淺談檢測試驗室設(shè)備監(jiān)控解決方案的構(gòu)建思路

邵學(xué)彬 盛苗苗 樊金娜

(中汽研軟件測評(天津)有限公司,天津 300300)

0 背景

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)與工業(yè)系統(tǒng)深度融合形成的產(chǎn)業(yè)和應(yīng)用生態(tài),以數(shù)據(jù)為核心要素,通過實現(xiàn)人、機、物等的全面互聯(lián),構(gòu)建起全要素、全產(chǎn)業(yè)鏈、全價值鏈融合的新型工業(yè)生產(chǎn)制造和服務(wù)體系,是汽車檢測產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級的重要途徑。基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的設(shè)備監(jiān)控解決方案平臺通過建立網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)體系和數(shù)據(jù)互通體系,形成數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化中樞與載體,能夠有效解決數(shù)據(jù)孤島的問題,實現(xiàn)試驗設(shè)備的互聯(lián)互通,打通各試驗科室的檢測數(shù)據(jù),提高數(shù)據(jù)分析與挖掘的效率。

以新一代信息技術(shù)為代表的全球性創(chuàng)新突破正不斷加速,孕育著新的增長動能,物聯(lián)網(wǎng)面臨著全新的發(fā)展機遇。汽車“新四化”時代已經(jīng)到來,汽車檢測行業(yè)也應(yīng)隨之配套升級,目前在線檢測已逐步成為檢測新趨勢、新常態(tài),檢測機構(gòu)要想持續(xù)保持行業(yè)引領(lǐng)地位,在自動化、智能化、數(shù)字化技術(shù)領(lǐng)域進行深入研究和全面布局勢在必行。

1 檢測試驗室設(shè)備監(jiān)控解決方案實施意義

設(shè)備數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化改造是智能制造與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展的重要基石。智能制造與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等國家制造業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的核心主線是促進新一代信息通信技術(shù)與先進制造技術(shù)深度融合,設(shè)備數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化改造是物理實體與數(shù)字虛體實現(xiàn)信息實時交互的重要基石,是先進制造技術(shù)與信息通信技術(shù)融合、互聯(lián)網(wǎng)與制造業(yè)融合、信息化與工業(yè)化融合的橋梁和樞紐,是促進智能制造、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等制造業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略及理念落地應(yīng)用的重要使能技術(shù)。

智能制造和智慧檢測成為汽車行業(yè)轉(zhuǎn)型的主攻方向。國家歷來高度重視汽車行業(yè)智能制造的落地應(yīng)用,在“制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展”及各部委頒布的智能制造相關(guān)政策中,均將汽車行業(yè)列為智能制造的重點應(yīng)用領(lǐng)域,作為汽車檢測機構(gòu),若能夠推進智能制造技術(shù)創(chuàng)新、標準制定、基礎(chǔ)能力建設(shè)和集成應(yīng)用等工作,將會引領(lǐng)和帶動汽車制造業(yè)整體的智能化轉(zhuǎn)型升級。

檢測試驗室設(shè)備監(jiān)控平臺的搭建能加快汽車檢測工作的整體流程,進而提升汽車產(chǎn)品的研發(fā)質(zhì)量和效率。智能決策駕駛艙系統(tǒng)有利于提升檢測工程師工作效率,根據(jù)試驗種類、試驗數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)處理流程的不同,協(xié)助工程師高效地處理相關(guān)測試數(shù)據(jù),能顯著提升檢測工程師的工作效率,有利于提升檢測數(shù)據(jù)處理正確率。基于檢測試驗室設(shè)備監(jiān)控平臺的大數(shù)據(jù)分析、檢測設(shè)備無線改造升級行業(yè)推廣應(yīng)用,能夠有效提升汽車產(chǎn)品整體研發(fā)檢測能力,推動汽車行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展。

2 試驗室設(shè)備監(jiān)控解決方案概況

本解決方案的目標,能全面掌握檢測機構(gòu)所有設(shè)備的運行狀態(tài),實時了解集團下各檢測試驗室設(shè)備的使用情況、閑置情況等信息,為管理層及時決策提供數(shù)據(jù)支撐。通過本系統(tǒng)取代原有人工統(tǒng)計設(shè)備統(tǒng)計情況費時費力,避免出現(xiàn)統(tǒng)計錯誤,且實時即能查看全國全量設(shè)備的運行狀態(tài),決策將更加快速,打通了各設(shè)備數(shù)據(jù)孤島,提高了工作效率,從而實現(xiàn)了高效性、方便性、實用性、互聯(lián)性。

