包偉華,李咪淵,趙榮泳,王 妍,張 浩,賈 萍

(1.上海自動化儀表有限公司,上海 200120；2.同濟大學(xué)CIMS研究中心，上海 201804)

0 引言

工業(yè)自動化儀表是工業(yè)生產(chǎn)過程中不可或缺的現(xiàn)場設(shè)備。隨著現(xiàn)代工業(yè)自動化和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，自動化儀表的應(yīng)用越來越廣泛。工礦企業(yè)對自動化儀表的要求也越來越高[1-2]：一方面，要求產(chǎn)品可靠性高，產(chǎn)品的功能強大；另一方面，要求產(chǎn)品的售后實現(xiàn)快速服務(wù)響應(yīng)。

由于自動化儀表的復(fù)雜性和多樣性，用戶往往對儀表不熟悉，無法快速排除生產(chǎn)故障[3]。在尋求儀表廠家?guī)椭鷷r，經(jīng)常遇到信息交流不順暢的情況，使廠家無法得到現(xiàn)場真實情況，從而導(dǎo)致維修時間較長，對生產(chǎn)影響較大。特別是在一些化工、電力、核工業(yè)設(shè)施等大型工程中，一旦故障長時間不能排除，將導(dǎo)致災(zāi)難性的后果。

工業(yè)設(shè)備智能化、復(fù)雜化的發(fā)展給企業(yè)帶來更強大、更安全的體驗，但其操作及維護也需要投入更多的人力資源，將浪費大量的人力物力。隨著計算機和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的不斷進步，人們漸漸提出了新的自動化儀表運維方式——遠程運維[4]，即遠程控制產(chǎn)品的全生命周期中的各類問題。

本項目針對上述問題，設(shè)計了基于云平臺的工業(yè)自動化儀表綜合服務(wù)APP，實現(xiàn)實時用戶、遠程專家多屏同步，通過遠程控制快速解決儀表使用過程中的突發(fā)問題；提升售后服務(wù)效率，監(jiān)測產(chǎn)品全生命周期，降低產(chǎn)品運行維護成本、促進企業(yè)升級轉(zhuǎn)型。

1 自動化儀表全生命周期管理技術(shù)需求分析

微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，引發(fā)了儀表結(jié)構(gòu)的變革。自動化儀表是以微型計算機(單片機)為主體，將計算機技術(shù)和檢測技術(shù)相結(jié)合的新一代智能化儀表[5]。自動化儀表兼顧傳統(tǒng)的自動化功能和現(xiàn)代智能化功能，既能夠保障現(xiàn)場設(shè)備自動運行和設(shè)備保護，又能夠滿足云時代設(shè)備智能化的需求；通過加載智能化模型，配合云端大數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)，可以實現(xiàn)自適應(yīng)參數(shù)調(diào)節(jié)、運行優(yōu)化、報警推送、健康監(jiān)測和預(yù)防性維護等功能[6]。

1.1 自動化儀表結(jié)構(gòu)與原理

自動化儀表結(jié)構(gòu)與原理如圖1所示。

圖1 自動化儀表結(jié)構(gòu)與原理圖

自動化儀表的硬件由主控模板、顯示模板等組成。其中，主控模板是主要結(jié)構(gòu)，包括主控板、電源板、繼電器輸出板以及電流電壓輸入等。顯示模板可以顯示出所得到的數(shù)據(jù)和信息。這些數(shù)據(jù)與信息能夠為開展相關(guān)工作提供參考[7-8]。

自動化儀表的工作原理是適當(dāng)?shù)剞D(zhuǎn)換電壓、電流，以更加適應(yīng)自動化儀表的工作特點；通過A/D轉(zhuǎn)換器，對電壓、電流進行采樣；對采樣結(jié)果進行分析之后，及時采取相應(yīng)的措施。而完成數(shù)據(jù)信號的傳遞、接收和處理以后，可以通過自動化儀表向控制端傳遞數(shù)據(jù)。此時的控制端將會根據(jù)數(shù)據(jù)、信息作出相應(yīng)的反應(yīng)，并對運行狀態(tài)進行調(diào)整，使儀表實現(xiàn)遠程控制[9]。

1.2 全生命周期管理技術(shù)需求

目前，企業(yè)對于自動化儀表全生命周期仍然缺少有效的管理技術(shù)[10]。現(xiàn)存的自動化儀表管理依然存在以下需求。

①自動化儀表現(xiàn)場報修和服務(wù)響應(yīng)模式落后，仍依賴人工現(xiàn)場處理問題。

②客戶溝通具有技術(shù)門檻，有限信息難以滿足診斷需求。在自動化儀表售前技術(shù)咨詢、售中安裝技術(shù)指導(dǎo)和售后服務(wù)等各個環(huán)節(jié)中，多數(shù)采用的服務(wù)模式是人工電話聯(lián)系。隨著社交軟件的普及，一定程度上增加了現(xiàn)場用戶和后臺技術(shù)支持人員的通信信息量，提升了對故障信息的了解程度。但是，這樣的私人點對點社交模式，在溝通時對客戶有技術(shù)門檻要求，而且售后人員仍然無法全面掌握現(xiàn)場儀表的運行數(shù)據(jù)。

