唐票林 劉曉明 彭穗娟 司徒水成 司徒劍 呂繼春

摘 要：隨著先進(jìn)制造產(chǎn)業(yè)由制造為中心日漸變向以創(chuàng)新與服務(wù)為中心轉(zhuǎn)變，產(chǎn)品服務(wù)的效率和質(zhì)量成為企業(yè)生存與發(fā)展的關(guān)鍵因素，MRO2業(yè)務(wù)已成為先進(jìn)制造企業(yè)營運的主體。隨著云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)等新技術(shù)等飛速發(fā)展，引發(fā)了新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革。無論是“德國工業(yè)4.0”還是“中國制造2025”，都提到了智能化和互聯(lián)網(wǎng)化，其核心是工業(yè)大數(shù)據(jù)，即對設(shè)備資產(chǎn)、生產(chǎn)服務(wù)的全面感知、收集、分析、共享。在此大背景下，本文作者結(jié)合自身實踐，結(jié)合本文作者產(chǎn)品研發(fā)經(jīng)驗，研究如何通過技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展，打造具有自主知識產(chǎn)權(quán)的工業(yè)大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺，對工業(yè)設(shè)備的生產(chǎn)信息的全面感知、收集、分析、共享，為企業(yè)的管理者和參與者呈現(xiàn)出一個全新的看待工業(yè)維修生態(tài)視圖，引領(lǐng)企業(yè)實現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)、挖掘數(shù)據(jù)價值、創(chuàng)新工業(yè)維修生態(tài)。

關(guān)鍵詞：設(shè)備維修 云計算 大數(shù)據(jù) 物聯(lián)網(wǎng) 智慧電廠

中圖分類號：TP392 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）03（a）-0000-00

云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)等新技術(shù)等飛速發(fā)展，引發(fā)了新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革。美國提出“再工業(yè)化”、德國提出工業(yè)4.0戰(zhàn)略等，希望借助信息技術(shù)發(fā)展重新奪回制造業(yè)優(yōu)勢。我國為破解制造業(yè)發(fā)展存在的若干問題，迎接“雙重擠壓“的挑戰(zhàn)，應(yīng)對經(jīng)濟(jì)發(fā)展新常態(tài)，也提出中國制造2025、智能制造重大工程等發(fā)展戰(zhàn)略。在此大背景下，我們?nèi)绾斡又圃鞓I(yè)發(fā)展的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。

MRO2（Maintenance，Repair，Overhaul and Operation）是設(shè)備在運行和維護(hù)階段（MOL）所進(jìn)行的各種維護(hù)、修理、大修和操作等生產(chǎn)活動的總稱，是設(shè)備生命周期的重要組成部分。隨著先進(jìn)制造產(chǎn)業(yè)由制造為中心向以創(chuàng)新與服務(wù)為中心轉(zhuǎn)變，產(chǎn)品服務(wù)的效率和質(zhì)量成為企業(yè)生存與發(fā)展的關(guān)鍵因素，MRO2業(yè)務(wù)已成為先進(jìn)制造企業(yè)收入的主體。據(jù)統(tǒng)計，大型裝備的MRO2費用占裝備全生命周期管理（Product LifecycleManagement，PLM）總費用的60-70%。通用電氣（GE）年收入總額中服務(wù)業(yè)所占比重為：2003年占62.44%，2004年占 63.32%；通用汽車公司（GM）下屬的服務(wù)公司2004年利潤達(dá)到29.1億美元，占GM全部利潤的80%。

經(jīng)歷近40年的改革開放，我國工業(yè)發(fā)展取得了舉世矚目的成就，建成獨立完整的全國工業(yè)體系，享有“世界工廠”的美譽(yù)。我國科技的不斷進(jìn)步導(dǎo)致產(chǎn)品的極大豐富，同時也誕生越來越復(fù)雜的產(chǎn)品。工業(yè)化與信息化融合極大提升了產(chǎn)品研發(fā)與制造效率，同時，對現(xiàn)有的產(chǎn)品運行、日常維護(hù)和大修等業(yè)務(wù)帶來前所未有的沖擊，主要表現(xiàn)為缺乏預(yù)警、響應(yīng)遲鈍、維修期長、備件冗余、過度維護(hù)、知識流失等。

