基于车联网的矿用自卸车远程健康诊断平台的应用

王 龙，张小锋，高志强，张建功，王 江，郭 峰

内蒙古北方重型汽车股份有限公司 内蒙古包头 014030

随着物联网技术、诊断技术、智能制造等先进技术的迅猛发展，工程设备故障诊断进入了一个以网络为基础的远程故障诊断阶段，使得工程机械开始向着数字化、信息化、智能化的方向快速发展[1]。采用基于物联网的远程故障诊断平台是为了延长矿用自卸车的使用寿命，降低突发性故障，减少超速超载，监督司机的不良操作，达到提醒客户、事前预测和快速维修的效果，使得矿用自卸车能够更好地运行[2]。

现有的矿用自卸车维修中，维修人员需要快速维修因结构复杂、工作环境恶劣等所造成的自卸车机械故障，进而减少机械损坏对施工进度的影响。而现有的售后维修和快速维修需要经验丰富的维修人员以及快速的技术和备件支持，这对企业来说是个亟待解决的问题。依靠科技的发展，基于物联网的远程故障诊断将很好地解决这一问题，因为面向工程机械的远程故障诊断系统克服了地域和时间的限制，把分布在各物理区的终端节点联系起来，将信息的感知、数据的交互、应用服务、专家系统一并嵌入整个物联网体系中，使得在现场设备出现故障时，能够得到快速、实时、准确的处理，使大型工程机械具备在线感知和在线报警的能力，诊断平台迅速发现并快速提出解决方案，以延长设备使用寿命，提高运行效率[3]。

1 远程健康诊断平台概述

企业通过建设远程故障诊断服务平台，开发矿用自卸车的数据采集、通信、信息化处理平台，基于北斗/GPS 双定位系统、车辆控制技术、互联网技术、电子网络技术开发矿用自卸车智能安全管理服务平台，利用移动通信技术，在矿用自卸车与云端智能安全管理服务平台之间建立远程通信连接。数据采用云计算平台进行存储，开展产品运行使用过程大数据收集整理和分析，为科研开发、产品销售、用户使用和售后服务提供数据支撑，为客户提供“人、车、管理”整体解决方案，实现车辆运营管理的数字化、动态化和远程化控制，以及车辆的安全、油耗和维保等全方位管理，增强用户体验，提升客户价值和产品市场竞争力。

按照 SAE J1939 协议[4]及内部企业标准《非公路自卸车控制器局域网 (CAN)通信协议》[5]，进一步升级矿用自卸车的感知能力，扩展服务平台对外接口，将矿用自卸车的位置、工作状态、故障信息和预警提醒等数据实时上传至服务平台进行分析处理，对车辆进行实时远程监控。在结合车辆档案、客户档案、服务派工、故障维修、故障指导、在线手册和备件商城等功能，优化甚至重塑企业管理流程、价值链、生态链的同时，不断收集矿用自卸车使用过程中的各类工况数据，进行大数据建模分析并不断学习优化，无论是车辆整体运行情况的统计与分析，或是个别车辆的监控与追踪，皆可做到上通下达的时时掌控与反馈互动，从而延长矿车使用寿命，减少燃油消耗，提高车辆安全性和可靠性。

2 平台功能介绍

2.1 平台的主要功能模块

(1)车联网 IOT 平台 主要是围绕车辆在线信息、实施车辆健康诊断、车辆位置、车辆工作效率和车辆运行状况 5 个方面内容，将车载终端上传的数据信息，依据矿用自卸车行业特点，对这些数据进行实时处理并进行有机整合，基于需求展现内容，为用户提供位置、状态运行参数等数据，服务于企业的管理和决策，以便优化管理，控制成本，保障安全，提高生产力。

(2)智能分析平台 根据用户的行业应用，对车载信息终端上传的位置以及状态数据进行深入的挖掘分析，并把分析出的结果以图表等方式展现，以方便公司市场、技术、售后部门决策者进行决策参考，为企业带来更好的效益和更多的回报。

