國內(nèi)大部分制造型企業(yè)設(shè)備維護(hù)成本居高不下,設(shè)備壽命期普遍達(dá)不到設(shè)備出廠標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的壽命:偶發(fā)故障頻繁,故障恢復(fù)困難、恢復(fù)周期長,對企業(yè)生產(chǎn)效率和整體效益造成嚴(yán)重影響:有的設(shè)備必須預(yù)防性維修,有的設(shè)備重點(diǎn)部位的隱性故障發(fā)展成顯性故障時,會造成設(shè)備使用成本大幅度增加。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的運(yùn)用能夠針對加工制造業(yè)應(yīng)用環(huán)境。提供預(yù)警功能.防止出現(xiàn)重大故障和危害。
設(shè)備綜合監(jiān)控與預(yù)警系統(tǒng).綜合運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)、無線技術(shù)、GPS、M2M技術(shù)和軟件技術(shù),針對工業(yè)機(jī)器、機(jī)車、輪船等設(shè)備的重點(diǎn)部位運(yùn)轉(zhuǎn)情況進(jìn)行全面監(jiān)控,并依據(jù)專家系統(tǒng)的智能分析判斷,提早發(fā)現(xiàn)設(shè)備重點(diǎn)部位的初期故障.提供關(guān)鍵設(shè)備故障預(yù)警功能。通過物聯(lián)網(wǎng)絡(luò),系統(tǒng)能夠向設(shè)備維護(hù)技師發(fā)出警報(bào)信息,從而達(dá)到降低設(shè)備重大故障發(fā)生率、延長設(shè)備壽命、消弭運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)、有效減少甚至杜絕設(shè)備事故、保證生產(chǎn)安全、提高企業(yè)生產(chǎn)效益的目的,為企業(yè)設(shè)備管理提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)依據(jù)。
1、系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)
系統(tǒng)運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)先進(jìn)技術(shù).進(jìn)行系統(tǒng)配置,運(yùn)用無線傳感技術(shù)、現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及人工智能等技術(shù).將全廠設(shè)備通過“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”和“信息網(wǎng)絡(luò)”與“專家系統(tǒng)”集成起來.實(shí)時采集設(shè)備運(yùn)行情況。在設(shè)備發(fā)生故障的早期.根據(jù)實(shí)時采集的信號利用知識庫進(jìn)行智能判斷和分析.找出“問題部位”,并提供預(yù)警或直接向“問題設(shè)備”發(fā)送指令.達(dá)到盡可能早地規(guī)避大的風(fēng)險(xiǎn),最大程度上降低損失,減少“多米諾骨牌式”連帶影響的目的。
國內(nèi)制造加工型企業(yè)規(guī)模大小不,設(shè)備品種和類型以及生產(chǎn)流程和工藝復(fù)雜多樣,設(shè)備綜合監(jiān)控與預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研發(fā)需要滿足不同企業(yè)的實(shí)際情況。從感知層自下而上到應(yīng)用層.在架構(gòu)和技術(shù)上都必須考慮通用化和可配置化的要求。通過適當(dāng)?shù)呐渲煤托》秶{(diào)整,使其能適應(yīng)不同企業(yè)在生產(chǎn)、管理、需求等方面的不同特點(diǎn)。要以關(guān)鍵設(shè)備為切入點(diǎn).以設(shè)備互聯(lián)互通、遠(yuǎn)程專家診斷為技術(shù)目標(biāo),從而實(shí)現(xiàn)通用行業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的整合和普。
該系統(tǒng)現(xiàn)已完成了完整模型的構(gòu)建,并進(jìn)行了連續(xù)4個月的連續(xù)動態(tài)模擬測試。計(jì)劃在2014年前在條件成熟的制造型企業(yè)進(jìn)行推廣,覆蓋生產(chǎn)系統(tǒng)全部關(guān)鍵設(shè)備,提高設(shè)備有效作業(yè)率.降低設(shè)備重大維修費(fèi)用和故障率。
1.2應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
1.2.1知識庫系統(tǒng)
對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)建模,利用大量的歷史數(shù)據(jù)建立知識庫,主要包括設(shè)備運(yùn)行在各種狀態(tài)下(最優(yōu)、正常、臨近故障、故障狀態(tài)等)的信號特征以及趨勢曲線等各種形式的信息數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)作為人工智能分析判斷的依據(jù),并接受人工智能系統(tǒng)的不斷糾正或校準(zhǔn)。
1.2.2人工智能系統(tǒng)
利用各種成熟的人工智能算法.例如隨機(jī)搜索算法、“爬山”算法、“退火”算法、“遺傳”算法等,對感知層采集的實(shí)時數(shù)據(jù)與知識庫進(jìn)行分析比對,或者繪制曲線、直方圖、雷達(dá)圖等之后,再與知識庫數(shù)據(jù)進(jìn)行比對分析,得出分析結(jié)果,并根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或者配置信息決定是否觸發(fā)警示和通知以及向設(shè)備電氣系統(tǒng)發(fā)出指令等。
1.2.3通信接口適配系統(tǒng)