在此大背景下，本課題通過技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展研究，打造基于創(chuàng)新工業(yè)設(shè)備維修（MRO2）模式的工業(yè)大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺，對工業(yè)設(shè)備的生產(chǎn)信息的全面感知、收集、分析、共享，為企業(yè)的管理者和參與者呈現(xiàn)出一個全新的看待工業(yè)維修生態(tài)視圖，引領(lǐng)企業(yè)實現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)、挖掘數(shù)據(jù)價值、創(chuàng)新工業(yè)維修生態(tài)。

1 市場環(huán)境與用戶需求分析

據(jù)統(tǒng)計，大型裝備的MRO費用占裝備全生命周期管理（Product Lifecycle Management，PLM）總費用的60-70%。通用電氣（GE）年收入總額中服務(wù)業(yè)所占比重為：2003年占62.44%，2004年占 63.32%；通用汽車公司（GM）下屬的服務(wù)公司2004年利潤達(dá)到29.1億美元，占GM全部利潤的80%。

目前國內(nèi)還沒有成熟的高端MRO軟件產(chǎn)品。大部分國內(nèi)自主開發(fā)的MRO相關(guān)軟件產(chǎn)品基本上屬于第2～3代MRO產(chǎn)品。包括：北京神農(nóng)氏軟件有限公司開發(fā)的“SmartEAM設(shè)備管理系統(tǒng)”、廣州市正泰商業(yè)數(shù)據(jù)有限公司開發(fā)的EAM設(shè)備資產(chǎn)管理系統(tǒng)、西北工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院開發(fā)了“基于Web的數(shù)控設(shè)備維修信息管理系統(tǒng)”、西安翔宇航空科技股份有限公司研制的機(jī)務(wù)工程管理系統(tǒng)（MES）、北京海頓新科技術(shù)有限公司的海頓設(shè)備資產(chǎn)管理系統(tǒng)（EAM）、信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所數(shù)據(jù)中心開發(fā)的可靠性維修性保障性工程軟件 CARMES、北航可靠性工程研究所和北京可維創(chuàng)業(yè)科技有限公司開發(fā)的可維ARMS2.5軟件等。

其它MRO產(chǎn)品還有：鐵路貨車技術(shù)管理信息系統(tǒng)（鐵道部）、武器產(chǎn)品的遠(yuǎn)程監(jiān)控和服務(wù)系統(tǒng)（南京理工大學(xué)）、數(shù)控機(jī)床維護(hù)及故障分析系統(tǒng)（北京機(jī)械工業(yè)學(xué)院）、航空發(fā)動機(jī)全生命管理系統(tǒng)（哈爾濱工業(yè)大學(xué)）。

目前國內(nèi)MRO支持系統(tǒng)的重點關(guān)注應(yīng)用行業(yè)包括：制造業(yè)（冶金、化工、汽車、煙草、制藥、工業(yè)設(shè)備、武器裝備等），交通運輸業(yè)（航空、機(jī)場、航運、碼頭、鐵路、地鐵等），電力業(yè)（發(fā)電、輸配電、核電等）和能源業(yè)（石油開采、煉油加工、天然氣輸送、采礦等）。

目前，國內(nèi)還沒有自主開發(fā)的通用的MRO軟件平臺，多圍繞相關(guān)領(lǐng)域開展專用系統(tǒng)的開發(fā)。而對于復(fù)雜產(chǎn)品使用企業(yè)則更多的是引入國外成熟的MRO系統(tǒng)，如 SAP系統(tǒng)在航空運輸領(lǐng)域的應(yīng)用；IBM公司的Maximo在廣州地鐵、中海油、嘉興電廠和七臺河電廠的應(yīng)用；Datastream在云南電網(wǎng)生產(chǎn)管理系統(tǒng)、神華集團(tuán)神東煤炭公司、中國移動通信產(chǎn)業(yè)網(wǎng)-江蘇成功實施；IBM Maximo在中國的用戶已經(jīng)超過200家。目前，國內(nèi)高端的MRO軟件市場完全被國外產(chǎn)品壟斷。國內(nèi)仍有很多大型企業(yè)沒有應(yīng)用和實施MRO支持系統(tǒng)，或者使用零散的MRO管理系統(tǒng)，MRO軟件的市場需求相當(dāng)廣泛。

