工業互聯網推動下升船機數字化應用探討

王婷婷

摘 要：在工業互聯網應用逐步深入的背景下，對不同行業工業互聯網應用需求、特點和應用模式進行調研，對某升船機運維信息化現狀進行分析，結合升船機數字化發展的目標，開展數字化需求分析，對升船機智能運維應用模式進行探討，給出針對性的推進建議。

關鍵詞：工業互聯網;應用模式;數字化;需求;智能運維

中圖分類號：U642? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2021）04-0069-03

近年來，隨著大數據、云計算、物聯網、5G技術等的發展，互聯網正在邁入全新的時代，“工業互聯網”正在掀起新的熱潮。特別是5G與工業互聯網的深度融合，把人與人之間的連接擴展到了人與物以及物與物之間的連接。我國重點行業工業互聯網應用已處于從局部探索到路徑形成的關鍵階段 ，因此亟須找到一種適合升船機的數字化發展應用模式與路徑，形成具有行業特色的工業互聯網應用體系。

1工業互聯網應用調研

2020年全國5G+工業互聯網大會上，電力、煤礦、鋼鐵、汽車等行業已經普遍開展了數字化企業應用研究探索，如5G智慧電力展出的智能產品中，三峽升船機VR展示平臺首次展示，通過游船視角對船舶經過升船機的運行過程進行了虛擬展示;電力智能生產管理MES信息系統實現了對全流域所有電廠發電產能、設備及設備狀態參數進行監控和統一調度，將生產和業務流進行整合。鋼鐵、煤礦等生產行業，依托于5G通信的智能傳感器和工業互聯網的結合，使得惡劣的生產環境實現了無人值守，遠程運維。航空、汽車等制造行業，AR/VR技術使得裝配工藝可視化，質量工藝數據化。工業互聯網作為數字化轉型的關鍵支撐，在加快數字化、網絡化、智能化發展上起到了至關重要的作用。

目前，美國、日本等世界發達國家都在加快推動5G與工業互聯網的融合發展，美國得益于羅克韋爾、思科、IBM、微軟等諸多領軍企業的帶動，云計算、大數據、人工智能等強大的技術能力，在水平化、互操作能力上占主導地位;日本則側重工業機器人的應用。國內自2015年開始開展工業互聯網試點示范項目推行工作，工業互聯網迎來最好發展時機。華為、浪潮、中國商飛在數據采集、存儲、分析、數據可視化以及數據安全等方面發揮領先優勢，北京航空航天大學、哈爾濱工業大學、西北工業大學等在工業互聯網產學研領域走在前列。

2國內升船機運維信息化現狀和需求分析

（1）升船機運行操作系統特點。升船機依賴于其專有的工控系統，集合圖像監控、傳感檢測等數據，實現了流程自動化、操作自動化以及HMI集中分布控制。隨著數字化轉型的到來，升船機的現場運行需求也拓寬，工業應用需求從傳統的需求向全面細化的需求拓展。工業控制系統數據采集量大、數據類型多，但是對設備的狀態監控并不齊全，部分關鍵設備狀態尚無在線監測設施。因此從互聯角度看，自動化、信息化、聯網化水平還較低，尚處于工業2.0的階段，無法支持工業互聯網的全面數據采集和上層的監控、優化、分析應用，在工業互聯網的深入推進上還有很長的路要走。

（2）日常業務流程特點。某升船機日常運維管理包括運行管理和設備管理，運行管理包括運行操作、船舶監護、日常安全管理等，設備管理又包括故障、缺陷、維護、點檢、修理、備件管理等諸多業務流程，每個業務流程包含諸多環節，傳統運維管理方式不再滿足精細化管理需求，運維效率也極大地影響著通航效益。迫切需要將生產運行環節與業務流程相結合，輔之以智能手段，減少對人的依賴，實現各個環節更加精準、細致、高效的管理。

（3）信息管理系統現狀。目前，大多數升船機運維管理仍然采用功能相對單一的信息化子系統，如工業控制系統、電子巡檢系統、船舶安全預警系統、水情信息系統，各個系統采集專用的數據，完成相對單一的功能。且由于網絡隔離，各系統之間數據不能共享。更有很多數據沒有實現信息化，還處于電子化水平，如設備缺陷、故障數據，維護、檢修數據等數據，歷史數據只作為查詢依據，沒有被很好的共享。

（4）數據整合應用情況。升船機設備種類繁多，技術狀態復雜，試通航初期積累了大量的設備運行、維護、檢修數據，這些數據對升船機的運維管理具有十分重要的參考意義。目前由于系統的隔離，業務的隔離，大量升船機設備基礎數據不能關聯用于指導運維。經驗決策依靠于人工積累。各類數據指標之間的互相影響，設備評價標準不一，不能較好反映設備狀態。設備運行數據監控只在工業控制系統進行展示，無法與設備其他性能指標進行結合，進行設備狀態實時預警。需要對眾多信息進行綜合分析，評價設備性能。目前部分在建的通航建筑物生產運行監控系統，已具備工業互聯網應用雛形，將生產運行數據與設備管理數據融合在一個系統，但在升船機模塊，尚未形成不同類型數據整合利用的功能。

