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(chǎn)業(yè)由制造為中心日漸變向以創(chuàng)新與服務為中心轉(zhuǎn)變，產(chǎn)品服務的效率和質(zhì)量成為企業(yè)生存與發(fā)展的關(guān)鍵因素，MRO2業(yè)務已成為先進制造企業(yè)營運的主體。隨著云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)等新技術(shù)等飛速發(fā)展，引發(fā)了新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革。無論是“德國工業(yè)4.0”還是“中國制造2025”，都提到了智能化和互聯(lián)網(wǎng)化，其核心是工業(yè)大數(shù)據(jù)，即對設備資產(chǎn)、生產(chǎn)服務的全面感知、收集、分析、共享。在此大背景下，本文作者結(jié)合自身實踐，結(jié)合本文作者產(chǎn)品研發(fā)經(jīng)驗，研究如何通過技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展，打造具有自主知識產(chǎn)權(quán)的工業(yè)大數(shù)據(jù)服務平臺，對工業(yè)設備的生產(chǎn)信息的全面感知、收集、分析、共享，為企業(yè)的管理者和參與者呈現(xiàn)出一個全新的看待工業(yè)維修生態(tài)視圖，引領(lǐng)企業(yè)實現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)、挖掘數(shù)據(jù)價值、創(chuàng)新工業(yè)維修生態(tài)。

關(guān)鍵詞：設備維修 云計算 大數(shù)據(jù) 物聯(lián)網(wǎng) 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(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)等新技術(shù)等飛速發(fā)展，引發(fā)了新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革。美國提出“再工業(yè)化”、德國提出工業(yè)4.0戰(zhàn)略等，希望借助信息技術(shù)發(fā)展重新奪回制造業(yè)優(yōu)勢。我國為破解制造業(yè)發(fā)展存在的若干問題，迎接“雙重擠壓“的挑戰(zhàn)，應對經(jīng)濟發(fā)展新常態(tài)，也提出中國制造2025、智能制造重大工程等發(fā)展戰(zhàn)略。在此大背景下，我們?nèi)绾斡又圃鞓I(yè)發(fā)展的機遇與挑戰(zhàn)。

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(chǎn)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(chǎn)業(yè)由制造為中心向以創(chuàng)新與服務為中心轉(zhuǎn)變，產(chǎn)品服務的效率和質(zhì)量成為企業(yè)生存與發(fā)展的關(guān)鍵因素，MRO2業(yè)務已成為先進制造企業(yè)收入的主體。據(jù)統(tǒng)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(yè)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(jīng)歷近40年的改革開放，我國工業(yè)發(fā)展取得了舉世矚目的成就，建成獨立完整的全國工業(yè)體系，享有“世界工廠”的美譽。我國科技的不斷進步導致產(chǎn)品的極大豐富，同時也誕生越來越復雜的產(chǎn)品。工業(yè)化與信息化融合極大提升了產(chǎn)品研發(fā)與制造效率，同時，對現(xiàn)有的產(chǎn)品運行、日常維護和大修等業(yè)務帶來前所未有的沖擊，主要表現(xiàn)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(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展研究，打造基于創(chuàng)新工業(yè)設備維修（MRO2）模式的工業(yè)大數(shù)據(jù)服務平臺，對工業(yè)設備的生產(chǎn)信息的全面感知、收集、分析、共享，為企業(yè)的管理者和參與者呈現(xiàn)出一個全新的看待工業(yè)維修生態(tài)視圖，引領(lǐng)企業(yè)實現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)、挖掘數(shù)據(jù)價值、創(chuàng)新工業(yè)維修生態(tài)。

1 市場環(huán)境與用戶需求分析

據(jù)統(tǒng)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(yè)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(nèi)還沒有成熟的高端MRO軟件產(chǎn)品。大部分國內(nèi)自主開發(fā)的MRO相關(guān)軟件產(chǎn)品基本上屬于第2～3代MRO產(chǎn)品。包括：北京神農(nóng)氏軟件有限公司開發(fā)的“SmartEAM設備管理系統(tǒng)”、廣州市正泰商業(yè)數(shù)據(jù)有限公司開發(fā)的EAM設備資產(chǎn)管理系統(tǒng)、西北工業(yè)大學機電工程學院開發(fā)了“基于Web的數(shù)控設備維修信息管理系統(tǒng)”、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(tǒng)（MES）、北京海頓新科技術(shù)有限公司的海頓設備資產(chǎn)管理系統(tǒng)（EAM）、信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所數(shù)據(jù)中心開發(fā)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(chuàng)業(yè)科技有限公司開發(fā)的可維ARMS2.5軟件等。