(4)综合客服管理 提供对账户、客户和订购信息的管理，完整地管理客户的整个生命周期，并为客户提供受理各种业务的功能。

(5)线上电商平台 提供手机 APP 备件商城，实现热点关联备件信息查询、在线查价和在线下单等功能。

2.2 平台架构

平台架构如图 1 所示，具有以下功能：

(1)基于互联网信息采集，利用传感技术将车辆运行状态信息进行实时采集，并通过移动互联网发送回公司服务器海量存储；

(2)利用车载北斗和 GPS 双模卫星定位系统对矿用自卸车进行远程管理和定位，获取车辆位置和轨迹信息，从而实现矿用自卸车联网管理；

(3)通过云平台进行大数据存储和分析计算；

(4)与企业现有的 ERP、客户平台和 OA 办公系统等信息管理系统进行集成，将车辆运行工况数据与企业内部业务数据进行融合，实现企业内外数据共享；

(5)提供矿用自卸车的远程监控、故障诊断、智能服务和在线商城等功能。

本试验通过对重庆地区紫色土进行直接剪切试验测定土的抗剪强度，分析了植物根系对重庆地区紫色土的力学影响，为重庆地区的边坡防护治理提供一定的理论基础。

(6)对标智讯和康查士国际先进工程机械远程健康诊断系统，保证系统的行业领先水平，满足企业国际化、全球化的发展战略。

图1 矿用自卸车联网的平台结构Fig.1 Structure of network for mining dump truck

3 平台应用场景展示

3.1 大数据分析场景

通过对数据的有效应用和分析，对全球范围内矿用自卸车的运行情况进行实时监控，全网车辆大数据平台如图 2 所示。该平台可以直观展示车辆的完好率、出勤率、平均无故障时间、平均故障修复时间，以及车型平均生产力、工作时长和拉运量等信息。

3.2 矿用自卸车智慧服务功能

矿用自卸车智慧服务的定位和轨迹功能如图 3 所示。矿用自卸车智慧服务功能主要包括：

(1)定位和轨迹 通过车载通信终端实时获取车辆在矿区中的位置情况，并对车辆行驶轨迹进行回放，标识车辆状态。

(2)车队管理功能 管理人员可了解车队整体表现，包含当前运行的车辆数量、发生故障车辆的情况、整体出勤率、工作时长以及需要保养的车辆等信息，提升运营管理能力和业务水平。

(3)车辆监控功能 实时查看车辆状态，包括当前车速、燃油量、水温、转速、故障情况和超速等情况。

(4)运行分析功能 统计车辆每天的运行数据，包含里程、油耗、工作时长、怠速时长、怠速占比、小时油耗、累计运行时长、累计油耗和累计怠速油耗等，以及矿车发动机、变速箱、电驱动系统和液压系统等核心部件的运行参数，便于维修专家远程对车辆故障进行分析诊断。矿用自卸车运行状况分析如图 4所示。

此外，通过手机 App 应用，定制开发手机专用App，方便矿山用户查询矿用自卸车的实时运行状况，故障知识库提供丰富的故障解决指导方案和详尽的技术资料，以便更加有效地对矿车进行管理和维修。手机 App 的相关功能如图 5 所示。

图2 企业全网车辆大数据平台Fig.2 Data platform of all vehicles from IMNH

图3 矿用自卸车智慧服务的定位和轨迹功能Fig.3 Locating and traveling function of intelligent service for mining dump truck

图4 矿用自卸车运行状况分析Fig.4 Analysis on operation status of mining dump truck

图5 手机 App 的相关功能Fig.5 Relative functions of mobile App

通过将矿车运行数据应用到日常客户服务过程中，建立了线上手册查询、服务派工、车辆维修指导、高效索赔和备件商城等综合性在线客户服务平台，从而更加快捷高效地为用户提供“贤妻良母式”的服务，从而赢得客户的信赖。建立线上索赔一体化管理模式，集成公司 ERP 系统，大大提高了索赔审批、索赔发货以及索赔件采购的效率。基于统计对历史质量故障进行汇总，便于分析和提高产品质量，通过在线一车一手册功能，工程师和客户能够非常方便地查询矿车装配的零配件信息、零件图片、零件官方报价，客户可快速准确地获得主机厂的原厂配件，支持手机下单。

4 结语

通过几年的使用和迭代升级，矿用自卸车联网健康诊断服务平台逐步发挥其功能，对矿用自卸车在线、实时、快速、准确地进行故障诊断，并提出合理的维修方案。该平台创造了较大的经济效益，提高了企业的管理和服务水平，但是目前使用过程中还存在一些问题，如：虽然目前实现了故障代码的自动采集和指导处理，处于故障后快速处理阶段，但矿车故障预测还不能完全依靠大数据模型进行计算，一方面一些关键运行参数难以通过传感器获取，另一方面大数据模型的算法还不成熟，需要不断对平台进行升级优化。

未来将不断增加矿用自卸车数据传感器采集工作，加强大数据分析能力，加快矿用自卸车故障自诊断，从而提高矿用自卸车出勤率和完好率。通过与无人驾驶矿车的结合，提供矿车+网络+信息平台的整体智慧调度、健康诊断、地图仿真、指令控制和地形管理一体化的综合解决方案。