基于物联网技术的施工企业机械设备管理平台研究

王亮 唐悦 张凯 曹云华 史衍征 迟庆斌

（1.青岛颐杰鸿利科技有限公司，山东 青岛 266100；2.中国电力建设集团有限公司，北京 100048）

近几年，我国工业物联网以年增长20%的比例保持快速增长，已经成为全球物联网市场增长最快的国家 [1]。在信息化与工业化深度融合的潮流中，工程机械智能化成为引领行业发展的主旋律，物联网技术将成为未来实现工程机械智能化、促进工程机械产业升级的核心技术之一[2]。

一、研究背景

（一）工程机械联网趋势

工程机械可以分为制造业、租赁业、施工企业三种形式，当前以制造业物联网发展较快。中国市场较为成熟的平台包括中联重科的企业物联网平台，徐工集团的工程机械物联网应用研发中心，三一重工的“工程机械设备智能服务系统”等。这些平台设计都将物联网技术作为前端数据收集的载体，从远程控制、收集数据入手，为产品研发、使用、售后进行提效。

（二）施工企业业务技术痛点

相比制造企业，国内施工企业物联网发展还处于起步阶段。大型机械设备虽然提高了施工的效率,但同样也为设备现场管理带去了麻烦。现场设备数据无标准，采集不全，大部分实时运行数据无法集中存储和管理。管理统计大量依赖手工上报，缺少有效的分析工具。管理层及业务专家也因缺乏现场实时数据，无法保障远程指导与管理决策的效益。

工程机械制造与施工企业在物联网平台建设中主要存在以下差异：

1.制造平台收集数据为新产品开发或售后服务，而较少考虑施工企业应用场景。

2.制造平台数据采集设备类型单一，主要集中在本企业的产品，而施工企业集团的设备种类多，数据接口不统一，需要大量数据集成调测与客户化协议开发。

3.制造平台基于云提供标准化服务，施工企业无法在其平台上拓展个性化功能。

因此，中国电建集团展开课题，以最新的物联网技术为基础,进行服务平台的设计，建立统一规范的体系解决上述问题[4]。

（三）系统设计：

平台构架设计对于提高软件可测试性与可维护性、降低维护成本、提高开发效率等各方面都非常重要。基于数据中台架构的设计思路，中国电建集团平台架构包含感知层，边缘层、数据层、业务应用层，展示层，有利于未来扩容与迭代。

感知层：用于接入包括塔式起重机、门座式起重机、履带式起重机等100余种现场设备数据。感知层结合采集模组标准化与调测管理远程化，解决了设备种类繁多、地域分散、运行环境不稳定及规模庞大等挑战。

1.边缘层：平台边缘层不仅具备无线传输、数据加密等能力，且支持边缘计算客户化及行业应用算法的插即用。平台边缘层与数据层形成云边一体化的弹性数据管理结构。

2.数据层：数据层包括高压实时数据存储，即时关系数据调用，数据清洗，聚合与计算。数据层向应用提供集成接口与服务调用。本平台数据层还预置了包括组态，表单，数据治理，统计分析，运维管理在内的主流开源技术工具，有效支持企业的大数据管理分析拓展。

3.业务应用层：面向众多施工设备的日常维护，综合数据统计，精益管理分析，支撑所有设备监测管理平台的应用功能开发。

4.展示层：包含桌面以及移动客户端应用。用户可以在手机或者IPAD上实时查看或接收到各设备运行状态数据及技术参数，并根据接收到的数据进行管理分析和优化。

图例1：施工企业工程机械设备物联网平台系统架构

图例2：云边一体化弹性数据管理架构

二、功能设计

中国电建平台通过实时监测各设备的运行与技术参数、故障与预警标准，结合设备异常信息提醒功能，可以实现现场设备全寿命周期管理。平台功能主要包括四部分：

（一）总览信息看板：平台支持大量数据并发链接，该模块可实时获取施工设备的位置信息，建立相应的电子地图，直观地呈现各设备运行状态与分布情况。

（二）实时数据在线监测：实时监控设备的工作时长、运行状态、技术参数，实现故障报警及健康提醒。为预防性维护提供参考，支持专家远程指导及故障分析。

（三）数据统计与决策支持：可多维度，细颗粒度地统计设备全过程运行状态及利用率，为科学配置调剂管理提供依据。

（四）基础信息与系统管理：通过标准档案管理规范设备主数据。同时支持系统的多样化层级，角色，用户配置管理，可以满足集团各级组织架构的快速拓展与分级管理。

图例3：施工企业工程机械设备物联网平台功能架构

图例4：施工企业工程机械设备物联网平台功能概览

三、建设平台特点

（一）支持自定义协议格式，在无需更换硬件的条件下，可支持但不限于工业以太网 RJ45、RS485、RS232 等各类设备仪器接口。同时集成三一，中联，徐工三大主流机械设备制造物联平台数据，在保障多设备数据采集兼容性前提下，实现跨平台数据集成。

（二）支持边缘计算，若服务器宽带负荷较大，可以通过对单体设备采集数据的预加工，精准传输云端所需的部分统计或分析数据，大大减少后续数据挖掘及大数据分析的计算量。云边一体的弹性数据管理结构，为加速数据检索与提升算力提供了保障。

（三）高可靠性的数据采集网络加密压缩技术，在传输链路故障后自动对实时数据进行暂存，支持断点续传，满足在线监测功能的实时要求。

（四）标准化数据采集器将能任意适配接入设备的型号。采集器配备网络防火墙，采用动态密码加密技术，确保数据安全.同时，数据采集方案采用国产自主研发产品，能适配国内外所有主流软硬件环境。

（五）平台具有高可扩展性，实现快速的系统迭代，在数据管理采集，数据管理与设备管理平台功能各个信息管理环节完全解耦。可以快速满足企业分级推广、功能拓展，性能迭代等业务诉求。

四、结语

本研究基于工程机械物联网技术，立足施工企业工程现场机械设备运营管理难点，通过云边一体化架构进行弹性数据管理，建立施工企业集团级设备监控平台，对设备全生命周期的大数据收集和智能化分析。基于本研究成果，不仅可以改变当前大型施工企业机械设备管理粗放问题，对推动集团内部和成员企业机械设备管理水平的提高，实现“数据透明，精益管理”的目标具有划时代的意义。而且基于该平台成果将形成符合我国国情的大型机械设备物联网建设的技术标准体系，对国内工程建设企业机械设备物联网平台的建设具有重要的借鉴意义，对推动我国工程机械设备管理水平具有重要的应用和推广前景。