汽車檢測設備物聯網集成及綜合應用研究

潘小龍?林梅霞

摘要：研究目的：數字化、網絡化和智能化既符合我國制造業發展的內在要求，也是重塑我國制造業新優勢的必然選擇。汽車相關的測試項目分布于汽車設計、制造和使用的全生命周期，也是國家節能減排整體戰略中的重要監管環節。方法：本文主要通過研究設備互聯和實時數據采集與傳輸，以及試驗間數據采集控制單元，實現設備運行狀態的集中、遠程和多終端可視化。結果：通過設備狀態信息的分層分類推送，提高設備運行的安全性、有效性和集約性。結論：建立中央數據庫，保障數據的可溯性和安全性，實現試驗信息遠程和多平臺共享與即時可視。

關鍵詞：設備互聯;物聯網;設備監控;汽車檢測

中圖分類號：G356.9 文獻標識碼：A

1 背景

隨著時代的進步，我們的工業已經進入了自動化、數字化和信息化的時代，也正向著全面智能化發展。隨著制造業的轉型升級，工業物聯網的發展全面滲透到了工業制造的各個領域，工業物聯網將實現制造領域實體間的全面互聯互通，將為制造領域中數據信息的流動提供通道，為制造領域的創新應用模式提供支撐，從而促進工業資源的優化配置，推動企業的高質量發展，提升產業經濟附加值[1]。

當前全球制造業正面臨嚴峻的發展形勢，主要國家紛紛量身定制國家制造業新戰略，以物聯網為代表的新一代信息技術成為重建工業基礎性行業競爭優勢的主要推動力量，物聯網持續創新并與工業融合，推動傳統產品、設備、流程、服務向數字化、網絡化、智能化發展，加速重構產業發展新體系[2]。我國作為全球制造業中心，“中國制造2025”為我國的工業自動化發展提出了智能化升級轉型的戰略構想，自2015年至今，國家為了深化及加快推進全行業應用，連續頒布了標準體系、多項政策，尤其是近年頒發的《國務院關于深化“互聯網+先進制造業”發展工業互聯網的指導意見》《工業互聯網發展行動計劃（2018—2020年）》等意見和條例，在吉利、東風、一汽、長安、長城、恒大國能、比亞迪等眾多汽車行業制造企業已經得到了深入而廣泛的應用并取得了很好的效果。如何面對汽車行業快速發展、層出不窮的新技術、不斷強化的試驗標準規范、質量追溯強制要求、日益復雜的試驗系統、試驗管理體系復雜性、人力成本壓力等，作為汽車質量試驗檢驗方面標桿企業的中汽中心，如何深化及應用智能制造、工業互聯網技術并有效處理以上矛盾，已成為時不我待、必須面對的問題。

近幾年，物聯網基礎技術的發展為物聯網在測試行業的應用提供了良好的軟硬件基礎和發展契機。第一，測試設備的不斷升級改造、本地化技術水平的提升及設備層通信協議的標準化，為設備互聯提供了的基礎條件。同時，局域網、低功耗廣域網、第五代移動通信網絡等陸續商用為物聯網提供泛在連接能力，物聯網網絡基礎設施迅速完善，互聯效率不斷提升，大大助力了測試行業的智能化。第二，各類終端持續向智能化的方向發展，操作系統等促進終端軟硬件不斷解耦合，不同類型的終端設備協作能力加強。滿足了行業物聯網實時業務、敏捷連接、數據優化等關鍵需求，為終端設備之間的協作提供了重要支撐。第三，大數據和云計算的發展為困擾測試行業多年的數據安全、數據監控和遠程試驗協同作業提供了良好的解決方案[3]。

