浅谈检测试验室设备监控解决方案的构建思路

邵学彬 盛苗苗 樊金娜

(中汽研软件测评(天津)有限公司,天津 300300)

0 背景

工业互联网是新一代信息技术与工业系统深度融合形成的产业和应用生态,以数据为核心要素,通过实现人、机、物等的全面互联,构建起全要素、全产业链、全价值链融合的新型工业生产制造和服务体系,是汽车检测产业数字化转型升级的重要途径。基于工业互联网架构的设备监控解决方案平台通过建立网络互联体系和数据互通体系,形成数字化、网络化、智能化中枢与载体,能够有效解决数据孤岛的问题,实现试验设备的互联互通,打通各试验科室的检测数据,提高数据分析与挖掘的效率。

以新一代信息技术为代表的全球性创新突破正不断加速,孕育着新的增长动能,物联网面临着全新的发展机遇。汽车“新四化”时代已经到来,汽车检测行业也应随之配套升级,目前在线检测已逐步成为检测新趋势、新常态,检测机构要想持续保持行业引领地位,在自动化、智能化、数字化技术领域进行深入研究和全面布局势在必行。

1 检测试验室设备监控解决方案实施意义

设备数字化、网络化、智能化改造是智能制造与工业互联网创新发展的重要基石。智能制造与工业互联网等国家制造业发展战略的核心主线是促进新一代信息通信技术与先进制造技术深度融合,设备数字化、网络化、智能化改造是物理实体与数字虚体实现信息实时交互的重要基石,是先进制造技术与信息通信技术融合、互联网与制造业融合、信息化与工业化融合的桥梁和枢纽,是促进智能制造、工业互联网等制造业发展战略及理念落地应用的重要使能技术。

智能制造和智慧检测成为汽车行业转型的主攻方向。国家历来高度重视汽车行业智能制造的落地应用,在“制造业高质量发展”及各部委颁布的智能制造相关政策中,均将汽车行业列为智能制造的重点应用领域,作为汽车检测机构,若能够推进智能制造技术创新、标准制定、基础能力建设和集成应用等工作,将会引领和带动汽车制造业整体的智能化转型升级。

检测试验室设备监控平台的搭建能加快汽车检测工作的整体流程,进而提升汽车产品的研发质量和效率。智能决策驾驶舱系统有利于提升检测工程师工作效率,根据试验种类、试验数据及数据处理流程的不同,协助工程师高效地处理相关测试数据,能显著提升检测工程师的工作效率,有利于提升检测数据处理正确率。基于检测试验室设备监控平台的大数据分析、检测设备无线改造升级行业推广应用,能够有效提升汽车产品整体研发检测能力,推动汽车行业的创新发展。

2 试验室设备监控解决方案概况

本解决方案的目标,能全面掌握检测机构所有设备的运行状态,实时了解集团下各检测试验室设备的使用情况、闲置情况等信息,为管理层及时决策提供数据支撑。通过本系统取代原有人工统计设备统计情况费时费力,避免出现统计错误,且实时即能查看全国全量设备的运行状态,决策将更加快速,打通了各设备数据孤岛,提高了工作效率,从而实现了高效性、方便性、实用性、互联性。

试验室设备监控解决方案通过智能电源设备、智能电流检测设备、智能边缘设备,连接各试验设备(包含电压为220V、380V及以上的设备),采集设备运行状态数据回传物联平台,最终形成设备状态监控可视化驾驶舱。驾驶舱可独立展示,也可以通过页面集成手段完成集中数据呈现。

本方案主要针对各实验室电压及交直流的电流接入方式,可划分为两种策略,即220V交流策略,380V及以上交流或全电压下直流电源策略。

针对220V交流设备,此类设备多为小型设备,主要为插头形式,零火线无法单独区分,故在不侵入设备线路的情况下,采用智能电源设备接入方式最为方便易操作。

针对380V及以上交流或全电压下直流电源设备,此类设备多为大型设备,采用传感器模式,使用传感器采集电流信号,传感装置支持高电压,高功率各类型设备。实施方便快速,安装,且不会侵入线路主体。

系统主要基于物联平台,依托智能电源设备,智能边缘设备,搭建智能电源检测平台,平台针对试验室不同设备,设计搭建了不同形式的检测模型,实现试验室整体设备的集中状态监控。物联平台统一接管不同格式的数据和数据库,开发跨终端和操作系统的数据共享中间件,建立数据驾驶舱,实现视频信息远程共享,以及数据自动采集、检测流程数据沉淀、试验数据智能分析、试验资源统筹管理,形成智慧检测、智能管理、智能分析、智慧决策全方位的高自动化服务流程。

