工业物联网大数据智慧运维平台

澄(cheng)科科技自主研(yan)发(fa)的(de)工业物(wu)联网大数据智慧运维平台(tai)是(shi)指通过(guo)各种信息(xi)传感设(she)备(bei)，实(shi)时采集任何需要监控(kong)、连接、互(hu)动的(de)物(wu)体或过(guo)程等(deng)(deng)各种需要的(de)信息(xi)，与(yu)互(hu)联网结(jie)合形成的(de)一(yi)个巨大网络(luo)。其目的(de)是(shi)实(shi)现物(wu)与(yu)物(wu)、物(wu)与(yu)人、所有的(de)物(wu)品与(yu)网络(luo)的(de)连接，方便识别、管理和控(kong)制。物(wu)联网技术跟其他的(de)系(xi)统网络(luo)架(jia)构(gou)一(yi)样从系(xi)统实(shi)现分为感知层(ceng)、网络(luo)传输层(ceng)、应(ying)用层(ceng)等(deng)(deng)。

一、感知层

1）前端传(chuan)感器(qi)全(quan)部采用了光学无源传(chuan)感器(qi)，寿命与数(shu)据(ju)质量(liang)大幅(fu)提升，为后续数(shu)据(ju)分析的(de)快速处理(li)与准确(que)性提供基础保障(zhang)(zhang)。采集器(qi)采用存算(suan)(suan)一(yi)体的(de)硬件设计，可以(yi)植入模型(xing)与算(suan)(suan)法，方便多种类信号大数(shu)据(ju)采集和融合(he)，能真正做到在(zai)线实时状(zhuang)态(tai)监测与故障(zhang)(zhang)报警；

2）操作简单，使用方便，在(zai)本地完成了数据采集(ji)与处理，可直(zhi)观得到数据曲(qu)线，实(shi)时数值(zhi)、最大值(zhi)及(ji)相应的(de)特征(zheng)值(zhi)、报警(jing)阈值(zhi)等信息；

3）所(suo)安装的FBG光学应(ying)变计传(chuan)感器可实时对(dui)结构的强度、疲劳损伤等状(zhuang)态进(jin)行(xing)有(you)效监控(kong)及预警；可直接(jie)对(dui)结构损伤情况进(jin)行(xing)有(you)效监控(kong)及预警；

4）关键点所(suo)安装(zhuang)的(de)位(wei)移传感(gan)器，解决设(she)备突然发生疲劳(lao)断(duan)裂的(de)痛(tong)点；

5）所安装的(de)低频加(jia)速度传感(gan)器可对设备整体物(wu)理状态进行阈值报警；

6）要通过获取(qu)岸(an)桥PLC来(lai)获取(qu)到岸(an)桥实时(shi)工(gong)作状(zhuang)态，并进(jin)行各(ge)类工(gong)作状(zhuang)态健康评估(gu)。

二、网络传输层

1）单台岸桥采(cai)用WLAN技术，本技术的主要特点(dian)是传输速率高、可靠性(xing)(xing)高、建网(wang)快速、便捷、可移(yi)动性(xing)(xing)好、网(wang)络结(jie)构(gou)弹性(xing)(xing)化、组网(wang)灵活(huo)、组网(wang)价(jia)格较低等；

2）存算一体物(wu)理机采用(yong)多网卡对接传输(shu)方式，极大地提高了数(shu)(shu)据(ju)传输(shu)效(xiao)率和数(shu)(shu)据(ju)传输(shu)的(de)稳定(ding)性；

3）传感器采集分析(xi)数据能(neng)够在接(jie)收过程自动过滤识别杂波(bo)和(he)异常数据，保(bao)证数据的有(you)效性和(he)实时性；

4）网络传(chuan)(chuan)输(shu)灵活采(cai)用(yong)(yong)TCP(Transmission Control Protocol)和(he)UDP(User Datagram Protocol)等不同协议进行数据(ju)(ju)传(chuan)(chuan)输(shu)。针(zhen)对不同的应用(yong)(yong)场景，采(cai)用(yong)(yong)不用(yong)(yong)的传(chuan)(chuan)输(shu)策略，最终达到(dao)数据(ju)(ju)完整性、安全性、高(gao)(gao)效(xiao)性、便捷性的统一平衡(heng)。对于业务数据(ju)(ju)、用(yong)(yong)户(hu)数据(ju)(ju)等重要和(he)敏感(gan)数据(ju)(ju)，数据(ju)(ju)量(liang)不大的情况，采(cai)用(yong)(yong)TCP加密方式(shi)传(chuan)(chuan)输(shu)，保证(zheng)了(le)数据(ju)(ju)的完整性和(he)安全性；对于图片(pian)和(he)视频(pin)等对数据(ju)(ju)量(liang)和(he)处理速度有一定(ding)要求的数据(ju)(ju)，采(cai)用(yong)(yong)UDP加密方式(shi)，能够极(ji)大地提(ti)高(gao)(gao)数据(ju)(ju)传(chuan)(chuan)输(shu)效(xiao)率(lv)，同时(shi)采(cai)用(yong)(yong)丢失重传(chuan)(chuan)机制，保证(zheng)了(le)数据(ju)(ju)的有效(xiao)性和(he)完整性。

三、应用层

1）系统采集了岸桥的(de)运动(dong)参数、结构(gou)的(de)应力响(xiang)应、振动(dong)响(xiang)应，再利用设计(ji)模型(xing)和原始(shi)数据模型(xing)，算法识别上集成了最广泛应用的(de)结构(gou)与监(jian)控健康监(jian)测技术，损伤识别的(de)准确性和可靠性得到保障；