試驗室設(shè)備監(jiān)控解決方案通過智能電源設(shè)備、智能電流檢測設(shè)備、智能邊緣設(shè)備,連接各試驗設(shè)備(包含電壓為220V、380V及以上的設(shè)備),采集設(shè)備運行狀態(tài)數(shù)據(jù)回傳物聯(lián)平臺,最終形成設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控可視化駕駛艙。駕駛艙可獨立展示,也可以通過頁面集成手段完成集中數(shù)據(jù)呈現(xiàn)。

本方案主要針對各實驗室電壓及交直流的電流接入方式,可劃分為兩種策略,即220V交流策略,380V及以上交流或全電壓下直流電源策略。

針對220V交流設(shè)備,此類設(shè)備多為小型設(shè)備,主要為插頭形式,零火線無法單獨區(qū)分,故在不侵入設(shè)備線路的情況下,采用智能電源設(shè)備接入方式最為方便易操作。

針對380V及以上交流或全電壓下直流電源設(shè)備,此類設(shè)備多為大型設(shè)備,采用傳感器模式,使用傳感器采集電流信號,傳感裝置支持高電壓,高功率各類型設(shè)備。實施方便快速,安裝,且不會侵入線路主體。

系統(tǒng)主要基于物聯(lián)平臺,依托智能電源設(shè)備,智能邊緣設(shè)備,搭建智能電源檢測平臺,平臺針對試驗室不同設(shè)備,設(shè)計搭建了不同形式的檢測模型,實現(xiàn)試驗室整體設(shè)備的集中狀態(tài)監(jiān)控。物聯(lián)平臺統(tǒng)一接管不同格式的數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫,開發(fā)跨終端和操作系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享中間件,建立數(shù)據(jù)駕駛艙,實現(xiàn)視頻信息遠程共享,以及數(shù)據(jù)自動采集、檢測流程數(shù)據(jù)沉淀、試驗數(shù)據(jù)智能分析、試驗資源統(tǒng)籌管理,形成智慧檢測、智能管理、智能分析、智慧決策全方位的高自動化服務(wù)流程。

3 試驗室設(shè)備監(jiān)控解決方案主要硬件采集設(shè)備介紹

3.1 智能電源設(shè)備

220V試驗設(shè)備可直接插入智能電源設(shè)備。智能電源設(shè)備通過LAN口實現(xiàn)檢測設(shè)備開關(guān)狀態(tài),設(shè)備使用過程中電流、電壓、功率等信息的采集。采集數(shù)據(jù)將通過無線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)實時發(fā)送至物聯(lián)平臺,從而實現(xiàn)試驗設(shè)備基礎(chǔ)狀態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)控,數(shù)據(jù)傳輸速率根據(jù)實際情況可調(diào)可控。

3.2 智能電流檢測設(shè)備

智能電流檢測設(shè)備,不需要改造現(xiàn)有線路電路,無需侵入即可連接到380V及以上的試驗設(shè)備,采集試驗設(shè)備電流狀態(tài)至物聯(lián)平臺,從而實現(xiàn)試驗設(shè)備基礎(chǔ)狀態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)控。

3.3 智能邊緣設(shè)備

將檢測設(shè)備就近接入智能邊緣設(shè)備,設(shè)備連接成功后,智能邊緣設(shè)備可以實現(xiàn)設(shè)備數(shù)據(jù)邊緣采集、流轉(zhuǎn)、存儲、分析并上報設(shè)備數(shù)據(jù)至物聯(lián)平臺。智能邊緣設(shè)備具備采集硬件物理設(shè)備運行業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的條件,目前智能邊緣設(shè)備已實現(xiàn)RS232、RS485、Modbus、PLC、OPC-UA/DA等多種主流協(xié)議支持,通過設(shè)備接口協(xié)議獲取試驗設(shè)備運行數(shù)據(jù),具備良好的可擴展性。

4 試驗室設(shè)備監(jiān)控解決方案技術(shù)特點與內(nèi)在要求

4.1 物聯(lián)平臺技術(shù)特點

物聯(lián)平臺是一種多層技術(shù),由硬件、軟件、連接和用戶界面組成,可實現(xiàn)并促進聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的管理、數(shù)據(jù)流、通信、應(yīng)用功能和自動化。物聯(lián)平臺能夠提供一站式設(shè)備管理、實時監(jiān)控設(shè)備場景、無縫連接硬件設(shè)備及業(yè)務(wù)系統(tǒng),實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)復(fù)雜應(yīng)用的快速搭建、管理和擴展,平臺需滿足以下指標:

(1)訪問權(quán)限分離:操作者可訪問系統(tǒng)配置,用戶可訪問個人數(shù)據(jù),不應(yīng)對系統(tǒng)配置進行訪問和修改;