該系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)總線(Data Bus)機(jī)制和接口適配(Interface Adaptor)機(jī)制,利用通信適配器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換/存取模塊、定時器、XML配置文件4個核心部件,完成與各種設(shè)備電控系統(tǒng)、工業(yè)PC、應(yīng)用軟件系統(tǒng)的通信及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。4個部件的結(jié)構(gòu)如圖2所示。
圖2 通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
定時器:控制針對PC通信的存取速率,針對PC通信的定時清零等;DB適配器:設(shè)計(jì)與工業(yè)PC中本地?cái)?shù)據(jù)庫的通信連接于其他應(yīng)用軟件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口配置功能;FS適配器:針對其他應(yīng)用系統(tǒng)或者工業(yè)PC的文件系統(tǒng)的存。粩(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換/存取模塊:上層服務(wù)器與底層通信的中間層,負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、OPC實(shí)時通信數(shù)據(jù)更新以及關(guān)系型數(shù)據(jù)庫更新。
1.2.4應(yīng)用功能擴(kuò)展系統(tǒng)
系統(tǒng)提供一整套完善的應(yīng)用功能擴(kuò)展機(jī)制。針對大量實(shí)時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù).系統(tǒng)提供各種形式的輸出配置功能.通過配置,用戶即可擁有新的數(shù)據(jù)輸出功能,包括各種報(bào)表、統(tǒng)計(jì)分析圖形圖表等。
1.3系統(tǒng)實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)
1.3.1感知層
目前,國內(nèi)相關(guān)行業(yè)已經(jīng)開始進(jìn)行一些物聯(lián)網(wǎng)研究與實(shí)踐,在感知層利用了各種類型和品種的傳感器或者模擬信號采集裝置,其數(shù)據(jù)輸出格式千差萬別,沒有一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn).不利于全國范圍內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)的資源共享以及產(chǎn)業(yè)化推廣。在設(shè)計(jì)之初,就應(yīng)充分考慮系統(tǒng)與各種PLC、現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)等各個層面的接口通用性。為此,擬提出一個感知層設(shè)備數(shù)據(jù)輸出的格式標(biāo)準(zhǔn).在標(biāo)準(zhǔn)得到驗(yàn)證之后,通過交流會等形式積極推廣,為其他物聯(lián)網(wǎng)同行以及應(yīng)用系統(tǒng)提供商統(tǒng)一“語言”.促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。
1.3.2網(wǎng)絡(luò)層
在網(wǎng)絡(luò)層面,已經(jīng)有非常成熟的體系和應(yīng)用,包括現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)、無線網(wǎng)絡(luò)、以太網(wǎng)絡(luò)、Internet網(wǎng)絡(luò)等,每種網(wǎng)絡(luò)都具備各自成熟的標(biāo)準(zhǔn)體系。但物聯(lián)網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)層的應(yīng)用是多種網(wǎng)絡(luò)集成的典型案例,關(guān)于多類型網(wǎng)絡(luò)集成方面,業(yè)內(nèi)并沒有完善統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。因此,應(yīng)在進(jìn)行充分的考察與調(diào)研的基礎(chǔ)上,結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)要求,研究歸納了一套適用于大多數(shù)制造型企業(yè)基于生產(chǎn)設(shè)備的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn),并利用系統(tǒng)實(shí)踐對標(biāo)準(zhǔn)不斷驗(yàn)證與改進(jìn)、推廣。
1.3.3應(yīng)用層
在應(yīng)用層,主要是專家系統(tǒng)、人工智能等基于IT的軟件系統(tǒng),國際上已經(jīng)有專業(yè)的研究機(jī)構(gòu)如MESA等進(jìn)行了多年的研究,并總結(jié)了一套適用范圍很廣的標(biāo)準(zhǔn)體系。
但物聯(lián)網(wǎng)是一個相對新的系統(tǒng)理論,雖然已經(jīng)有相關(guān)機(jī)構(gòu)或者企業(yè)在進(jìn)行實(shí)踐和標(biāo)準(zhǔn)研究,但都尚在初級階段;谶@種現(xiàn)狀,該系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用層嘗試了標(biāo)準(zhǔn)方面的研究與實(shí)踐,并總結(jié)制造型企業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用軟件標(biāo)準(zhǔn)模塊及標(biāo)準(zhǔn)功能。
2、系統(tǒng)架構(gòu)方案
2.1系統(tǒng)總體架構(gòu)
