基于車聯網的礦用自卸車遠程健康診斷平臺的應用

王 龍，張小鋒，高志強，張建功，王 江，郭 峰

內蒙古北方重型汽車股份有限公司 內蒙古包頭 014030

隨著物聯網技術、診斷技術、智能制造等先進技術的迅猛發展，工程設備故障診斷進入了一個以網絡為基礎的遠程故障診斷階段，使得工程機械開始向著數字化、信息化、智能化的方向快速發展[1]。采用基于物聯網的遠程故障診斷平臺是為了延長礦用自卸車的使用壽命，降低突發性故障，減少超速超載，監督司機的不良操作，達到提醒客戶、事前預測和快速維修的效果，使得礦用自卸車能夠更好地運行[2]。

現有的礦用自卸車維修中，維修人員需要快速維修因結構復雜、工作環境惡劣等所造成的自卸車機械故障，進而減少機械損壞對施工進度的影響。而現有的售后維修和快速維修需要經驗豐富的維修人員以及快速的技術和備件支持，這對企業來說是個亟待解決的問題。依靠科技的發展，基于物聯網的遠程故障診斷將很好地解決這一問題，因為面向工程機械的遠程故障診斷系統克服了地域和時間的限制，把分布在各物理區的終端節點聯系起來，將信息的感知、數據的交互、應用服務、專家系統一并嵌入整個物聯網體系中，使得在現場設備出現故障時，能夠得到快速、實時、準確的處理，使大型工程機械具備在線感知和在線報警的能力，診斷平臺迅速發現并快速提出解決方案，以延長設備使用壽命，提高運行效率[3]。

1 遠程健康診斷平臺概述

企業通過建設遠程故障診斷服務平臺，開發礦用自卸車的數據采集、通信、信息化處理平臺，基于北斗/GPS 雙定位系統、車輛控制技術、互聯網技術、電子網絡技術開發礦用自卸車智能安全管理服務平臺，利用移動通信技術，在礦用自卸車與云端智能安全管理服務平臺之間建立遠程通信連接。數據采用云計算平臺進行存儲，開展產品運行使用過程大數據收集整理和分析，為科研開發、產品銷售、用戶使用和售后服務提供數據支撐，為客戶提供“人、車、管理”整體解決方案，實現車輛運營管理的數字化、動態化和遠程化控制，以及車輛的安全、油耗和維保等全方位管理，增強用戶體驗，提升客戶價值和產品市場競爭力。

按照 SAE J1939 協議[4]及內部企業標準《非公路自卸車控制器局域網 (CAN)通信協議》[5]，進一步升級礦用自卸車的感知能力，擴展服務平臺對外接口，將礦用自卸車的位置、工作狀態、故障信息和預警提醒等數據實時上傳至服務平臺進行分析處理，對車輛進行實時遠程監控。在結合車輛檔案、客戶檔案、服務派工、故障維修、故障指導、在線手冊和備件商城等功能，優化甚至重塑企業管理流程、價值鏈、生態鏈的同時，不斷收集礦用自卸車使用過程中的各類工況數據，進行大數據建模分析并不斷學習優化，無論是車輛整體運行情況的統計與分析，或是個別車輛的監控與追蹤，皆可做到上通下達的時時掌控與反饋互動，從而延長礦車使用壽命，減少燃油消耗，提高車輛安全性和可靠性。

2 平臺功能介紹

2.1 平臺的主要功能模塊

(1)車聯網 IOT 平臺 主要是圍繞車輛在線信息、實施車輛健康診斷、車輛位置、車輛工作效率和車輛運行狀況 5 個方面內容，將車載終端上傳的數據信息，依據礦用自卸車行業特點，對這些數據進行實時處理并進行有機整合，基于需求展現內容，為用戶提供位置、狀態運行參數等數據，服務于企業的管理和決策，以便優化管理，控制成本，保障安全，提高生產力。

(2)智能分析平臺 根據用戶的行業應用，對車載信息終端上傳的位置以及狀態數據進行深入的挖掘分析，并把分析出的結果以圖表等方式展現，以方便公司市場、技術、售后部門決策者進行決策參考，為企業帶來更好的效益和更多的回報。