③服務(wù)響應(yīng)隨機性大，不可控因素多?，F(xiàn)場用戶遇到問題時，一般采用電話報修。但是由于公司售后服務(wù)專家和技術(shù)人員的辦公電話或者手機經(jīng)常出現(xiàn)占線、掉線等問題，導(dǎo)致現(xiàn)場用戶的服務(wù)報修得不到及時、有效的響應(yīng)。

④儀表運行記錄和故障記錄難以及時發(fā)送給診斷專家。自動化儀表的運行記錄和故障記錄，對于故障診斷而言至關(guān)重要。但是由于傳統(tǒng)的現(xiàn)場儀表安裝位置難以直接觀測，以及操作記錄數(shù)據(jù)過多等問題，導(dǎo)致現(xiàn)場用戶無法向遠程專家提供全面的記錄數(shù)據(jù)，也難以及時、有效地將數(shù)據(jù)發(fā)給專家[11]。

⑤難以發(fā)揮故障處理案例的潛在價值。對于自動化儀表這類典型工業(yè)產(chǎn)品，故障解決案例是企業(yè)寶貴的售后服務(wù)知識財富。只要借助一定的信息化手段，深入分析、挖掘各類操作記錄和故障的演化規(guī)律，就能及時警示現(xiàn)有生產(chǎn)管理和生產(chǎn)線操作，提升職工的安全意識和售后服務(wù)技能，使之成為企業(yè)文化的重要沉淀[12]。然而，對于已歸檔的故障處理案例的梳理和挖掘工作，目前尚缺乏信息化手段的支持。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，為自動化儀表的全生命周期的管理和升級提供了新的方向和支持?；谠破脚_，本文設(shè)計了一個工業(yè)自動化儀表綜合服務(wù)APP，為儀表生產(chǎn)廠家和應(yīng)用廠家之間建立了一個充分溝通的渠道，使兩者之間的信息交流更為全面和快捷，為自動化儀表全生命周期管理技術(shù)的需求提供了解決方案。

2 APP功能結(jié)構(gòu)設(shè)計

基于云平臺的工業(yè)自動化儀表綜合服務(wù)APP是在Android移動端設(shè)計和開發(fā)的遠程儀表管理APP。根據(jù)自動化儀表全生命周期管理技術(shù)需求，APP主要分為用戶管理、執(zhí)行機構(gòu)管理、幫助三大部分?；谠破脚_的工業(yè)自動化儀表綜合服務(wù)APP功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 基于云平臺的工業(yè)自動化儀表綜合服務(wù)APP功能結(jié)構(gòu)

其中，用戶管理模塊和幫助模塊都是APP的輔助模塊。APP的主要功能模塊是執(zhí)行機構(gòu)管理模塊。此部分包含5個功能模塊，分別是現(xiàn)場控制模塊、遠程服務(wù)模塊、參數(shù)設(shè)置模塊、機構(gòu)報警模塊、運行記錄模塊。

①現(xiàn)場控制模塊。該模塊可以實時顯示當(dāng)前連接儀表的工作情況，并且可通過藍牙技術(shù)對儀表的工作狀態(tài)進行控制。

②遠程服務(wù)模塊。該模塊通過在線申請專家?guī)椭韱危梢缘玫綄＜业倪h程診斷。APP遠程模塊申請專家診斷界面如圖3所示。

圖3 APP遠程模塊申請專家診斷界面

客服通過申請訂單信息，可以在界面中的診斷單列表中查看診斷單詳情，并根據(jù)用戶需求為其在線分配專家，同時以短信的形式通知用戶。專家通過填寫授權(quán)驗證碼，進入執(zhí)行機構(gòu)的遠程診斷中。用戶可以與專家在聊天頁面進行面對面的視頻交流，實現(xiàn)遠程診斷問題，并在遠程診斷結(jié)束后對此次專家診斷進行評分操作。

③參數(shù)設(shè)置模塊。通過藍牙連接，在APP上設(shè)置儀表的動態(tài)參數(shù)和靜態(tài)參數(shù)，可以對儀表的操作參數(shù)進行更改。用戶可以在APP的設(shè)置模塊中對儀表的相關(guān)參數(shù)設(shè)置進行修改。在進行遠程診斷的過程中，專家也可以在參數(shù)設(shè)置模塊中對相關(guān)參數(shù)進行設(shè)置，從而診斷儀表運行是否處于正常狀態(tài)。

④機構(gòu)報警模塊。該模塊可以監(jiān)測儀表的工作狀態(tài)是否正常，如果儀表的工作狀態(tài)出現(xiàn)故障，則進行報警提醒，并將此故障記錄并保存下來。用戶后期可以在記錄模塊中看到歷史報警信息，方便用戶對儀表進行定期的管理和維護。

