科创中国

行业领域

高端装备制造产业

需求背景

哈尔滨凯路福机械设备有限公司，是集装备研发、生产、销售和服务为一体的大型装备制造企业，拥有多种高端成型设备。

高端成形装备的长时间高可靠的运行需要高效快速且精准的运维服务来保障，然而由于高端成形装备所具有的下述特点，阻碍了其运维保障的高效可靠运行。

（1）智能互联程度低。高端成形装备的智能互联程度较低，缺乏装备实时运行工况数据，企业无法了解装备当前的运行状态和健康水平。此外，由于缺乏运维服务和故障分析经验沉淀，导致了服务流程数字化程度较低。

（2）故障成因耦合性强。高端成形装备是机、电、液一体的复杂装备系统，其在运行过程中受工作介质（油液）、机械和电气三者影响，功能耦合性强，故障机理复杂，导致故障成因与故障征兆间呈现复杂的非线性、不确定关系。一旦装备发生故障，故障原因排查困难，故障模式识别不准，维修效率低下，停机损失严重。

（3）运维过程协调难度大。高端成形装备的地域分布广泛，其自身具有高度时延敏感性、使用场景复杂多变的特点。此外，装备运维过程是一个涉及多部门、多人员的过程，除了专门的维修服务部门之外，还跨越产品设计部门、质量安环部门、安装调试部门、财务部门等多个部门，需要维修管理人员、维修人员、财务人员、工程涉及人员等的密切合作。以上原因导致运维过程难以有效协调。

需解决的主要技术难题

1、高端成形装备智能边缘数据终端设备设计。针对高端成形装备对多种异构控制系统和多种工艺场景的要求，设计高通量多尺度数据协议转换方法，构建了多协议兼容的数据采集解析体系。要求兼容Modbus、Profitbus等多类主流工业通信协议，支持多种网络通信模块、边缘智能计算终端和路由设备，在工厂强电磁干扰环境下数据采集和传输可靠性达99%以上。

2、云-边协同的运维服务计算系统设计。高端成形装备的工作现场条件相对较差，强电磁、强震动、强电流/电压等影响数据采集质量的因素广泛存在，海量运行工况数据的实时传输会对服务器的并发处理能力产生较大的考验。同时，由于PLC协议兼容不一致，高端成形装备的状态监控数据和故障诊断分析数据均来自于工业生产线设备、环境、产品等多方面，给边缘侧数据的实时采集和传输也带来了一定的难度。

3、基于故障预测的精准运维服务决策技术。基于故障预测的精准运维服务决策技术体系，底层为多源数据采集，包括传感器数据、智能采集终端的数据、现场设备的参数数据、计量仪表的数据、设备档案数据以及精准运维APP数据等。中间层为数据预处理引擎，对多源数据进行预处理，显著消除缺失值、统一量纲。

期望实现的主要技术目标

1、设计研发高端成形装备智能边缘数据终端设备，支持Modbus、Profitbus等多类主流工业通信协议，实现了装备运行数据采集与压缩，远程互联与通信。

2、针对装备故障预警实时性要求，运用容器化技术，设计基于云-边协同的运维服务边缘计算框架，从而支持装备实时故障预警。

3、解决装备故障成因耦合性强问题，梳理装备故障机理，建立专家知识库，构建机理与数据模型融合的智能装备故障诊断与预测技术，为用户自动推荐了个性化维修服务方案和维修策略优化方法，实现装备故障原因快速诊断、故障模式准确识别与预测性维护。

4、解决装备运维过程协调难度大问题，采用云-边协同的技术思路，开发基于“云-网-端”的工业互联网运维服务平台，该平台可支持装备工况实时感知、故障分析与预警、维修流程管控、设备资产管理等多种在线服务功能，为企业和装备用户提供包含维修过程全程跟踪、规范性维修过程优化和预测性维修维护创新等全流程一站式运维服务。

需求解析

解析单位：“科创中国”黑龙江科技服务团（黑龙江省科学技术协会） 解析时间：2022-11-22

黄剑华

哈尔滨工业大学

教授

综合评价

实现装备的智能 化及制造过程的自动化，使产业生产效率、产品技术水平和质量得到显着提高， 能源、资源消耗和污染物的排放明显降低。 发展概况发展内容 根据《中国智能制造装备行业价值链与市场前瞻分析报告》分析，重点 推进高档数控机床与基础制造装备，自动化成套生产线，智能控制系统，精密和 智能仪器仪表与试验设备，关键基础零部件、元器件及通用部件，智能专用装备 的发展，实现生产过程自动化、智能化、精密化、绿色化，带动工业整体技术水 平的提升。

查看更多>

处理进度