2）随时掌握(wo)设备(bei)结构的运行(xing)状况（良好、报警、危险）；

3）预(yu)测、预(yu)报设备疲劳度以及预(yu)计寿命(ming)；

4）对设备可能发(fa)生开裂的部位进行监测，提前预警；

5）减少非计划停机的损(sun)失；

6）延长维(wei)护保养(yang)间隔，使非必(bi)要检修降至最低；

7）实现对设(she)备结构故障的早知道(dao)、早预报，把故障消灭在(zai)萌芽(ya)之中，旨在(zai)提高设(she)备运行完好率、减少(shao)设(she)备停机时(shi)间及降(jiang)低维(wei)修成本；

8）系统能提(ti)(ti)供对结构维修效果的(de)(de)评估报告，通过对全寿(shou)命周期数(shu)据(ju)的(de)(de)管理和(he)分析，我(wo)司可以(yi)对结构有损伤的(de)(de)工(gong)况和(he)操作(zuo)行(xing)为给予提(ti)(ti)示(shi)，便(bian)于(yu)提(ti)(ti)高(gao)对起重器的(de)(de)工(gong)作(zuo)管理，提(ti)(ti)高(gao)使用寿(shou)命。

9）系(xi)统(tong)能(neng)对检(jian)修计划(hua)和备件的管理(li)体(ti)系(xi)给出优(you)化建议。

系统价值

基于数(shu)字(zi)(zi)化双胞(bao)胎的(de)(de)(de)MBSE应用(yong) ，由于岸桥(qiao)港口SHM(结(jie)(jie)构健康监测(ce))系(xi)统(tong)工(gong)作时间(jian)长、涉及(ji)环(huan)节多、安(an)全性(xing)(xing)要(yao)求高，监测(ce)的(de)(de)(de)数(shu)据(ju)具(ju)有海量性(xing)(xing)、多维性(xing)(xing)、复(fu)杂性(xing)(xing)和不确定性(xing)(xing)等特点，又要(yao)根据(ju)监测(ce)结(jie)(jie)果(guo)回溯、调整设(she)计(ji)模型，因此(ci)采用(yong)数(shu)字(zi)(zi)化双胞(bao)胎的(de)(de)(de)MBSE的(de)(de)(de)方案(an)设(she)计(ji)与(yu)故(gu)障(zhang)预(yu)警方法对于揭示岸桥(qiao)事故(gu)的(de)(de)(de)发生(sheng)机理、实(shi)现岸桥(qiao)结(jie)(jie)构系(xi)统(tong)故(gu)障(zhang)的(de)(de)(de)智能预(yu)警具(ju)有重要(yao)的(de)(de)(de)理论意义和工(gong)程(cheng)实(shi)用(yong)价(jia)值(zhi)。

本大数据(ju)平台的基于数字化双胞(bao)胎的MBSE（系统工程）应用(yong)主要(yao)体现在三个(ge)方(fang)面：监测(ce)方(fang)案设计、有(you)限元模(mo)型(xing)修正、监测(ce)阈值定义。

1、监测方案设计
本项目以初设模型为基(ji)础，通(tong)过有限元完成相关结构(gou)分析。通(tong)常情况下(xia)有限元建(jian)模与分析都是离线(xian)完成的(de)，即监测方案(an)设计中采用的(de)是离线(xian)建(jian)模、离线(xian)分析的(de)思路(lu)。

2、有限元模型修正
SHM系(xi)统初(chu)步设计大多基(ji)于(yu)(yu)有(you)限(xian)元(yuan)(yuan)模型(xing)。然(ran)而有(you)限(xian)元(yuan)(yuan)建(jian)模时通常会引入必要的简化(hua)假设以降低建(jian)模的复(fu)杂(za)性(xing)，由(you)于(yu)(yu)实(shi)际(ji)结构(gou)(gou)受环境侵蚀和(he)材料老化(hua)的影响，导致有(you)限(xian)元(yuan)(yuan)模型(xing)与(yu)实(shi)际(ji)结构(gou)(gou)之(zhi)间的特性(xing)误差(cha)偏大，因(yin)此采用MBSE系(xi)统工程对SHM有(you)限(xian)元(yuan)(yuan)模型(xing)进(jin)行修正就显得(de)十分必要。

3、监测阈值定义
自(zi)动修正(zheng)和设置(zhi)告(gao)警(jing)(jing)阈(yu)值(zhi)是监(jian)测系统设计的(de)(de)(de)一个(ge)重(zhong)要(yao)问题。告(gao)警(jing)(jing)阈(yu)值(zhi)定(ding)义了被监(jian)测对象运行的(de)(de)(de)安(an)全限界(jie)，该安(an)全限界(jie)设置(zhi)的(de)(de)(de)是否合理(li)关(guan)系到预(yu)警(jing)(jing)的(de)(de)(de)时效(xiao)性(xing)和可(ke)靠性(xing)。目前SHM对监(jian)测阈(yu)值(zhi)中的(de)(de)(de)监(jian)测指(zhi)标(biao)并没有明确(que)的(de)(de)(de)界(jie)定(ding)，本项目采用MBSE系统的(de)(de)(de)应用对指(zhi)标(biao)的(de)(de)(de)选(xuan)取进行了参考(kao)设置(zhi)，而特征指(zhi)标(biao)选(xuan)择的(de)(de)(de)恰当与否关(guan)系到告(gao)警(jing)(jing)阈(yu)值(zhi)的(de)(de)(de)准(zhun)确(que)性(xing)，进而提升了对港口(kou)岸桥SHM系统故障预(yu)警(jing)(jing)的(de)(de)(de)时效(xiao)性(xing)与准(zhun)确(que)性(xing)。