⑤運行記錄模塊。該模塊可以實時地記錄儀表的工況信息，并儲存在歷史記錄中，方便用戶查看。

使用APP的用戶，在Android操作系統(tǒng)的手機上下載APP后，登錄基于云平臺的工業(yè)自動化儀表綜合服務(wù)APP。單擊藍牙按鈕，開啟手機藍牙連接自動化儀表后，可以控制儀表狀態(tài)、調(diào)節(jié)儀表參數(shù)，也可以實時觀測儀表檢測記錄或在APP查詢儀表的常見問題幫助。

若儀表的運行狀態(tài)出現(xiàn)問題，則APP的報警模塊會作出相應(yīng)的提醒。用戶可以根據(jù)問題的實際情況，選擇相應(yīng)的問題解決模式。若用戶無法自行解決，可以尋求專家遠程指導(dǎo)，直至問題解決。該APP提高了自動化儀表的管理效率，為企業(yè)的售后管理節(jié)省了資金和時間。

3 APP技術(shù)架構(gòu)設(shè)計

現(xiàn)場用戶通過邊緣層的移動端智能設(shè)備獲取儀表當(dāng)前狀態(tài)及診斷信息，并立即通過云平臺的云端大數(shù)據(jù)系統(tǒng)發(fā)送給遠程專家。遠程專家可以實時監(jiān)控管理接入儀表的狀態(tài)與運行情況，據(jù)此調(diào)整控制指令并更改設(shè)備參數(shù)，再通過云系統(tǒng)下達到儀表，對儀表進行遠程操作。這樣就在現(xiàn)場用戶和遠程專家之間形成了高效的服務(wù)調(diào)動體系，節(jié)約了現(xiàn)場用戶原本用于售后調(diào)試的寶貴時間和經(jīng)濟成本。整個過程中，所有數(shù)據(jù)流都可以通過數(shù)據(jù)模板可視化地展示。儀表支持多種網(wǎng)絡(luò)接入?yún)f(xié)議，可滿足不同系統(tǒng)供應(yīng)商的特殊要求。

基于云平臺的工業(yè)自動化儀表綜合服務(wù)APP的總體框架如圖4所示。

圖4 基于云平臺的工業(yè)自動化儀表綜合服務(wù)APP的總體框架

綜合服務(wù)APP基于藍牙技術(shù)、云技術(shù)，可實現(xiàn)應(yīng)用層、平臺層、邊緣層的智能互聯(lián)。其六大功能為：產(chǎn)品售前技術(shù)咨詢、售中安裝技術(shù)指導(dǎo)、售后可視化監(jiān)控、運行優(yōu)化、報修服務(wù)、實時故障診斷?；谠破脚_的工業(yè)自動化儀表綜合服務(wù)APP功能模塊如表1所示。

表1 基于云平臺的工業(yè)自動化儀表綜合服務(wù)APP功能模塊

4 系統(tǒng)研制技術(shù)要點

基于云平臺的工業(yè)自動化儀表綜合服務(wù)APP，是一款基于移動架構(gòu)的新型工業(yè)APP。它不僅可以實現(xiàn)新型智能化儀表的全生命周期服務(wù)移動互聯(lián)，還可以應(yīng)用于其他智能化儀表產(chǎn)品的售前、售中和售后綜合技術(shù)服務(wù)中。此APP主要的創(chuàng)新點如下所述。

①利用移動端與網(wǎng)絡(luò)云平臺互聯(lián)，使用戶和專家可以通過網(wǎng)絡(luò)進行信息溝通，不僅提高了服務(wù)人員的響應(yīng)效率，還為企業(yè)節(jié)省了產(chǎn)品運維過程中的交通費用。

②利用藍牙功能，實現(xiàn)了自動化儀表的遠距離控制，方便用戶和專家對自動化儀表的參數(shù)進行調(diào)節(jié)。尤其是在自動化儀表所處的環(huán)境和位置使其難以直接接觸時，遠程控制大大提高了自動化儀表的可操控性。

③利用數(shù)據(jù)存儲管理，提高了自動化儀表的管理效率。APP會自動記錄儀表工作狀態(tài)及報警情況，使用戶能隨時隨地對自動化儀表狀態(tài)進行管理。此外，可以通過數(shù)據(jù)分析對自動化儀表的運行狀態(tài)進行監(jiān)測，提高智能設(shè)備的安全管理性。

5 結(jié)論

以物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)APP為代表的新一代信息技術(shù)在工業(yè)自動化儀表產(chǎn)品售前、售中和售后綜合技術(shù)服務(wù)中的作用日益突出，“互聯(lián)網(wǎng)+先進制造業(yè)”已成為我國經(jīng)濟社會發(fā)展的戰(zhàn)略里程碑[13]。本文設(shè)計了一款基于移動架構(gòu)的新型工業(yè)APP，采用移動互聯(lián)方式，實現(xiàn)了自動化儀表選型指導(dǎo)、安裝調(diào)試、運行優(yōu)化等全生命周期管理，適合工控安全等典型工業(yè)應(yīng)用場景，實現(xiàn)了新型智能化儀表的全生命周期服務(wù)移動互聯(lián)。通過儀表通信硬件升級和協(xié)議擴展，該APP可廣泛應(yīng)用于自動化儀表行業(yè)，成為行業(yè)專用工具APP。