2 工業(yè)大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺總體規(guī)劃

在云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)等新技術(shù)等飛速發(fā)展，引發(fā)了新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的大背景下。通過技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展，打造基于創(chuàng)新工業(yè)設(shè)備維修（MRO2）模式應(yīng)用的工業(yè)大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺，對工業(yè)設(shè)備的生產(chǎn)信息的全面感知、收集、分析、共享，為企業(yè)的管理者和參與者呈現(xiàn)出一個全新的看待工業(yè)維修生態(tài)視圖，幫助企業(yè)實現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)、挖掘數(shù)據(jù)價值、創(chuàng)新工業(yè)維修生態(tài)。

2.1 產(chǎn)品定位

基于創(chuàng)新工業(yè)設(shè)備維修（MRO2）模式應(yīng)用的工業(yè)大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺（見圖1），是按照平臺化、社會化、智慧化發(fā)展理念，專注于工業(yè)設(shè)備維修與設(shè)備資產(chǎn)管理領(lǐng)域，構(gòu)建的工業(yè)大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺。重點打造平臺的感知、連接、共享和洞察能力，幫助我國工業(yè)快速適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展趨勢，實現(xiàn)設(shè)備資產(chǎn)精益運營、高效產(chǎn)業(yè)協(xié)作、智能制造服務(wù)和創(chuàng)新業(yè)務(wù)模式。

圖1 產(chǎn)品定位示意圖

2.2 產(chǎn)品架構(gòu)

工業(yè)大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺利用IoT、云計算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)實現(xiàn)工業(yè)設(shè)備物聯(lián)、提供全息資產(chǎn)管理云應(yīng)用，構(gòu)建設(shè)備智能分析平臺，創(chuàng)新工業(yè)設(shè)備維修模式，助力企業(yè)服務(wù)化轉(zhuǎn)型，實現(xiàn)數(shù)據(jù)價值持續(xù)提升，平臺的總體架構(gòu)圖如圖2：

圖2 工業(yè)大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺產(chǎn)品架構(gòu)圖

工業(yè)大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺產(chǎn)品包括“基礎(chǔ)平臺“和“行業(yè)產(chǎn)品”。

“基礎(chǔ)平臺”是基于開放PaaS平臺的工業(yè)大數(shù)據(jù)技術(shù)支撐平臺，從功能上劃分分為：物聯(lián)平臺、設(shè)備管理平臺（EAM）以及大數(shù)據(jù)分析平臺。強(qiáng)大的平臺將為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)提供技術(shù)支持，打造從設(shè)備研發(fā)、制造、運營、維護(hù)、檢修的一體化管控平臺。

“行業(yè)產(chǎn)品”是在工業(yè)大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺基礎(chǔ)上，結(jié)合具體行業(yè)、具體用戶的需求，形成“平臺+”的行業(yè)應(yīng)用模式，如：“平臺+鍋爐”等行業(yè)應(yīng)用產(chǎn)品，助力企業(yè)快速邁向“工業(yè)4.0”。

第三節(jié) 技術(shù)架構(gòu)

圖3 工業(yè)大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺技術(shù)架構(gòu)圖

工業(yè)大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺技術(shù)支撐平臺采用面向微服務(wù)、微應(yīng)用的架構(gòu)，其核心概括為“一云二網(wǎng)三要素”：“一云”：工業(yè)大數(shù)據(jù)服務(wù)云平臺，面向工業(yè)維修與設(shè)備資產(chǎn)管理領(lǐng)域，打造“全息資產(chǎn)管理+智慧工業(yè)維修+智慧制造服務(wù)”的云服務(wù)平臺；“二網(wǎng)”：物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)，面向互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境提供服務(wù)，同時采用最新的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，接入第三方物聯(lián)網(wǎng)平臺，實現(xiàn)設(shè)備大數(shù)據(jù)接入；“三要素”：人、設(shè)備和數(shù)據(jù)，工業(yè)大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺的本質(zhì)是解決人、設(shè)備以及鏈接兩者的數(shù)據(jù)三個基本要素的問題，借助云計算、物聯(lián)網(wǎng)等信息手段，提供SaaS軟件服務(wù)、軟件產(chǎn)品、技術(shù)服務(wù)和解決方案，創(chuàng)造人、設(shè)備、大數(shù)據(jù)融合的最大價值。

3 工業(yè)大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺及應(yīng)用實現(xiàn)

3.1 基礎(chǔ)平臺技術(shù)實現(xiàn)

圖4 工業(yè)設(shè)備大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺的業(yè)務(wù)架構(gòu)