系統(tǒng)總體上采用三層架構(gòu)設(shè)計(jì):感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層。感知層主要由各種壓力傳感器、溫度傳感器、位移傳感器、振動傳感器組成,也稱為“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”。網(wǎng)絡(luò)層分為3個部分:實(shí)現(xiàn)傳感器分組互聯(lián)的ASI現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò),以設(shè)備為單位將部署于該設(shè)備上的各種傳感器進(jìn)行集成;工廠以太網(wǎng)絡(luò),利用無線路由、WiFi等技術(shù)將各ASI組連接起來:廠際網(wǎng),將“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”與“大腦中樞”連接起來,并提供對各種終端(手機(jī)、移動手持設(shè)備、計(jì)算機(jī)等)的訪問支持。
系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖3所示。
圖3 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
2.2感知層方案
在每套設(shè)備的各個關(guān)鍵部位,根據(jù)設(shè)備硬件特征制定監(jiān)控方案,安裝部署一組傳感器,實(shí)時采集該部位的溫度、壓力負(fù)載、相對位移量、振動頻率和幅度等各種動態(tài)參數(shù)。傳感器帶有ASI現(xiàn)場總線接口,在設(shè)備層組成ASI網(wǎng)絡(luò),F(xiàn)場的傳感網(wǎng)基站集成了ASI集線器和無線發(fā)射功能,基站模塊通過無線接口將數(shù)字信號傳輸?shù)綗o線路由設(shè)備,進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)層。感知層結(jié)構(gòu)原理如圖4所示。
圖4 感知層結(jié)構(gòu)
2.3網(wǎng)絡(luò)層方案
網(wǎng)絡(luò)層包括現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)、區(qū)域無線網(wǎng)絡(luò)和企業(yè)網(wǎng)絡(luò),利用現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)將傳感器、信號轉(zhuǎn)換處理模塊、生產(chǎn)設(shè)備的電氣控制系統(tǒng)和ASI總線設(shè)備連接起來,既擔(dān)負(fù)設(shè)備信號采集與處理的功能、也擔(dān)負(fù)底層信號向應(yīng)用層傳遞的功能,以及應(yīng)用層人工智能分析結(jié)果的指令向設(shè)備電氣控制系統(tǒng)傳遞的功能。其結(jié)構(gòu)原理如圖5所示。
圖5 網(wǎng)絡(luò)層結(jié)構(gòu)
2.4應(yīng)用層方案
集成開發(fā)工具:Eclipse 4.20uno);開發(fā)語言:JAVA(jdk-7u21-windows-i586);關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng):Oracle llg;實(shí)時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng):iHistorian;熱備份系統(tǒng):Rose HA:數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)工具:PLSql或者Toad for Oracle;系統(tǒng)建模工具:Rational Rose;測試工具:JUnit:團(tuán)隊(duì)開發(fā)版本工具:SVN;統(tǒng)計(jì)分析組件:JFreeChart;WEB服務(wù)器:Resin pro 4.0.22;前端RIA框架:ExlJs4.x。
3、應(yīng)用效益
系統(tǒng)中應(yīng)用到大量的傳感器技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、IT技術(shù)、接口技術(shù),這些技術(shù)的集成,為其它信息化行業(yè)提供了可借鑒參考的完整范例。
該系統(tǒng)在設(shè)備出現(xiàn)故障的初期捕獲故障征兆,在早期通過警示、短信、郵件等方式通知設(shè)備維護(hù)人員,及時更換相關(guān)部件,降低設(shè)備停機(jī)等直接風(fēng)險(xiǎn)以及連帶效應(yīng)引起的間接風(fēng)險(xiǎn)和大的事故,大幅度降低設(shè)備維護(hù)成本,延長設(shè)備壽命,降低故障頻率,保證生產(chǎn)安全。
本系統(tǒng)的研究成果集實(shí)施經(jīng)驗(yàn),為其它智能領(lǐng)域提供大量的借鑒經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)資源。
4、結(jié)語
物聯(lián)網(wǎng)在國內(nèi)的發(fā)展方興未艾,正處在發(fā)展歷史的初級階段。這個階段的奠基,將會對后來的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響,也是中國目前作為世界第二大經(jīng)濟(jì)體,在全球風(fēng)行的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展浪潮中能否占領(lǐng)領(lǐng)先地位的重要保障。本系統(tǒng)將為推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)的市場運(yùn)用貢獻(xiàn)-份力量。
核心關(guān)注:拓步ERP系統(tǒng)平臺是覆蓋了眾多的業(yè)務(wù)領(lǐng)域、行業(yè)應(yīng)用,蘊(yùn)涵了豐富的ERP管理思想,集成了ERP軟件業(yè)務(wù)管理理念,功能涉及供應(yīng)鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業(yè)務(wù)領(lǐng)域的管理,全面涵蓋了企業(yè)關(guān)注ERP管理系統(tǒng)的核心領(lǐng)域,是眾多中小企業(yè)信息化建設(shè)首選的ERP管理軟件信賴品牌。
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本文標(biāo)題:物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能裝備中的應(yīng)用
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