工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)推動下升船機數(shù)字化應用探討

王婷婷

摘 要：在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用逐步深入的背景下，對不同行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用需求、特點和應用模式進行調研，對某升船機運維信息化現(xiàn)狀進行分析，結合升船機數(shù)字化發(fā)展的目標，開展數(shù)字化需求分析，對升船機智能運維應用模式進行探討，給出針對性的推進建議。

關鍵詞：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng);應用模式;數(shù)字化;需求;智能運維

中圖分類號：U642? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2021）04-0069-03

近年來，隨著大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、5G技術等的發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)正在邁入全新的時代，“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”正在掀起新的熱潮。特別是5G與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的深度融合，把人與人之間的連接擴展到了人與物以及物與物之間的連接。我國重點行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用已處于從局部探索到路徑形成的關鍵階段 ，因此亟須找到一種適合升船機的數(shù)字化發(fā)展應用模式與路徑，形成具有行業(yè)特色的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用體系。

1工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用調研

2020年全國5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)大會上，電力、煤礦、鋼鐵、汽車等行業(yè)已經(jīng)普遍開展了數(shù)字化企業(yè)應用研究探索，如5G智慧電力展出的智能產(chǎn)品中，三峽升船機VR展示平臺首次展示，通過游船視角對船舶經(jīng)過升船機的運行過程進行了虛擬展示;電力智能生產(chǎn)管理MES信息系統(tǒng)實現(xiàn)了對全流域所有電廠發(fā)電產(chǎn)能、設備及設備狀態(tài)參數(shù)進行監(jiān)控和統(tǒng)一調度，將生產(chǎn)和業(yè)務流進行整合。鋼鐵、煤礦等生產(chǎn)行業(yè)，依托于5G通信的智能傳感器和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的結合，使得惡劣的生產(chǎn)環(huán)境實現(xiàn)了無人值守，遠程運維。航空、汽車等制造行業(yè)，AR/VR技術使得裝配工藝可視化，質量工藝數(shù)據(jù)化。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)作為數(shù)字化轉型的關鍵支撐，在加快數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化發(fā)展上起到了至關重要的作用。

目前，美國、日本等世界發(fā)達國家都在加快推動5G與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的融合發(fā)展，美國得益于羅克韋爾、思科、IBM、微軟等諸多領軍企業(yè)的帶動，云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等強大的技術能力，在水平化、互操作能力上占主導地位;日本則側重工業(yè)機器人的應用。國內自2015年開始開展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)試點示范項目推行工作，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)迎來最好發(fā)展時機。華為、浪潮、中國商飛在數(shù)據(jù)采集、存儲、分析、數(shù)據(jù)可視化以及數(shù)據(jù)安全等方面發(fā)揮領先優(yōu)勢，北京航空航天大學、哈爾濱工業(yè)大學、西北工業(yè)大學等在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)學研領域走在前列。

2國內升船機運維信息化現(xiàn)狀和需求分析

（1）升船機運行操作系統(tǒng)特點。升船機依賴于其專有的工控系統(tǒng)，集合圖像監(jiān)控、傳感檢測等數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了流程自動化、操作自動化以及HMI集中分布控制。隨著數(shù)字化轉型的到來，升船機的現(xiàn)場運行需求也拓寬，工業(yè)應用需求從傳統(tǒng)的需求向全面細化的需求拓展。工業(yè)控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集量大、數(shù)據(jù)類型多，但是對設備的狀態(tài)監(jiān)控并不齊全，部分關鍵設備狀態(tài)尚無在線監(jiān)測設施。因此從互聯(lián)角度看，自動化、信息化、聯(lián)網(wǎng)化水平還較低，尚處于工業(yè)2.0的階段，無法支持工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的全面數(shù)據(jù)采集和上層的監(jiān)控、優(yōu)化、分析應用，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的深入推進上還有很長的路要走。

（2）日常業(yè)務流程特點。某升船機日常運維管理包括運行管理和設備管理，運行管理包括運行操作、船舶監(jiān)護、日常安全管理等，設備管理又包括故障、缺陷、維護、點檢、修理、備件管理等諸多業(yè)務流程，每個業(yè)務流程包含諸多環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)運維管理方式不再滿足精細化管理需求，運維效率也極大地影響著通航效益。迫切需要將生產(chǎn)運行環(huán)節(jié)與業(yè)務流程相結合，輔之以智能手段，減少對人的依賴，實現(xiàn)各個環(huán)節(jié)更加精準、細致、高效的管理。