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

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

目前，國內(nèi)還沒有自主開發(fā)的通用的MRO軟件平臺，多圍繞相關(guān)領(lǐng)域開展專用系統(tǒng)的開發(fā)。而對于復雜產(chǎn)品使用企業(yè)則更多的是引入國外成熟的MRO系統(tǒng)，如 SAP系統(tǒng)在航空運輸領(lǐng)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(wǎng)生產(chǎn)管理系統(tǒng)、神華集團神東煤炭公司、中國移動通信產(chǎn)業(yè)網(wǎng)-江蘇成功實施；IBM Maximo在中國的用戶已經(jīng)超過200家。目前，國內(nèi)高端的MRO軟件市場完全被國外產(chǎn)品壟斷。國內(nèi)仍有很多大型企業(yè)沒有應用和實施MRO支持系統(tǒng)，或者使用零散的MRO管理系統(tǒng)，MRO軟件的市場需求相當廣泛。

2 工業(yè)大數(shù)據(jù)服務平臺總體規(guī)劃

在云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)等新技術(shù)等飛速發(fā)展，引發(fā)了新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的大背景下。通過技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展，打造基于創(chuàng)新工業(yè)設備維修（MRO2）模式應用的工業(yè)大數(shù)據(jù)服務平臺，對工業(yè)設備的生產(chǎn)信息的全面感知、收集、分析、共享，為企業(yè)的管理者和參與者呈現(xiàn)出一個全新的看待工業(yè)維修生態(tài)視圖，幫助企業(yè)實現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)、挖掘數(shù)據(jù)價值、創(chuàng)新工業(yè)維修生態(tài)。

2.1 產(chǎn)品定位

基于創(chuàng)新工業(yè)設備維修（MRO2）模式應用的工業(yè)大數(shù)據(jù)服務平臺（見圖1），是按照平臺化、社會化、智慧化發(fā)展理念，專注于工業(yè)設備維修與設備資產(chǎn)管理領(lǐng)域，構(gòu)建的工業(yè)大數(shù)據(jù)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(yè)快速適應現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展趨勢，實現(xiàn)設備資產(chǎn)精益運營、高效產(chǎn)業(yè)協(xié)作、智能制造服務和創(chuàng)新業(yè)務模式。

圖1 產(chǎn)品定位示意圖

2.2 產(chǎn)品架構(gòu)

工業(yè)大數(shù)據(jù)服務平臺利用IoT、云計算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)實現(xiàn)工業(yè)設備物聯(lián)、提供全息資產(chǎn)管理云應用，構(gòu)建設備智能分析平臺，創(chuàng)新工業(yè)設備維修模式，助力企業(yè)服務化轉(zhuǎn)型，實現(xiàn)數(shù)據(jù)價值持續(xù)提升，平臺的總體架構(gòu)圖如圖2：

圖2 工業(yè)大數(shù)據(jù)服務平臺產(chǎn)品架構(gòu)圖

工業(yè)大數(shù)據(jù)服務平臺產(chǎn)品包括“基礎平臺“和“行業(yè)產(chǎn)品”。

“基礎平臺”是基于開放PaaS平臺的工業(yè)大數(shù)據(jù)技術(shù)支撐平臺，從功能上劃分分為：物聯(lián)平臺、設備管理平臺（EAM）以及大數(shù)據(jù)分析平臺。強大的平臺將為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)提供技術(shù)支持，打造從設備研發(fā)、制造、運營、維護、檢修的一體化管控平臺。

“行業(yè)產(chǎn)品”是在工業(yè)大數(shù)據(jù)服務平臺基礎上，結(jié)合具體行業(yè)、具體用戶的需求，形成“平臺+”的行業(yè)應用模式，如：“平臺+鍋爐”等行業(yè)應用產(chǎn)品，助力企業(yè)快速邁向“工業(yè)4.0”。

第三節(jié) 技術(shù)架構(gòu)

