DHMS設(shè)備安全與可靠性管理系統(tǒng)
（一）、問題定位
行業(yè)痛點：
煤礦、鋼鐵、電力、石油石化等我國支柱產(chǎn)業(yè)，具有設(shè)備數(shù)量多、密集，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，規(guī)模大，價值高等特點。這些企業(yè)在設(shè)備管理方面大都存在以下問題：
1.重要設(shè)備多，裝置密集。一旦發(fā)生故障，損失將難以估量。設(shè)備意外停機不僅造成經(jīng)濟損失，更可能造成人員傷亡，極大影響生產(chǎn)安全性。
2.設(shè)備復(fù)雜、維修周期長，導(dǎo)致產(chǎn)線停產(chǎn)，影響面廣。由于無法得知設(shè)備在什么時候可能會出現(xiàn)故障，導(dǎo)致了過度維護、過度備件等問題，但維護不足又會導(dǎo)致意外停機，直接造成生產(chǎn)損失。
3.目前大多缺乏科學的數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析和先進的預(yù)測性故障診斷及預(yù)警機制。
4.生產(chǎn)數(shù)據(jù)和設(shè)備狀態(tài)隔離。
盡管這些行業(yè)多數(shù)企業(yè)尤其是大型企業(yè)都實現(xiàn)了不同程度的信息化和設(shè)備管理自動化。但不同行業(yè)、不同企業(yè)的信息化和自動化程度相差很大，而原有的信息化和自動化系統(tǒng)大都采用C/S架構(gòu)，在企業(yè)局域網(wǎng)內(nèi)運行，存在著以下問題：
1.各系統(tǒng)信息孤島、數(shù)據(jù)離散、數(shù)據(jù)無法融合。
2.數(shù)據(jù)展示形式單一，不直觀。
3.無法及時在異地獲取到重要的信息。
4.報警簡單，缺乏自動診斷。
5.設(shè)備故障診斷依賴于“專業(yè)儀器，專門人員”。
6.由于無法準確掌握設(shè)備運行狀態(tài)，導(dǎo)致決策缺乏依據(jù)，降低決策效率。
核心價值：
1.消除數(shù)據(jù)孤島，發(fā)揮數(shù)據(jù)價值。通過對采集到的設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，實現(xiàn)設(shè)備預(yù)測性維護、設(shè)備信息管理、故障原因統(tǒng)計分析等功能，充分發(fā)揮數(shù)據(jù)價值。
2.提高生產(chǎn)安全性。對設(shè)備進行故障預(yù)測性分析與診斷，消除過度維護，轉(zhuǎn)化意外停機為計劃內(nèi)停機，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。
3.提升決策效率。方案提供完整的圖表分析功能，并能進行實時告警，為決策人員提供充分、可靠的設(shè)備狀態(tài)信息及行動建議，實現(xiàn)高效決策、合理決策。
4.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是新基建的重要內(nèi)容，基于窄帶物聯(lián)網(wǎng)的解決方案是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)所大力提倡的內(nèi)容，國家主推，三大運營商全力建設(shè)基站。方案采用的技術(shù)和解決思路符合當下發(fā)展趨勢，符合國家政策導(dǎo)向。
（二）、創(chuàng)新點
1.云原生特性。基于云原生特性，系統(tǒng)部署支持公有云、私有云、混合云、物理服務(wù)器多種部署方式，系統(tǒng)處理能力隨著節(jié)點的增加而增加。系統(tǒng)組件可以獨立升級、獨立維護，十分靈活。云原生技術(shù)事實上興起于云計算的下半場，即2019年末。擁抱新技術(shù)、新趨勢，能夠?qū)⒃圃夹g(shù)用好、用活，是創(chuàng)新性的重要表現(xiàn)。
2.面向數(shù)字孿生的設(shè)計。系統(tǒng)面向數(shù)字孿生，目前已經(jīng)實現(xiàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集、模型訓(xùn)練等工作。未來通過完善設(shè)備模型展示、增強數(shù)據(jù)同步，可以在現(xiàn)有架構(gòu)上實現(xiàn)數(shù)字孿生。這是一項面向未來的設(shè)計。
3.在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟2020年4月底發(fā)布的指南中，首次明確提出邊緣計算的實現(xiàn)核心在于邊緣網(wǎng)關(guān)。解決方案中的邊緣網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)邊緣計算已經(jīng)在線上運行將近半年，技術(shù)處于領(lǐng)先地位。
4.終端在設(shè)計之初就把安全放在第一位，囊括物理安全（防拆）、存儲安全、數(shù)據(jù)安全、通信安全，并且兼顧終端能耗控制，不“鍍金”，不做過度安全，最終實現(xiàn)高性價比。這一創(chuàng)新理念在業(yè)界也屬領(lǐng)先。
（三）、功能介紹
1.完備的設(shè)備管理功能，支持設(shè)備信息的多維度統(tǒng)計、批量導(dǎo)入導(dǎo)出、匯總分析、可視化展示等。針對自有終端設(shè)備，還可以支持終端運行參數(shù)的遠程配置。
2.完整的告警信息推送。支持包括網(wǎng)頁、APP、短信、郵件等多種方式告警，支持包括閾值、推送方式等在內(nèi)的告警參數(shù)配置，支持告警模型自適應(yīng)，自有終端設(shè)備支持自檢及告警。
3.專家輔助功能。對于復(fù)雜故障，支持連線專家?guī)熘械膶＜疫M行實時診斷。對于普通故障，專家也會進行復(fù)核，并出具包含行動建議在內(nèi)的專業(yè)的診斷報告，讓用戶能夠低成本、及時的利用專家知識解決疑難問題。