3 试验室设备监控解决方案主要硬件采集设备介绍

3.1 智能电源设备

220V试验设备可直接插入智能电源设备。智能电源设备通过LAN口实现检测设备开关状态,设备使用过程中电流、电压、功率等信息的采集。采集数据将通过无线网络将数据实时发送至物联平台,从而实现试验设备基础状态数据监控,数据传输速率根据实际情况可调可控。

3.2 智能电流检测设备

智能电流检测设备,不需要改造现有线路电路,无需侵入即可连接到380V及以上的试验设备,采集试验设备电流状态至物联平台,从而实现试验设备基础状态数据监控。

3.3 智能边缘设备

将检测设备就近接入智能边缘设备,设备连接成功后,智能边缘设备可以实现设备数据边缘采集、流转、存储、分析并上报设备数据至物联平台。智能边缘设备具备采集硬件物理设备运行业务数据的条件,目前智能边缘设备已实现RS232、RS485、Modbus、PLC、OPC-UA/DA等多种主流协议支持,通过设备接口协议获取试验设备运行数据,具备良好的可扩展性。

4 试验室设备监控解决方案技术特点与内在要求

4.1 物联平台技术特点

物联平台是一种多层技术,由硬件、软件、连接和用户界面组成,可实现并促进联网设备的管理、数据流、通信、应用功能和自动化。物联平台能够提供一站式设备管理、实时监控设备场景、无缝连接硬件设备及业务系统,实现物联网复杂应用的快速搭建、管理和扩展,平台需满足以下指标:

(1)访问权限分离:操作者可访问系统配置,用户可访问个人数据,不应对系统配置进行访问和修改;

(2)用户角色分离:系统管迎维护人员的控制和修改行为与用户或实体使用信息行为应相互独立;

(3)数据明确分类:管理数据和用户数据应有各自明确的分类;

(4)管理共享分离:在与其他相关系统共享数据时,系统的可管理性;

(5)各设备原有的数据存储在终端节点,同时上传并存储在后台服务器平台,系统的数据应既可在网络边缘的终端节点上进行处理,也可在后台服务器或云平台上进行处理;

(6)系统的可扩展性:当系统接入的设备终端数量、用户数量等 以不同倍数增长时,系统需进行传输、存储和处理的数据体量将急剧增长．此时系统应能继续有效工作;

(7)系统进行设备管理、网络管理、系统管理、接口维护和报警等,支持系统监控和配置更改。

4.2 系统内在要求

4.2.1 性能要求

为了满足客户的要求,系统必须要有高的运作速度,采集试验设备的运行数据需要实时回传到物联平台。平台必须能快速及时完成秒级响应,迅速处理各项数据、信息,进行汇总计算,系统平台需较好利用网络带宽,保证数据的传输速度;传输的过程,实现数据加密,保证数据的安全,数据传输到平台,需要足够的计算能力和存储容量,保证数据能第一时间展示。

4.2.2 安全与保密要求

为了保证客户的数据安全和保密要求,数据在传输和存储上都以密文形式进行,并且由于查询人员的身份和目的不同,物联平台还提供不同的查询权限,可通过租户、客户、系统管理实现不同用户看到不同的设备及仪表盘等。

4.2.3 设备接入

能够支持海量互联并且上云,设备端与云端通过智能边缘设备进行可靠稳定的双向通信。并且提供4G、WiFi等不同网络设备接入方案,解决企业异构网络设备接入管理问题。

4.2.4 安全能力

通过支持不同的设备凭证类型,保证数据的机密性和完整性。

4.2.5 故障告警

通过拖拽流计算组件,编排定义复杂任务节点,轻松完成数据分析与处理,实现故障告警和检测。

4.2.6 规则引擎

规则引擎提供数据流转和场景联动功能。配置简单规则,即可将设备数据无缝流转至其他设备,实现设备联动;或者流转至其他业务产品,获得存储、计算等更多服务。

4.2.7 数据可视化

所见即所得的可视化应用搭建体验。使用交互式的可视化设计器,可以轻松创作仪表盘,自动适配各类大小屏幕。

5 结论

本方案推动验证服务能力优化升级,将检测业务与大数据、云服务、智能终端、人工智能等信息技术相结合,实现检测过程智能化、自动化、数字化,充分运用信息化手段取代人工参与环节,开发面向个性化、服务化、智能化等模式的柔性检测分析及推断算法库,为实现试验室运行状态的实时监控、预警和智能决策提供可行的解决方案。