(2)用戶角色分離:系統(tǒng)管迎維護人員的控制和修改行為與用戶或?qū)嶓w使用信息行為應(yīng)相互獨立;

(3)數(shù)據(jù)明確分類:管理數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)應(yīng)有各自明確的分類;

(4)管理共享分離:在與其他相關(guān)系統(tǒng)共享數(shù)據(jù)時,系統(tǒng)的可管理性;

(5)各設(shè)備原有的數(shù)據(jù)存儲在終端節(jié)點,同時上傳并存儲在后臺服務(wù)器平臺,系統(tǒng)的數(shù)據(jù)應(yīng)既可在網(wǎng)絡(luò)邊緣的終端節(jié)點上進行處理,也可在后臺服務(wù)器或云平臺上進行處理;

(6)系統(tǒng)的可擴展性:當系統(tǒng)接入的設(shè)備終端數(shù)量、用戶數(shù)量等 以不同倍數(shù)增長時,系統(tǒng)需進行傳輸、存儲和處理的數(shù)據(jù)體量將急劇增長．此時系統(tǒng)應(yīng)能繼續(xù)有效工作;

(7)系統(tǒng)進行設(shè)備管理、網(wǎng)絡(luò)管理、系統(tǒng)管理、接口維護和報警等,支持系統(tǒng)監(jiān)控和配置更改。

4.2 系統(tǒng)內(nèi)在要求

4.2.1 性能要求

為了滿足客戶的要求,系統(tǒng)必須要有高的運作速度,采集試驗設(shè)備的運行數(shù)據(jù)需要實時回傳到物聯(lián)平臺。平臺必須能快速及時完成秒級響應(yīng),迅速處理各項數(shù)據(jù)、信息,進行匯總計算,系統(tǒng)平臺需較好利用網(wǎng)絡(luò)帶寬,保證數(shù)據(jù)的傳輸速度;傳輸?shù)倪^程,實現(xiàn)數(shù)據(jù)加密,保證數(shù)據(jù)的安全,數(shù)據(jù)傳輸?shù)狡脚_,需要足夠的計算能力和存儲容量,保證數(shù)據(jù)能第一時間展示。

4.2.2 安全與保密要求

為了保證客戶的數(shù)據(jù)安全和保密要求,數(shù)據(jù)在傳輸和存儲上都以密文形式進行,并且由于查詢?nèi)藛T的身份和目的不同,物聯(lián)平臺還提供不同的查詢權(quán)限,可通過租戶、客戶、系統(tǒng)管理實現(xiàn)不同用戶看到不同的設(shè)備及儀表盤等。

4.2.3 設(shè)備接入

能夠支持海量互聯(lián)并且上云,設(shè)備端與云端通過智能邊緣設(shè)備進行可靠穩(wěn)定的雙向通信。并且提供4G、WiFi等不同網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接入方案,解決企業(yè)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接入管理問題。

4.2.4 安全能力

通過支持不同的設(shè)備憑證類型,保證數(shù)據(jù)的機密性和完整性。

4.2.5 故障告警

通過拖拽流計算組件,編排定義復(fù)雜任務(wù)節(jié)點,輕松完成數(shù)據(jù)分析與處理,實現(xiàn)故障告警和檢測。

4.2.6 規(guī)則引擎

規(guī)則引擎提供數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)和場景聯(lián)動功能。配置簡單規(guī)則,即可將設(shè)備數(shù)據(jù)無縫流轉(zhuǎn)至其他設(shè)備,實現(xiàn)設(shè)備聯(lián)動;或者流轉(zhuǎn)至其他業(yè)務(wù)產(chǎn)品,獲得存儲、計算等更多服務(wù)。

4.2.7 數(shù)據(jù)可視化

所見即所得的可視化應(yīng)用搭建體驗。使用交互式的可視化設(shè)計器,可以輕松創(chuàng)作儀表盤,自動適配各類大小屏幕。

5 結(jié)論

本方案推動驗證服務(wù)能力優(yōu)化升級,將檢測業(yè)務(wù)與大數(shù)據(jù)、云服務(wù)、智能終端、人工智能等信息技術(shù)相結(jié)合,實現(xiàn)檢測過程智能化、自動化、數(shù)字化,充分運用信息化手段取代人工參與環(huán)節(jié),開發(fā)面向個性化、服務(wù)化、智能化等模式的柔性檢測分析及推斷算法庫,為實現(xiàn)試驗室運行狀態(tài)的實時監(jiān)控、預(yù)警和智能決策提供可行的解決方案。