工業(yè)大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺基礎(chǔ)平臺是基于開放PaaS平臺的工業(yè)大數(shù)據(jù)技術(shù)支撐平臺，從功能上劃分分為：物聯(lián)平臺、設(shè)備管理平臺（EAM）以及大數(shù)據(jù)分析平臺。

3.1.1 物聯(lián)平臺（IIoT）

工業(yè)大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺物聯(lián)網(wǎng)平臺支持大規(guī)模設(shè)備通過網(wǎng)關(guān)或數(shù)據(jù)采集器接入物聯(lián)云服務(wù)平臺，實現(xiàn)設(shè)備與物聯(lián)云服務(wù)功能組件的高性能海量通信。

支持MQTT，http等物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，實現(xiàn)設(shè)備與云端的雙向通信，使設(shè)備快速連接云端，進(jìn)而實現(xiàn)設(shè)備與設(shè)備、設(shè)備與服務(wù)之間的數(shù)據(jù)傳輸。支持多種設(shè)備通訊協(xié)議，輕松接入各種物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、智能家居、汽車、穿戴設(shè)備、行業(yè)終端等。支持將不同設(shè)備的相同屬性進(jìn)行抽象化管理，并支持批量管理設(shè)備。另外物聯(lián)平臺提供規(guī)則引擎服務(wù)，可以通過規(guī)則引擎無縫連接海量云存儲、流計算、大數(shù)據(jù)、機(jī)器學(xué)習(xí)、云監(jiān)控等產(chǎn)品，實現(xiàn)消息高效處理及分析，協(xié)助客戶快速構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

安全方面，對所有設(shè)備進(jìn)行證書授權(quán)認(rèn)證及權(quán)限管理，確保接入的終端設(shè)備與傳輸?shù)男畔踩煽俊Ｏ鬏斒褂肨LS安全傳輸層協(xié)議，確保鏈路上傳輸消息的安全可靠性和數(shù)據(jù)完整性，保障用戶信息安全。

3.1.2 設(shè)備管理平臺（MRO2）

工業(yè)大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺設(shè)備管理平臺是基于多年設(shè)備資產(chǎn)管理實踐經(jīng)驗打造，以SaaS軟件服務(wù)形式提供的EAM平臺軟件，平臺包括設(shè)備資產(chǎn)管理、工器具管理、檢修管理、運行管理、巡點檢管理、物資管理、項目管理、安監(jiān)管理、運營管理等9個一級功能大項， 100多個二級功能項，功能全面覆蓋資產(chǎn)密集型行業(yè)對資產(chǎn)全生命周期管理的各個方面，幫助企業(yè)管理人員掌控設(shè)備、追蹤價值、實現(xiàn)安全生產(chǎn)、創(chuàng)新維修、降低成本。

3.1.3 大數(shù)據(jù)分析平臺（PHM）

工業(yè)大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺大數(shù)據(jù)分析平臺，以大數(shù)據(jù)處理技術(shù)和框架為基礎(chǔ)，綜合設(shè)備實時狀態(tài)監(jiān)測、設(shè)備管理、巡檢等不同的數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)，面向工業(yè)應(yīng)用場景建立算法分析模型，利用平臺提供的海量大數(shù)據(jù)存儲、加載、分析、挖掘能力，實現(xiàn)對設(shè)備設(shè)備故障預(yù)測與健康管理的分析（PHM）需求。典型的業(yè)務(wù)分析場景包括故障診斷分析、設(shè)備故障分析、設(shè)備健康分析、設(shè)備報廢分析、設(shè)備可靠性分析、生產(chǎn)成本分析、庫存優(yōu)化分析等。

3.1.4 云開放平臺

云開放平臺是SaaS軟件服務(wù)向平臺化的延伸，提供了通用企業(yè)應(yīng)用工業(yè)大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺化開放能力，通過對支撐應(yīng)用軟件的基礎(chǔ)環(huán)境、開發(fā)環(huán)境和運行環(huán)境的開放，為工業(yè)大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺提供可以靈活的可定制性、可擴(kuò)展的開放能力，開放平臺的客戶價值在于通過平臺能力開放，更大程度滿足不同行業(yè)客戶應(yīng)用場景需求，提供一致的技術(shù)路線和標(biāo)準(zhǔn)，支持企業(yè)現(xiàn)有業(yè)務(wù)應(yīng)用與設(shè)備資產(chǎn)管理SaaS應(yīng)用功能的整合。開放平臺的功能包括云開發(fā)平臺、API開放、應(yīng)用組件市場、數(shù)據(jù)服務(wù)平臺等。