圖3 工業(yè)大數(shù)據(jù)服務平臺技術(shù)架構(gòu)圖

工業(yè)大數(shù)據(jù)服務平臺技術(shù)支撐平臺采用面向微服務、微應用的架構(gòu)，其核心概括為“一云二網(wǎng)三要素”：“一云”：工業(yè)大數(shù)據(jù)服務云平臺，面向工業(yè)維修與設備資產(chǎn)管理領(lǐng)域，打造“全息資產(chǎn)管理+智慧工業(yè)維修+智慧制造服務”的云服務平臺；“二網(wǎng)”：物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)，面向互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境提供服務，同時采用最新的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，接入第三方物聯(lián)網(wǎng)平臺，實現(xiàn)設備大數(shù)據(jù)接入；“三要素”：人、設備和數(shù)據(jù)，工業(yè)大數(shù)據(jù)服務平臺的本質(zhì)是解決人、設備以及鏈接兩者的數(shù)據(jù)三個基本要素的問題，借助云計算、物聯(lián)網(wǎng)等信息手段，提供SaaS軟件服務、軟件產(chǎn)品、技術(shù)服務和解決方案，創(chuàng)造人、設備、大數(shù)據(jù)融合的最大價值。

3 工業(yè)大數(shù)據(jù)服務平臺及應用實現(xiàn)

3.1 基礎平臺技術(shù)實現(xiàn)

圖4 工業(yè)設備大數(shù)據(jù)服務平臺的業(yè)務架構(gòu)

工業(yè)大數(shù)據(jù)服務平臺基礎平臺是基于開放PaaS平臺的工業(yè)大數(shù)據(jù)技術(shù)支撐平臺，從功能上劃分分為：物聯(lián)平臺、設備管理平臺（EAM）以及大數(shù)據(jù)分析平臺。

3.1.1 物聯(lián)平臺（IIoT）

工業(yè)大數(shù)據(jù)服務平臺物聯(lián)網(wǎng)平臺支持大規(guī)模設備通過網(wǎng)關(guān)或數(shù)據(jù)采集器接入物聯(lián)云服務平臺，實現(xiàn)設備與物聯(lián)云服務功能組件的高性能海量通信。

支持MQTT，http等物聯(lián)網(wǎng)標準協(xié)議，實現(xiàn)設備與云端的雙向通信，使設備快速連接云端，進而實現(xiàn)設備與設備、設備與服務之間的數(shù)據(jù)傳輸。支持多種設備通訊協(xié)議，輕松接入各種物聯(lián)網(wǎng)設備、智能家居、汽車、穿戴設備、行業(yè)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(lián)平臺提供規(guī)則引擎服務，可以通過規(guī)則引擎無縫連接海量云存儲、流計算、大數(shù)據(jù)、機器學習、云監(jiān)控等產(chǎn)品，實現(xiàn)消息高效處理及分析，協(xié)助客戶快速構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)應用。

安全方面，對所有設備進行證書授權(quán)認證及權(quán)限管理，確保接入的終端設備與傳輸?shù)男畔踩煽?。消息傳輸使用TLS安全傳輸層協(xié)議，確保鏈路上傳輸消息的安全可靠性和數(shù)據(jù)完整性，保障用戶信息安全。

3.1.2 設備管理平臺（MRO2）

工業(yè)大數(shù)據(jù)服務平臺設備管理平臺是基于多年設備資產(chǎn)管理實踐經(jīng)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(chǎn)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(jiān)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(chǎn)密集型行業(yè)對資產(chǎn)全生命周期管理的各個方面，幫助企業(yè)管理人員掌控設備、追蹤價值、實現(xiàn)安全生產(chǎn)、創(chuàng)新維修、降低成本。

3.1.3 大數(shù)據(jù)分析平臺（PHM）

工業(yè)大數(shù)據(jù)服務平臺大數(shù)據(jù)分析平臺，以大數(shù)據(jù)處理技術(shù)和框架為基礎，綜合設備實時狀態(tài)監(jiān)測、設備管理、巡檢等不同的數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)，面向工業(yè)應用場景建立算法分析模型，利用平臺提供的海量大數(shù)據(jù)存儲、加載、分析、挖掘能力，實現(xiàn)對設備設備故障預測與健康管理的分析（PHM）需求。典型的業(yè)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(chǎn)成本分析、庫存優(yōu)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(yè)應用工業(yè)大數(shù)據(jù)服務平臺化開放能力，通過對支撐應用軟件的基礎環(huán)境、開發(fā)環(huán)境和運行環(huán)境的開放，為工業(yè)大數(shù)據(jù)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(yè)客戶應用場景需求，提供一致的技術(shù)路線和標準，支持企業(yè)現(xiàn)有業(yè)務應用與設備資產(chǎn)管理SaaS應用功能的整合。開放平臺的功能包括云開發(fā)平臺、API開放、應用組件市場、數(shù)據(jù)服務平臺等。