(4)綜合客服管理 提供對賬戶、客戶和訂購信息的管理，完整地管理客戶的整個生命周期，并為客戶提供受理各種業務的功能。

(5)線上電商平臺 提供手機 APP 備件商城，實現熱點關聯備件信息查詢、在線查價和在線下單等功能。

2.2 平臺架構

平臺架構如圖 1 所示，具有以下功能：

(1)基于互聯網信息采集，利用傳感技術將車輛運行狀態信息進行實時采集，并通過移動互聯網發送回公司服務器海量存儲；

(2)利用車載北斗和 GPS 雙模衛星定位系統對礦用自卸車進行遠程管理和定位，獲取車輛位置和軌跡信息，從而實現礦用自卸車聯網管理；

(3)通過云平臺進行大數據存儲和分析計算；

(4)與企業現有的 ERP、客戶平臺和 OA 辦公系統等信息管理系統進行集成，將車輛運行工況數據與企業內部業務數據進行融合，實現企業內外數據共享；

(5)提供礦用自卸車的遠程監控、故障診斷、智能服務和在線商城等功能。

本試驗通過對重慶地區紫色土進行直接剪切試驗測定土的抗剪強度，分析了植物根系對重慶地區紫色土的力學影響，為重慶地區的邊坡防護治理提供一定的理論基礎。

(6)對標智訊和康查士國際先進工程機械遠程健康診斷系統，保證系統的行業領先水平，滿足企業國際化、全球化的發展戰略。

圖1 礦用自卸車聯網的平臺結構Fig.1 Structure of network for mining dump truck

3 平臺應用場景展示

3.1 大數據分析場景

通過對數據的有效應用和分析，對全球范圍內礦用自卸車的運行情況進行實時監控，全網車輛大數據平臺如圖 2 所示。該平臺可以直觀展示車輛的完好率、出勤率、平均無故障時間、平均故障修復時間，以及車型平均生產力、工作時長和拉運量等信息。

3.2 礦用自卸車智慧服務功能

礦用自卸車智慧服務的定位和軌跡功能如圖 3 所示。礦用自卸車智慧服務功能主要包括：

(1)定位和軌跡 通過車載通信終端實時獲取車輛在礦區中的位置情況，并對車輛行駛軌跡進行回放，標識車輛狀態。

(2)車隊管理功能 管理人員可了解車隊整體表現，包含當前運行的車輛數量、發生故障車輛的情況、整體出勤率、工作時長以及需要保養的車輛等信息，提升運營管理能力和業務水平。

(3)車輛監控功能 實時查看車輛狀態，包括當前車速、燃油量、水溫、轉速、故障情況和超速等情況。

(4)運行分析功能 統計車輛每天的運行數據，包含里程、油耗、工作時長、怠速時長、怠速占比、小時油耗、累計運行時長、累計油耗和累計怠速油耗等，以及礦車發動機、變速箱、電驅動系統和液壓系統等核心部件的運行參數，便于維修專家遠程對車輛故障進行分析診斷。礦用自卸車運行狀況分析如圖 4所示。

此外，通過手機 App 應用，定制開發手機專用App，方便礦山用戶查詢礦用自卸車的實時運行狀況，故障知識庫提供豐富的故障解決指導方案和詳盡的技術資料，以便更加有效地對礦車進行管理和維修。手機 App 的相關功能如圖 5 所示。

圖2 企業全網車輛大數據平臺Fig.2 Data platform of all vehicles from IMNH

圖3 礦用自卸車智慧服務的定位和軌跡功能Fig.3 Locating and traveling function of intelligent service for mining dump truck

圖4 礦用自卸車運行狀況分析Fig.4 Analysis on operation status of mining dump truck

圖5 手機 App 的相關功能Fig.5 Relative functions of mobile App

通過將礦車運行數據應用到日常客戶服務過程中，建立了線上手冊查詢、服務派工、車輛維修指導、高效索賠和備件商城等綜合性在線客戶服務平臺，從而更加快捷高效地為用戶提供“賢妻良母式”的服務，從而贏得客戶的信賴。建立線上索賠一體化管理模式，集成公司 ERP 系統，大大提高了索賠審批、索賠發貨以及索賠件采購的效率。基于統計對歷史質量故障進行匯總，便于分析和提高產品質量，通過在線一車一手冊功能，工程師和客戶能夠非常方便地查詢礦車裝配的零配件信息、零件圖片、零件官方報價，客戶可快速準確地獲得主機廠的原廠配件，支持手機下單。

4 結語

通過幾年的使用和迭代升級，礦用自卸車聯網健康診斷服務平臺逐步發揮其功能，對礦用自卸車在線、實時、快速、準確地進行故障診斷，并提出合理的維修方案。該平臺創造了較大的經濟效益，提高了企業的管理和服務水平，但是目前使用過程中還存在一些問題，如：雖然目前實現了故障代碼的自動采集和指導處理，處于故障后快速處理階段，但礦車故障預測還不能完全依靠大數據模型進行計算，一方面一些關鍵運行參數難以通過傳感器獲取，另一方面大數據模型的算法還不成熟，需要不斷對平臺進行升級優化。

未來將不斷增加礦用自卸車數據傳感器采集工作，加強大數據分析能力，加快礦用自卸車故障自診斷，從而提高礦用自卸車出勤率和完好率。通過與無人駕駛礦車的結合，提供礦車+網絡+信息平臺的整體智慧調度、健康診斷、地圖仿真、指令控制和地形管理一體化的綜合解決方案。