3升船機數字化應用模式研究

數字化本質上是把人的經驗，用數據模型和數據結構進行支撐，讓它能自動地模擬人的動作和決策，這也是升船機智能運維最本質的需求。

（1）VR計算機仿真系統應用。數字化進程將人從現實世界帶到虛擬世界，其中最主要的成果之一是催生了虛擬現實技術發展。基于VR的計算機仿真系統以其信息多源性、交互性在升船機也擁有較大研究空間。長江電力開發了升船機VR平臺，但空間貼圖相對單一，設備結構簡單。因此，作為典型升船機運維管理單位，開發以設備為對象的升船機虛擬系統仍具有十分重要的意義。同時依托VR計算機仿真系統，可定制標準化的作業流程，可很好的用于升船機設備維護工藝成果推廣應用。

（2）基于大數據的在線故障診斷。大數據的實質是把原本看似不相干的數據放到一起，建立關聯性，輔之以人的決策，推導出相應的結論。對升船機工控系統采集的數據，使用大數據技術對它們進行分析，反映監控實時數據在歷史數據中所處的水平，以此來實現對于故障的預判。同時也可以通過研制特有在線監測傳感器，對工控系統中未能采集監測到的狀態補充完善，在工業互聯網系統中進行融合。故障診斷向智能化、數字化方向發展，新型在線監測模式慢慢過渡，有望將全生命周期的設備管理真正從管理端延伸至生產前端，實現對設備運行數據縱向分析。

（3）基于大數據的預防性維修。在現有的運維管理模式中，維修維護更多的是靠著“老師傅”或是技術人員的工作經驗，故其中存在著很大的主觀性，容易造成過度維修浪費經費和缺乏維修。而當大數據技術加持的工業互聯網應用之后，這種由技術人員通過主觀經驗而確定維修計劃的方式將會變得更加有數據支撐。大數據將會根據此種運行參數和設備的歷史損壞記錄而建立相應的數據庫，不僅僅是一個系統的設備數據會連入此數據庫，其他系統的此設備信息都可以連入此數據庫。大數據根據人為制定的指標評價體系，結合以往的維修記錄，根據指標體系的確定在什么時候對設備進行什么樣的保養，或臨時采取最經濟合適的手段繼續使用該設備，并極大地減少意外停航的發生。

構建集升船機BIM建設管理、移動互聯人工巡檢、無損檢測、在線監測、設備管理、水情、氣候、交通流等全方位信息于一體的數據獲取、采集、處理、分析、利用、反饋的數字化運維平臺，通過統一的數據類型、接口標準，保證不同系統間互聯互通，未來可進一步形成大型升船機信息資源庫，可最大限度地利用和發揮數據的價值，形成資源共享，為協同分析決策奠定基礎。

4推進升船機智能運維，需重點解決的問題

（1）底層數據和數據關聯性問題。對升船機而言，在推進智能運維的過程中，不僅需要解決信息系統的開發問題，更重要的是，解決底層數據問題。針對目前設備狀態數據多而不全，信息系統雜而不融，數據量大但關聯性低等問題，還需要健全關鍵設備在線監測手段，對各類信息系統的有用數據進行篩選，研究各類型數據在用法上的關聯性，研究不同信息化系統接口的問題。如果數據、工藝層面不能實現標準化，數字化系統就會受到限制，利用效率也會比較低下。智能升船機的建設不是一蹴而就，而是要逐步迭代。在這個過程中，要充分的挖掘各種數據的價值，完善數據、規范各種工藝標準和指標體系。

（2）適應性問題。在工業互聯網典型的虛擬技術應用中，通過AR遠程設備巡檢和維護、故障處理分步指引以及可視化遠程運維協助等，在升船機的應用也有較大潛力。但是要最大程度保證設備靈活性和輕便性，AR設備需通過無線網絡實時獲取選信息，對于網絡性能有著極高的要求，而這在升船機現場實施有較大難度。因此，通過增強現實技術達到遠程運維的設想難以實現，只能選擇單機的VR仿真系統，實用性降低，但可以在流程復雜的作業上尋求創新突破。

（3）網絡和信息安全問題。傳統工業控制系統的數據采集、可編程邏輯控制器及終端數據處理，采用專用的硬件、軟件和通信協議，在設計上優先確保系統的高可用性和業務連續性，缺乏有效的安全防御措施，也沒有對外通信必須考慮的網絡安全問題。隨著數字化轉型以及大數據、云計算等新技術大規模使用，使原本獨立的控制系統走向開放，由單機走向互聯。自動化走向智能化，也會帶來了設備、網絡、控制及數據等方面的安全隱患，連接設備越多，面臨的安全風險越大。

5 結語

升船機的運維管理必然朝著網絡化、標準化、時效化、數字化、智能化方向轉變，搭建數字化升船機運維平臺，將現代信息技術與升船機在線狀態監測、性能評估、風險預警、養修決策等層面相融合，將催生升船機運維管理與維護技術和體系的變革，為國內升船機的維護關鍵技術發展打下堅實基礎。

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