3.2 行業(yè)產(chǎn)品設計與實現(xiàn)

在全產(chǎn)業(yè)鏈大數(shù)據(jù)的時代，依托在EAM、設備狀態(tài)監(jiān)測和大數(shù)據(jù)分析等方面的研究與實踐，對設備大數(shù)據(jù)不斷積累與探索，深入互聯(lián)網(wǎng)/傳統(tǒng)行業(yè)多個領(lǐng)域，在數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)提煉等方向形成了獨有優(yōu)勢。基于工業(yè)大數(shù)據(jù)服務平臺基礎平臺和“平臺+行業(yè)”的應用模式，結(jié)合具體行業(yè)、具體用戶的需求，形成行業(yè)應用產(chǎn)品，助力用戶快速掌控工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，共同繁榮工業(yè)互聯(lián)應用生態(tài)。

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

“平臺+智慧鍋爐”實現(xiàn)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(jiān)測、故障診斷與健康管理，為鍋爐生產(chǎn)、運營企業(yè)提供在線監(jiān)測鍋爐設備運行與健康狀況；全面移動化的現(xiàn)場運維工作應用功能；全景可視化的現(xiàn)場監(jiān)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(chǎn)品功能架構(gòu)

圖6 “平臺+鍋爐”應用界面

智慧鍋爐應用價值與產(chǎn)品特點：（1）在線監(jiān)測鍋爐設備運行與健康狀況；（2）全面移動化的現(xiàn)場運維工作應用功能；（3）全景可視化的現(xiàn)場監(jiān)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(tài)監(jiān)測和大數(shù)據(jù)分析等方面的研究與實踐，對設備大數(shù)據(jù)應用不斷積累與探索，工業(yè)大數(shù)據(jù)服務平臺應用逐步深入互聯(lián)網(wǎng)/傳統(tǒng)行業(yè)多個領(lǐng)域，在數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)提煉等方向形成了獨有優(yōu)勢?；诠I(yè)大數(shù)據(jù)服務的工業(yè)設備維修（MRO2）應用模式，結(jié)合具體行業(yè)、具體用戶或合作伙伴的需求，以“平臺+行業(yè)“的平臺合作模式，開放的工業(yè)大數(shù)據(jù)服務平臺服務資源，助力合作伙伴掌握工業(yè)大數(shù)據(jù)，共同繁榮工業(yè)大數(shù)據(jù)應用生態(tài)；為合作伙伴快速搭建“平臺+”的專有服務平臺，共同助力企業(yè)快速邁向“中國制造2025”。如在能源行業(yè)，幫助能源企業(yè)快速對接“智能電網(wǎng)”、“能源互聯(lián)網(wǎng)”。

5 總結(jié)與展望

當今，世界各國始終致力于以技術(shù)創(chuàng)新引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)升級，而大數(shù)據(jù)的利用使得資源節(jié)約、環(huán)境友好、可持續(xù)發(fā)展，智能化、綠色化的發(fā)展趨勢得以實現(xiàn)，因此，大數(shù)據(jù)背景下創(chuàng)新工業(yè)設備維修模式將具備更廣闊的市場空間和前景。在國內(nèi)目前缺乏成熟的基于MRO2的工業(yè)大數(shù)據(jù)服務平臺產(chǎn)品，在我國工業(yè)大數(shù)據(jù)剛剛起步階段，需不斷探索，堅持應用驅(qū)動，邁向中國制造強國之路，務必加快推進大數(shù)據(jù)技術(shù)產(chǎn)品在工業(yè)維修領(lǐng)域中的應用。

參考文獻

[1] 王建民.工業(yè)大數(shù)據(jù)實踐與思考[N].中國信息化周報-大數(shù)據(jù)，2016-05-30（19）

[2] 楊明波等.數(shù)字化工廠+工業(yè)維修服務體系[M].機械工業(yè)出版社，2017-08

[3] 于洋.工業(yè)大數(shù)據(jù)：構(gòu)建制造型企業(yè)新型能力[N].數(shù)據(jù)觀，2016-03-31

[4] 鐘海.大數(shù)據(jù)在工業(yè)制造業(yè)的應用與研究[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2015，34（13）

[5] 孫峰.基于大數(shù)據(jù)背景的工業(yè)企業(yè)信息化應用研究[J].應用技術(shù)與研究，2015（7）

[6] 中華人民共和國國務院.中國制造2025[Z].2015-05-08