4.智能診斷與分析。支持多維度故障分析及趨勢分析，包括歷史運行數(shù)據(jù)分析、累計設(shè)備啟動時長，曲線圖展示設(shè)備及關(guān)鍵配件目前所處生命周期的階段分析，能夠按時間統(tǒng)計告警等級、故障高發(fā)設(shè)備、故障高發(fā)設(shè)備生產(chǎn)廠商等信息。支持細化至關(guān)鍵配件的故障智能診斷模型，并建立設(shè)備故障庫訓(xùn)練診斷模型通過機器學習的方法不斷整合專家診斷結(jié)論及已有故障處理辦法對模型進行不斷完善。
5.良好的兼容性。系統(tǒng)支持第三方數(shù)據(jù)源的接入，包括傳感器、PLC等。系統(tǒng)同時支持對接用戶方相關(guān)ERP系統(tǒng)，實現(xiàn)IT系統(tǒng)的整合。
（四）、功能和技術(shù)指標優(yōu)勢
指標1：設(shè)備數(shù)據(jù)采集能力
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溫度測量技術(shù)參數(shù)指標 |
量程（℃） |
-80~600 |
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測量精度（℃） |
0.1 |
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電氣防爆等級（認證） |
IP67 |
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操作溫度（℃） |
-60~250 |
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操作壓力（kPa） |
0~20 |
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是否支持無線通信模塊擴展 |
是 |
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是否具備自主知識產(chǎn)權(quán) |
是 |
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工業(yè)HART協(xié)議數(shù)量（個） |
200 |
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設(shè)備種類列舉：旋轉(zhuǎn)機械與往復(fù)機械、環(huán)境等 |
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數(shù)據(jù)采集信息類型列舉： 溫度 |
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安全及可靠性評價列舉：性能穩(wěn)定，線性度高 |
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其他優(yōu)勢指標列舉：響應(yīng)快，對電噪聲不敏感 |
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壓力測量技術(shù)參數(shù)指標 |
量程（kPa） |
20000 |
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測量精度（%FS） |
1 |
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電氣防爆等級（認證） |
IP65 |
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操作溫度（℃） |
-20~70 |
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操作壓力（MPa） |
0~20 |
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是否支持無線通信模塊擴展 |
是 |
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是否具備自主知識產(chǎn)權(quán) |
是 |
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工業(yè)HART協(xié)議數(shù)量（個） |
200 |
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設(shè)備種類列舉：壓縮機等 |
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數(shù)據(jù)采集信息類型列舉：壓力 |
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安全及可靠性評價列舉：防震、防潮 |
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其他優(yōu)勢指標列舉：聯(lián)網(wǎng)自動較時，定時主動上報，上報周期可任意設(shè)置 |
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物位測量技術(shù)參數(shù)指標 |
量程（m） |
100~1800 |
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測量精度（m） |
1 |
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電氣防爆等級（認證） |
IP67 |
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操作溫度（℃） |
-40~85 |
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操作壓力（MPa） |
0~20 |
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是否支持無線通信模塊擴展 |
是 |
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是否具備自主知識產(chǎn)權(quán) |
