基于創新工業設備維修（MRO2）模式應用的工業大數據服務平臺產品研究

唐票林 劉曉明 彭穗娟 司徒水成 司徒劍 呂繼春

摘 要：隨著先進制造產業由制造為中心日漸變向以創新與服務為中心轉變，產品服務的效率和質量成為企業生存與發展的關鍵因素，MRO2業務已成為先進制造企業營運的主體。隨著云計算、物聯網、大數據、移動互聯等新技術等飛速發展，引發了新一輪科技革命和產業變革。無論是“德國工業4.0”還是“中國制造2025”，都提到了智能化和互聯網化，其核心是工業大數據，即對設備資產、生產服務的全面感知、收集、分析、共享。在此大背景下，本文作者結合自身實踐，結合本文作者產品研發經驗，研究如何通過技術的創新與發展，打造具有自主知識產權的工業大數據服務平臺，對工業設備的生產信息的全面感知、收集、分析、共享，為企業的管理者和參與者呈現出一個全新的看待工業維修生態視圖，引領企業實現工業互聯、挖掘數據價值、創新工業維修生態。

關鍵詞：設備維修 云計算 大數據 物聯網 智慧電廠

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

云計算、物聯網、大數據、移動互聯等新技術等飛速發展，引發了新一輪科技革命和產業變革。美國提出“再工業化”、德國提出工業4.0戰略等，希望借助信息技術發展重新奪回制造業優勢。我國為破解制造業發展存在的若干問題，迎接“雙重擠壓“的挑戰，應對經濟發展新常態，也提出中國制造2025、智能制造重大工程等發展戰略。在此大背景下，我們如何迎接制造業發展的機遇與挑戰。

MRO2（Maintenance，Repair，Overhaul and Operation）是設備在運行和維護階段（MOL）所進行的各種維護、修理、大修和操作等生產活動的總稱，是設備生命周期的重要組成部分。隨著先進制造產業由制造為中心向以創新與服務為中心轉變，產品服務的效率和質量成為企業生存與發展的關鍵因素，MRO2業務已成為先進制造企業收入的主體。據統計，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）年收入總額中服務業所占比重為：2003年占62.44%，2004年占 63.32%；通用汽車公司（GM）下屬的服務公司2004年利潤達到29.1億美元，占GM全部利潤的80%。

經歷近40年的改革開放，我國工業發展取得了舉世矚目的成就，建成獨立完整的全國工業體系，享有“世界工廠”的美譽。我國科技的不斷進步導致產品的極大豐富，同時也誕生越來越復雜的產品。工業化與信息化融合極大提升了產品研發與制造效率，同時，對現有的產品運行、日常維護和大修等業務帶來前所未有的沖擊，主要表現為缺乏預警、響應遲鈍、維修期長、備件冗余、過度維護、知識流失等。

在此大背景下，本課題通過技術的創新與發展研究，打造基于創新工業設備維修（MRO2）模式的工業大數據服務平臺，對工業設備的生產信息的全面感知、收集、分析、共享，為企業的管理者和參與者呈現出一個全新的看待工業維修生態視圖，引領企業實現工業互聯、挖掘數據價值、創新工業維修生態。

1 市場環境與用戶需求分析

據統計，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）年收入總額中服務業所占比重為：2003年占62.44%，2004年占 63.32%；通用汽車公司（GM）下屬的服務公司2004年利潤達到29.1億美元，占GM全部利潤的80%。

目前國內還沒有成熟的高端MRO軟件產品。大部分國內自主開發的MRO相關軟件產品基本上屬于第2～3代MRO產品。包括：北京神農氏軟件有限公司開發的“SmartEAM設備管理系統”、廣州市正泰商業數據有限公司開發的EAM設備資產管理系統、西北工業大學機電工程學院開發了“基于Web的數控設備維修信息管理系統”、西安翔宇航空科技股份有限公司研制的機務工程管理系統（MES）、北京海頓新科技術有限公司的海頓設備資產管理系統（EAM）、信息產業部電子第五研究所數據中心開發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業科技有限公司開發的可維ARMS2.5軟件等。

其它MRO產品還有：鐵路貨車技術管理信息系統（鐵道部）、武器產品的遠程監控和服務系統（南京理工大學）、數控機床維護及故障分析系統（北京機械工業學院）、航空發動機全生命管理系統（哈爾濱工業大學）。