（3）信息管理系統(tǒng)現(xiàn)狀。目前，大多數(shù)升船機運維管理仍然采用功能相對單一的信息化子系統(tǒng)，如工業(yè)控制系統(tǒng)、電子巡檢系統(tǒng)、船舶安全預警系統(tǒng)、水情信息系統(tǒng)，各個系統(tǒng)采集專用的數(shù)據(jù)，完成相對單一的功能。且由于網(wǎng)絡隔離，各系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)不能共享。更有很多數(shù)據(jù)沒有實現(xiàn)信息化，還處于電子化水平，如設備缺陷、故障數(shù)據(jù)，維護、檢修數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)，歷史數(shù)據(jù)只作為查詢依據(jù)，沒有被很好的共享。

（4）數(shù)據(jù)整合應用情況。升船機設備種類繁多，技術狀態(tài)復雜，試通航初期積累了大量的設備運行、維護、檢修數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)對升船機的運維管理具有十分重要的參考意義。目前由于系統(tǒng)的隔離，業(yè)務的隔離，大量升船機設備基礎數(shù)據(jù)不能關聯(lián)用于指導運維。經(jīng)驗決策依靠于人工積累。各類數(shù)據(jù)指標之間的互相影響，設備評價標準不一，不能較好反映設備狀態(tài)。設備運行數(shù)據(jù)監(jiān)控只在工業(yè)控制系統(tǒng)進行展示，無法與設備其他性能指標進行結合，進行設備狀態(tài)實時預警。需要對眾多信息進行綜合分析，評價設備性能。目前部分在建的通航建筑物生產(chǎn)運行監(jiān)控系統(tǒng)，已具備工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用雛形，將生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)與設備管理數(shù)據(jù)融合在一個系統(tǒng)，但在升船機模塊，尚未形成不同類型數(shù)據(jù)整合利用的功能。

3升船機數(shù)字化應用模式研究

數(shù)字化本質上是把人的經(jīng)驗，用數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)結構進行支撐，讓它能自動地模擬人的動作和決策，這也是升船機智能運維最本質的需求。

（1）VR計算機仿真系統(tǒng)應用。數(shù)字化進程將人從現(xiàn)實世界帶到虛擬世界，其中最主要的成果之一是催生了虛擬現(xiàn)實技術發(fā)展。基于VR的計算機仿真系統(tǒng)以其信息多源性、交互性在升船機也擁有較大研究空間。長江電力開發(fā)了升船機VR平臺，但空間貼圖相對單一，設備結構簡單。因此，作為典型升船機運維管理單位，開發(fā)以設備為對象的升船機虛擬系統(tǒng)仍具有十分重要的意義。同時依托VR計算機仿真系統(tǒng)，可定制標準化的作業(yè)流程，可很好的用于升船機設備維護工藝成果推廣應用。

（2）基于大數(shù)據(jù)的在線故障診斷。大數(shù)據(jù)的實質是把原本看似不相干的數(shù)據(jù)放到一起，建立關聯(lián)性，輔之以人的決策，推導出相應的結論。對升船機工控系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)，使用大數(shù)據(jù)技術對它們進行分析，反映監(jiān)控實時數(shù)據(jù)在歷史數(shù)據(jù)中所處的水平，以此來實現(xiàn)對于故障的預判。同時也可以通過研制特有在線監(jiān)測傳感器，對工控系統(tǒng)中未能采集監(jiān)測到的狀態(tài)補充完善，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中進行融合。故障診斷向智能化、數(shù)字化方向發(fā)展，新型在線監(jiān)測模式慢慢過渡，有望將全生命周期的設備管理真正從管理端延伸至生產(chǎn)前端，實現(xiàn)對設備運行數(shù)據(jù)縱向分析。