2 研究方法和技術路線

2.1 試驗間監控系統部分

①AVL PUMA系統實時數據的采集。

②試驗室里水、汽、油的溫度、壓力、流量參數采集。

③試驗室電量消耗的數據采集。

④直采排放設備、煙度儀、顆粒取樣設備、DFP設備、SCR設備等的數據采集。

⑤排煙風機、發動機局部冷卻風機的遠程監控。

⑥全室空調與進氣空調的遠程監控。

⑦試驗間測控IPC。

2.2 集中監控研究方法

集中監控主要研究方法是將整個試驗中心的試驗狀態及試驗流程通過物聯網的方式集中監控起來，從試驗委托單到試驗報告階段，通過梳理汽車發動機試驗管理、試驗運行、試驗監控，將試驗日常工作中的過程管理、設備管理、試驗運行進行管理和記錄，方便日常的試驗開發工作的管理和維護。

通過本系統，結合發動機試驗室管理專家對試驗過程管理現狀的咨詢和需求的提出，提供整體建設方案，并在項目實施過程中進行培訓與咨詢。系統體現先進的試驗室管理思想和理念，同時保證實用，通過對流程的梳理可達到流程優化、簡化，減少不必要的環節，從而提升整體管理水平和效率。

技術原理：采用B/S前后端分離的架構，現在能將前端層的代碼直接抽離出來打包生成IOS及安卓的安裝客戶端程序。同時也能部署到服務端，使用各種設備進行網頁瀏覽，一套代碼能使用所有端硬件設備。

采用python作為開發語言，其優勢在于python有更加完善的數據分析能力，以及其框架Django使用模塊理念開發，使得每個功能模塊的可獨立性更強，客戶更可根據自身需求，選用不同的功能模塊，快速適應自身的企業需要。

3 研究內容

3.1 構建系統、全面的檢測設備物聯網平臺

作為工業企業信息化的硬件載體，基于現有的試驗室基礎網絡和視頻平臺，增加必需的傳感器和數據采集系統，使企業具備信息化建設的基礎硬件平臺[4]。

3.2 構建堅實的信息集成平臺

建立綜合信息集成平臺[5]，實現不同設備、不同數據格式的統一集成和共享，提供統一的數據訪問方式，方便未來功能模塊的增加及與其他第三方系統的集成，避免了用戶因新增軟件而額外增加接口、集成功能開發或采購的費用投資。

樣件管理信息：對樣件信息實現了試驗全過程、全周期的信息采集、信息使用、信息存儲;可以做到樣件信息實時訪問、推送、報警提示。

試驗計劃信息：以手工方式開展試驗計劃排程，可以做到試驗排程、試驗資源利用的可視化管理。

將結構化的試驗流程管理信息、非結構化的試驗運行（安全）狀態信息/動能系統運行信息相結合，實現各類報表的自動生成、相關性分析曲線等。

將視頻監控信息同故障信息聯動，為故障排查提供有效資料，縮短處理時間。

文件管理：有效對試驗過程信息進行了分類、采集、存儲等管理，滿足CNAS、ISO要求，有效地進行了試驗過程各類文件的管理。

3.3 構建企業的實時信息中樞

“數據是企業的財富”，“數據為王”，流程工業專業的實時數據庫系統的建立，是實現實時/歷史數據應用、挖潛增效、提升精細化管理的核心內容，是企業信息化應用的信息中樞，是真正意義上的“生產數據倉庫”。提升試驗數據集中管理能力[6]。

試驗數據處理：由于實現了TDMS平臺模塊，系統可以自動完成試驗原始數據文件上傳、按照模板分析試驗數據、人工干預生成試驗報告、試驗報告存儲管理。

試驗數據安全性：采用試驗數據文件服務器管理模式，有效避免了以人工方式獲取特定計算機上的試驗數據模式所帶來的各類風險;對試驗數據文件、試驗報告進行流程管理、授權，提升了試驗文件的安全性。

4 主要創新點及需要解決的技術問題

4.1 技術創新點

4.1.1 采用試驗間測控IPC方案進行數據安全傳輸

為避免服務器宕機導致試驗室各類前端數據丟失或控制失效，前端數據首先傳入該測控IPC中進行緩沖，再通過具有安全機制的通信協議上傳至系統服務器中;下傳數據亦如此操作。