目前國內MRO支持系統的重點關注應用行業包括：制造業（冶金、化工、汽車、煙草、制藥、工業設備、武器裝備等），交通運輸業（航空、機場、航運、碼頭、鐵路、地鐵等），電力業（發電、輸配電、核電等）和能源業（石油開采、煉油加工、天然氣輸送、采礦等）。

目前，國內還沒有自主開發的通用的MRO軟件平臺，多圍繞相關領域開展專用系統的開發。而對于復雜產品使用企業則更多的是引入國外成熟的MRO系統，如 SAP系統在航空運輸領域的應用；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用；Datastream在云南電網生產管理系統、神華集團神東煤炭公司、中國移動通信產業網-江蘇成功實施；IBM Maximo在中國的用戶已經超過200家。目前，國內高端的MRO軟件市場完全被國外產品壟斷。國內仍有很多大型企業沒有應用和實施MRO支持系統，或者使用零散的MRO管理系統，MRO軟件的市場需求相當廣泛。

2 工業大數據服務平臺總體規劃

在云計算、物聯網、大數據、移動互聯等新技術等飛速發展，引發了新一輪科技革命和產業變革的大背景下。通過技術的創新與發展，打造基于創新工業設備維修（MRO2）模式應用的工業大數據服務平臺，對工業設備的生產信息的全面感知、收集、分析、共享，為企業的管理者和參與者呈現出一個全新的看待工業維修生態視圖，幫助企業實現工業互聯、挖掘數據價值、創新工業維修生態。

2.1 產品定位

基于創新工業設備維修（MRO2）模式應用的工業大數據服務平臺（見圖1），是按照平臺化、社會化、智慧化發展理念，專注于工業設備維修與設備資產管理領域，構建的工業大數據服務平臺。重點打造平臺的感知、連接、共享和洞察能力，幫助我國工業快速適應現代工業發展趨勢，實現設備資產精益運營、高效產業協作、智能制造服務和創新業務模式。

圖1 產品定位示意圖

2.2 產品架構

工業大數據服務平臺利用IoT、云計算、大數據等技術實現工業設備物聯、提供全息資產管理云應用，構建設備智能分析平臺，創新工業設備維修模式，助力企業服務化轉型，實現數據價值持續提升，平臺的總體架構圖如圖2：

圖2 工業大數據服務平臺產品架構圖

工業大數據服務平臺產品包括“基礎平臺“和“行業產品”。

“基礎平臺”是基于開放PaaS平臺的工業大數據技術支撐平臺，從功能上劃分分為：物聯平臺、設備管理平臺（EAM）以及大數據分析平臺。強大的平臺將為工業互聯網提供技術支持，打造從設備研發、制造、運營、維護、檢修的一體化管控平臺。

“行業產品”是在工業大數據服務平臺基礎上，結合具體行業、具體用戶的需求，形成“平臺+”的行業應用模式，如：“平臺+鍋爐”等行業應用產品，助力企業快速邁向“工業4.0”。

第三節 技術架構

圖3 工業大數據服務平臺技術架構圖

工業大數據服務平臺技術支撐平臺采用面向微服務、微應用的架構，其核心概括為“一云二網三要素”：“一云”：工業大數據服務云平臺，面向工業維修與設備資產管理領域，打造“全息資產管理+智慧工業維修+智慧制造服務”的云服務平臺；“二網”：物聯網和互聯網，面向互聯網環境提供服務，同時采用最新的物聯網技術，接入第三方物聯網平臺，實現設備大數據接入；“三要素”：人、設備和數據，工業大數據服務平臺的本質是解決人、設備以及鏈接兩者的數據三個基本要素的問題，借助云計算、物聯網等信息手段，提供SaaS軟件服務、軟件產品、技術服務和解決方案，創造人、設備、大數據融合的最大價值。

3 工業大數據服務平臺及應用實現

3.1 基礎平臺技術實現

圖4 工業設備大數據服務平臺的業務架構

工業大數據服務平臺基礎平臺是基于開放PaaS平臺的工業大數據技術支撐平臺，從功能上劃分分為：物聯平臺、設備管理平臺（EAM）以及大數據分析平臺。

3.1.1 物聯平臺（IIoT）

工業大數據服務平臺物聯網平臺支持大規模設備通過網關或數據采集器接入物聯云服務平臺，實現設備與物聯云服務功能組件的高性能海量通信。

支持MQTT，http等物聯網標準協議，實現設備與云端的雙向通信，使設備快速連接云端，進而實現設備與設備、設備與服務之間的數據傳輸。支持多種設備通訊協議，輕松接入各種物聯網設備、智能家居、汽車、穿戴設備、行業終端等。支持將不同設備的相同屬性進行抽象化管理，并支持批量管理設備。另外物聯平臺提供規則引擎服務，可以通過規則引擎無縫連接海量云存儲、流計算、大數據、機器學習、云監控等產品，實現消息高效處理及分析，協助客戶快速構建物聯網應用。

