现场的故障统计，故障的分析，有些产品可能像电子产品，故障率不变，有些产品就像橡胶这些是磨损件，根据故障分布和故障信息决定维修方式和维修周期。对于民航来说，不管是波音也好，还是中国的商飞，交互用户的时候有一个维修大纲必须要交给用户的，而且要通过局方审核之后才可以给的，局方主要管安全问题。要把整个运维当中出现的故障进行检测，补充做FMEA，对于已经交互了的风机可以做这个，我可以倒过头来做一些补充性的分析，过度地保障也不是好，维修人员到底需要多少个？维修规程怎么回事？能不能优化？这个事情现在可以补充做。
第二个事情就是综合化最优化的保障，局部的测试性设计，改进设计，加入一些传感器，局部的标准化，规范化，基于大数据统计，通过传感器来修订维修大纲，综合各个产品的维修方式和周期，各个产品的级别不一样，更换维修周期不一样，维修起来很麻烦。它可能5天到了，它7天半到了，我们把维修周期距离比较近，但是又不太一样的维修能不能合并一个维修，要么在维修的时候保守一点，或者是设计上做一点，这个需要根据数据规律整合，包括对于优化备件的供应，我哪些备件备得多，哪些少，哪些甚至不用备。飞机就是这样，有些备件10年不用，有些备件老缺，我掌握规律了，就可以根据可靠性来准备，甚至包括地点，我根据规律来看备在什么地方，所以是一个综合考虑。最后形成一个，我风电场在海上，高原上，山上，形成一个优化的保障系统，首先做完之后通过运维来做一个规划，形成一个综合化的保障。
最后就是智能化的高效保障，这里面就是要综合化，知识化，精准化。这个是美军的，前面是装在飞机上，有传感器，还有CMS，这里面诊断的有PHM，地面有一个知识库，我对每架飞机数据进行采集，获得每架飞机的故障特性，就跟人一样，我可以非常精准维修每一架飞机，同时我归纳成为知识为每一架飞机服务，可能受到的风，故障特性不一样，不能初始化，不能精准，我这个需要精准地服务，转化为知识不断提高维修能力，以最低限度的维修，如果不影响安全的话，风电可能安全性少一些，当然也发生过火灾，把电机烧了，风机烧了，如果作为主供应电的话，你会带来次生的安全问题，甚至社会问题，这个安全问题可能更远一些，需要考虑一些。如果我们有备件的话，我不影响功能，故障了再修，最后形成一个高度化，综合化的维修体系。
最后自主运行不说了，所以敏捷保障内涵，首先一个我要解决系统性的故障，设计错误，解决随即故障，还要解决耗损性故障，预期功能的失效，功能没有任何故障，但是你死人了，通过保障健康运行，通过感知，诊断，恢复，最后达到保障。时间问题不说了，对于诊断技术方面，BIT前面说了，对于耗损性故障几种方式，一个是预置损伤标尺法，也不细说了。
对于全寿命周期的敏捷运维与自主保障，首先就是一个运维场景的需求分析，不同的风机，不同的场地，包括维修条件，地理条件会决定设计方式和维修方式，运维过程是对设计的一个修正和提升，把大数据要用上，我的设计就相当于一个风机和风场的设计来决定维修问题。包括地理环境，自然环境，包括工作起来的热环境，振动环境，甚至比较高的地方有低气压的关系，因为神州四号就是因为低气压的时候，高度传感器坏了，导致降落伞提前打开，把降落伞撑坏了，砸下来，幸亏没有人，包括现在电机故障比较多，航空角度来讲要做很多实验，过载实验，强度实验等等。我装在海上，装在大西北的山里面，自然环境，温度环境，湿度环境，装上以后振动环境，应该来说都要有余度，根据现场环境做大量可靠性的综合实验，现在航空里面做的是振动、湿度，温度三种同时施加。航空再加上低气压做试验，这个实验是要花钱，但是从长久来说做过了就会知道极限在哪些？极限设计是超过了现场的使用极限，这个时候你在现场的可靠性性很低，特别是电机很大很重，如果可靠性实在不行可以通过维修来解决问题，所以可靠性和环境实验是非常重要的一个环节，不知道咱们有没有做？
这个是将来智能化的一个思路，未来可以把风电场看成是一个传感器，计算机，通讯器，执行器。大家看一下这个，这是C919的综合航空电子，大家知道有很多，导航系统，综合监视系统，现在我在飞机上只有4个CPU，把传感器统一管理，所有计算通过个CPU计算，就用4个CPU，以前像歼10这样的，需要50个CPU，现在到了歼20，包括美国35，5代机，主CPU就4个，重量减轻了，就是通过把资源共享，信息融合解决这个问题，风场也可以通过这个综合化设计，类似于云计算，大家需要的能力都由一个或者几个去计算，把信息打通解决这个问题。
除了基于可靠性的工程进行科学化的保障体系，还有基于测试、大数据、统计AI的面向风电场的任务与效能的综合一体化诊断，当然有些我没有办法埋传感器也可以通过智能诊断来进行故障诊断。基于模块化，综合化设计的敏捷保障，一旦这个设备电子产品坏了，另外的是好的，我利用它进行替换，风场运维过程当中可以动态重构，现在完全可以动态重构，4个CPU工作，一个CPU坏了，马上进行重构，如果再坏一个，主功能保障了，最后剩下一个了，再系统重构保障安全，风场可以进行综合化设计，模块化设计来保证安全。最后就是保障风场的效能的保障体系。