4.1.2 PUMA系統與外部應用程序數據交換

PUMA系統在未予以授權的情況下其本身的實時數據是封閉的，無法與外部應用程序進行實時數據的動態交換。我們提出一套方案，在不對PUMA系統構成軟件侵權的前提下實現了PUMA實時數據與外部應用程序進行動態數據交換的功能[7]。

4.1.3 試驗室物聯網平臺

物聯網平臺是一種多層技術，由硬件、軟件、連接和用戶界面組成，可實現并促進連網設備的管理、數據流、通信、應用功能和自動化。

4.1.4 試驗室物聯網設備管理

試驗室物聯網設備管理是管理、配置和監控設備，以及診斷、更新、安全和連接的過程。可通過傳感器的相關數據形成物聯網控制邏輯。進而起到遠程監控發動機試驗安全監控設備監控，起到少人化、無人化管理。

4.1.5 物聯網的實時事件流處理

事件流處理（ESP）是一組技術，涉及可視化、數據庫、中間件和處理語言，旨在幫助構建事件驅動的信息系統。需要實時流處理來處理來自物聯網設備的數據。

4.1.6 硬件的數據傳輸接口歸一化處理

由于需要監控的現場設備及測量的信號類型繁雜，我們針對不同設備及被測信號，配置相應的測量轉換模塊，將其數據接口統一為TCP/IP以太網接口，集中接入每個試驗室的臺架交換機，再與主控制室內的服務器進行數據交換。

4.2 需要解決的技術問題

① PUMA系統與外部應用程序數據交換的具體實現。該方法的具體實施涉及PUMA系統的編程與操作、外部應用程序的數據接口對接編程等關鍵問題。

②采用試驗間測控IPC方案進行數據安全傳輸的實現。該方法是為了保障試驗室集中監控系統穩定運行而專門加入的一個環節。其內部軟件的編寫與調試是需要予以重點關注的。

③攝像頭相關供應商服務器系統的開放與對接。視頻流是否符合網絡標準協議。

④試驗設備預警值的標準定義與維護。物聯網傳感器能實時監控設備參數的狀態，但需要通過相關試驗人員來共同參與定制相關的控制標準邏輯與標準。

⑤設備硬件控制端與軟件服務端多端協議的標準定制及相關系統與系統之間的API接口開發等技術問題。

5 結語

通過物聯網各功能模塊的建設，以標準為內核、個性化需求為輔助內容，集信息管理、生產經營和領導決策于一體，保證了數據的高度集成和網上共享，改變了傳統的手工書面的數據傳輸方式，縮短數據收集和分析的時間，加強了企業內部各部門之間的信息聯系和工作安排，提高了辦公效率。

此外，設備物聯融合了工業互聯網基礎架構、新型傳感器/執行器、自動化設施/設備信息集成系統、自動化試驗設備信息集成系統、物聯網技術、數據傳輸/存儲技術、數據分析應用及展示等技術的自動化、信息化、數字化系統及平臺在試驗部門中的應用，在有效降低試驗安全風險、提升試驗效率、降低試驗人力成本及強度、提高試驗質量追溯有效性、試驗信息交互及時性等方面將發揮越來越重要的作用。

參考文獻

[1]洪聯系，陳榮賞. 網絡設備互聯技術[M]. 大連： 大連理工大學出版社， 2013.

[2] 盧曉麗，叢佩麗，張學勇. 網絡設備互聯技術[M]. 北京： 化學工業出版社， 2017.

[3] 張飛舟. 物聯網應用與解決方案[M]. 北京： 電子工業出版社， 2019.

[4] 李曉東.張慶紅.葉瑾琳，等. 萬物互聯與智能可穿戴設備的研究[J]. 計算機產品與流通，2020，3：115-116.

[5] 曲振華. 基于物聯互聯的設備管理應用平臺研究[J]. 中國設備工程，2019，21：35-37.

[6] 雷建和，路廣強，李婕. 智能工廠改造的設備層互聯方案[J]. 電工技術，2018，18：155-156.

[7] 董坤，薄楊，黃存東，等. 網絡互聯設備虛擬實驗室設計與實現[J]. 齊齊哈爾工程學院學報，2013，4：13-15.