安全方面，對所有設備進行證書授權認證及權限管理，確保接入的終端設備與傳輸的信息安全可靠。消息傳輸使用TLS安全傳輸層協議，確保鏈路上傳輸消息的安全可靠性和數據完整性，保障用戶信息安全。

3.1.2 設備管理平臺（MRO2）

工業大數據服務平臺設備管理平臺是基于多年設備資產管理實踐經驗打造，以SaaS軟件服務形式提供的EAM平臺軟件，平臺包括設備資產管理、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，功能全面覆蓋資產密集型行業對資產全生命周期管理的各個方面，幫助企業管理人員掌控設備、追蹤價值、實現安全生產、創新維修、降低成本。

3.1.3 大數據分析平臺（PHM）

工業大數據服務平臺大數據分析平臺，以大數據處理技術和框架為基礎，綜合設備實時狀態監測、設備管理、巡檢等不同的數據源數據，面向工業應用場景建立算法分析模型，利用平臺提供的海量大數據存儲、加載、分析、挖掘能力，實現對設備設備故障預測與健康管理的分析（PHM）需求。典型的業務分析場景包括故障診斷分析、設備故障分析、設備健康分析、設備報廢分析、設備可靠性分析、生產成本分析、庫存優化分析等。

3.1.4 云開放平臺

云開放平臺是SaaS軟件服務向平臺化的延伸，提供了通用企業應用工業大數據服務平臺化開放能力，通過對支撐應用軟件的基礎環境、開發環境和運行環境的開放，為工業大數據服務平臺提供可以靈活的可定制性、可擴展的開放能力，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客戶應用場景需求，提供一致的技術路線和標準，支持企業現有業務應用與設備資產管理SaaS應用功能的整合。開放平臺的功能包括云開發平臺、API開放、應用組件市場、數據服務平臺等。

3.2 行業產品設計與實現

在全產業鏈大數據的時代，依托在EAM、設備狀態監測和大數據分析等方面的研究與實踐，對設備大數據不斷積累與探索，深入互聯網/傳統行業多個領域，在數據處理，數據提煉等方向形成了獨有優勢。基于工業大數據服務平臺基礎平臺和“平臺+行業”的應用模式，結合具體行業、具體用戶的需求，形成行業應用產品，助力用戶快速掌控工業互聯網，共同繁榮工業互聯應用生態。

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

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

圖5 “平臺+鍋爐”產品功能架構

圖6 “平臺+鍋爐”應用界面

智慧鍋爐應用價值與產品特點：（1）在線監測鍋爐設備運行與健康狀況；（2）全面移動化的現場運維工作應用功能；（3）全景可視化的現場監控與運維管理；（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、設備狀態監測和大數據分析等方面的研究與實踐，對設備大數據應用不斷積累與探索，工業大數據服務平臺應用逐步深入互聯網/傳統行業多個領域，在數據處理，數據提煉等方向形成了獨有優勢。基于工業大數據服務的工業設備維修（MRO2）應用模式，結合具體行業、具體用戶或合作伙伴的需求，以“平臺+行業“的平臺合作模式，開放的工業大數據服務平臺服務資源，助力合作伙伴掌握工業大數據，共同繁榮工業大數據應用生態；為合作伙伴快速搭建“平臺+”的專有服務平臺，共同助力企業快速邁向“中國制造2025”。如在能源行業，幫助能源企業快速對接“智能電網”、“能源互聯網”。

5 總結與展望

當今，世界各國始終致力于以技術創新引領產業升級，而大數據的利用使得資源節約、環境友好、可持續發展，智能化、綠色化的發展趨勢得以實現，因此，大數據背景下創新工業設備維修模式將具備更廣闊的市場空間和前景。在國內目前缺乏成熟的基于MRO2的工業大數據服務平臺產品，在我國工業大數據剛剛起步階段，需不斷探索，堅持應用驅動，邁向中國制造強國之路，務必加快推進大數據技術產品在工業維修領域中的應用。

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