（3）基于大數(shù)據(jù)的預防性維修。在現(xiàn)有的運維管理模式中，維修維護更多的是靠著“老師傅”或是技術人員的工作經(jīng)驗，故其中存在著很大的主觀性，容易造成過度維修浪費經(jīng)費和缺乏維修。而當大數(shù)據(jù)技術加持的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用之后，這種由技術人員通過主觀經(jīng)驗而確定維修計劃的方式將會變得更加有數(shù)據(jù)支撐。大數(shù)據(jù)將會根據(jù)此種運行參數(shù)和設備的歷史損壞記錄而建立相應的數(shù)據(jù)庫，不僅僅是一個系統(tǒng)的設備數(shù)據(jù)會連入此數(shù)據(jù)庫，其他系統(tǒng)的此設備信息都可以連入此數(shù)據(jù)庫。大數(shù)據(jù)根據(jù)人為制定的指標評價體系，結合以往的維修記錄，根據(jù)指標體系的確定在什么時候對設備進行什么樣的保養(yǎng)，或臨時采取最經(jīng)濟合適的手段繼續(xù)使用該設備，并極大地減少意外停航的發(fā)生。

構建集升船機BIM建設管理、移動互聯(lián)人工巡檢、無損檢測、在線監(jiān)測、設備管理、水情、氣候、交通流等全方位信息于一體的數(shù)據(jù)獲取、采集、處理、分析、利用、反饋的數(shù)字化運維平臺，通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)類型、接口標準，保證不同系統(tǒng)間互聯(lián)互通，未來可進一步形成大型升船機信息資源庫，可最大限度地利用和發(fā)揮數(shù)據(jù)的價值，形成資源共享，為協(xié)同分析決策奠定基礎。

4推進升船機智能運維，需重點解決的問題

（1）底層數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)關聯(lián)性問題。對升船機而言，在推進智能運維的過程中，不僅需要解決信息系統(tǒng)的開發(fā)問題，更重要的是，解決底層數(shù)據(jù)問題。針對目前設備狀態(tài)數(shù)據(jù)多而不全，信息系統(tǒng)雜而不融，數(shù)據(jù)量大但關聯(lián)性低等問題，還需要健全關鍵設備在線監(jiān)測手段，對各類信息系統(tǒng)的有用數(shù)據(jù)進行篩選，研究各類型數(shù)據(jù)在用法上的關聯(lián)性，研究不同信息化系統(tǒng)接口的問題。如果數(shù)據(jù)、工藝層面不能實現(xiàn)標準化，數(shù)字化系統(tǒng)就會受到限制，利用效率也會比較低下。智能升船機的建設不是一蹴而就，而是要逐步迭代。在這個過程中，要充分的挖掘各種數(shù)據(jù)的價值，完善數(shù)據(jù)、規(guī)范各種工藝標準和指標體系。

（2）適應性問題。在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)典型的虛擬技術應用中，通過AR遠程設備巡檢和維護、故障處理分步指引以及可視化遠程運維協(xié)助等，在升船機的應用也有較大潛力。但是要最大程度保證設備靈活性和輕便性，AR設備需通過無線網(wǎng)絡實時獲取選信息，對于網(wǎng)絡性能有著極高的要求，而這在升船機現(xiàn)場實施有較大難度。因此，通過增強現(xiàn)實技術達到遠程運維的設想難以實現(xiàn)，只能選擇單機的VR仿真系統(tǒng)，實用性降低，但可以在流程復雜的作業(yè)上尋求創(chuàng)新突破。

（3）網(wǎng)絡和信息安全問題。傳統(tǒng)工業(yè)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、可編程邏輯控制器及終端數(shù)據(jù)處理，采用專用的硬件、軟件和通信協(xié)議，在設計上優(yōu)先確保系統(tǒng)的高可用性和業(yè)務連續(xù)性，缺乏有效的安全防御措施，也沒有對外通信必須考慮的網(wǎng)絡安全問題。隨著數(shù)字化轉型以及大數(shù)據(jù)、云計算等新技術大規(guī)模使用，使原本獨立的控制系統(tǒng)走向開放，由單機走向互聯(lián)。自動化走向智能化，也會帶來了設備、網(wǎng)絡、控制及數(shù)據(jù)等方面的安全隱患，連接設備越多，面臨的安全風險越大。

5 結語

升船機的運維管理必然朝著網(wǎng)絡化、標準化、時效化、數(shù)字化、智能化方向轉變，搭建數(shù)字化升船機運維平臺，將現(xiàn)代信息技術與升船機在線狀態(tài)監(jiān)測、性能評估、風險預警、養(yǎng)修決策等層面相融合，將催生升船機運維管理與維護技術和體系的變革，為國內升船機的維護關鍵技術發(fā)展打下堅實基礎。

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