3.2 行業(yè)產(chǎn)品設(shè)計與實現(xiàn)

在全產(chǎn)業(yè)鏈大數(shù)據(jù)的時代，依托在EAM、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和大數(shù)據(jù)分析等方面的研究與實踐，對設(shè)備大數(shù)據(jù)不斷積累與探索，深入互聯(lián)網(wǎng)/傳統(tǒng)行業(yè)多個領(lǐng)域，在數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)提煉等方向形成了獨有優(yōu)勢?；诠I(yè)大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺基礎(chǔ)平臺和“平臺+行業(yè)”的應(yīng)用模式，結(jié)合具體行業(yè)、具體用戶的需求，形成行業(yè)應(yīng)用產(chǎn)品，助力用戶快速掌控工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，共同繁榮工業(yè)互聯(lián)應(yīng)用生態(tài)。

下面通過以 “平臺+智慧鍋爐”行業(yè)應(yīng)用為例，來了解“平臺+”的行業(yè)應(yīng)用模式。（見圖5）

“平臺+智慧鍋爐”實現(xiàn)鍋爐站點運營管控與鍋爐設(shè)備運行維護(hù)，對設(shè)備進(jìn)行全面裝監(jiān)測、故障診斷與健康管理，為鍋爐生產(chǎn)、運營企業(yè)提供在線監(jiān)測鍋爐設(shè)備運行與健康狀況；全面移動化的現(xiàn)場運維工作應(yīng)用功能；全景可視化的現(xiàn)場監(jiān)控與運維管理；多站點的集中管控運維模式支持。

圖5 “平臺+鍋爐”產(chǎn)品功能架構(gòu)

圖6 “平臺+鍋爐”應(yīng)用界面

智慧鍋爐應(yīng)用價值與產(chǎn)品特點：（1）在線監(jiān)測鍋爐設(shè)備運行與健康狀況；（2）全面移動化的現(xiàn)場運維工作應(yīng)用功能；（3）全景可視化的現(xiàn)場監(jiān)控與運維管理；（4）多站點的集中管控運維模式支持。

4 平臺運營與推廣

依托在EAM、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和大數(shù)據(jù)分析等方面的研究與實踐，對設(shè)備大數(shù)據(jù)應(yīng)用不斷積累與探索，工業(yè)大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺應(yīng)用逐步深入互聯(lián)網(wǎng)/傳統(tǒng)行業(yè)多個領(lǐng)域，在數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)提煉等方向形成了獨有優(yōu)勢?；诠I(yè)大數(shù)據(jù)服務(wù)的工業(yè)設(shè)備維修（MRO2）應(yīng)用模式，結(jié)合具體行業(yè)、具體用戶或合作伙伴的需求，以“平臺+行業(yè)“的平臺合作模式，開放的工業(yè)大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺服務(wù)資源，助力合作伙伴掌握工業(yè)大數(shù)據(jù)，共同繁榮工業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用生態(tài)；為合作伙伴快速搭建“平臺+”的專有服務(wù)平臺，共同助力企業(yè)快速邁向“中國制造2025”。如在能源行業(yè)，幫助能源企業(yè)快速對接“智能電網(wǎng)”、“能源互聯(lián)網(wǎng)”。

5 總結(jié)與展望

當(dāng)今，世界各國始終致力于以技術(shù)創(chuàng)新引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)升級，而大數(shù)據(jù)的利用使得資源節(jié)約、環(huán)境友好、可持續(xù)發(fā)展，智能化、綠色化的發(fā)展趨勢得以實現(xiàn)，因此，大數(shù)據(jù)背景下創(chuàng)新工業(yè)設(shè)備維修模式將具備更廣闊的市場空間和前景。在國內(nèi)目前缺乏成熟的基于MRO2的工業(yè)大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺產(chǎn)品，在我國工業(yè)大數(shù)據(jù)剛剛起步階段，需不斷探索，堅持應(yīng)用驅(qū)動，邁向中國制造強(qiáng)國之路，務(wù)必加快推進(jìn)大數(shù)據(jù)技術(shù)產(chǎn)品在工業(yè)維修領(lǐng)域中的應(yīng)用。

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