是 |
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工業(yè)HART協(xié)議數(shù)量（個） |
100 |
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數(shù)據(jù)采集信息類型列舉：位移、位置 |
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旋轉(zhuǎn)機械振動測量技術(shù)參數(shù)指標 |
加速度量范圍（g） |
-50~50 |
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速度量范圍（mm/s） |
0.1～200.0 |
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位移量范圍（μm） |
1～8 |
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測量精度（%FS） |
0.02 |
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可傳輸距離（m） |
140 |
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電氣防爆等級（認證） |
IP67 |
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可承受大沖擊（g） |
1000 |
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操作溫度（℃） |
-40~85 |
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是否支持無線通信模塊擴展 |
是 |
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是否具備自主知識產(chǎn)權(quán) |
是 |
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工業(yè)HART協(xié)議數(shù)量（個） |
100 |
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設(shè)備種類列舉：往復(fù)壓縮機。風機、水泵、汽輪機 |
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數(shù)據(jù)采集信息類型列舉：位移 速度 加速度，振動溫度一體 |
指標2：預(yù)測性維護服務(wù)能力
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預(yù)測性維護技術(shù)參數(shù)指標 |
預(yù)測性維護模型數(shù)量 |
6 |
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單節(jié)點系統(tǒng)最大支持監(jiān)測225000臺設(shè)備，最大測點容量1000000個 |
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智能監(jiān)控技術(shù)參數(shù)指標 |
支持多種報表及可視化模型，支持Web、APP、大屏展示 |
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智能告警技術(shù)參數(shù)指標 |
支持短信、郵件、APP告警，支持告警閾值自配置/自適應(yīng)，支持告警發(fā)送配置 |
三、技術(shù)方案說明
（一）、工業(yè)APP架構(gòu)
系統(tǒng)主要由設(shè)備層、邊緣計算層（含傳感檢測、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、邊緣計算）、基礎(chǔ)平臺層、服務(wù)層及客戶端呈現(xiàn)操作層組成。系統(tǒng)包括狀態(tài)傳感器、網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器（或PLC、DCS控制器）、遠程智能傳輸單元、遠程服務(wù)器、服務(wù)系統(tǒng)、遠程PC客戶端及移動客戶端。
設(shè)備層：主要包括被監(jiān)測的設(shè)備。
邊緣計算層：包含終端與網(wǎng)絡(luò)兩部分。終端部分主要由能夠監(jiān)測振動、溫度等設(shè)備運行狀態(tài)的的傳感器組成，傳感器能夠方便的安裝、使用、維護、更換，具備采集數(shù)據(jù)精度高、可靠性高等特點。網(wǎng)絡(luò)部分包含無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器、遠程智能傳輸單元等模塊，數(shù)據(jù)傳輸層提供多種方式（Zigbee等近場通信、NB-IoT等窄帶物聯(lián)網(wǎng)、4G/5G等蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)、Wi-Fi/有線網(wǎng)絡(luò)等以太網(wǎng)）完成監(jiān)測數(shù)據(jù)的上報、傳輸以滿足實際安裝環(huán)境的要求，同時傳送數(shù)據(jù)以滿足分析、預(yù)警的需要。
基礎(chǔ)平臺層：云計算的基礎(chǔ)設(shè)施，包括公有云、私有云、混合云、物理服務(wù)器等不同的形式。
服務(wù)層：包含數(shù)據(jù)分析平臺、應(yīng)用服務(wù)層。通過數(shù)據(jù)分析對采集到的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行存儲、建模、挖掘、分析，實現(xiàn)關(guān)鍵設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)的歷史分析、多維度分析、頻譜分析、故障預(yù)報、預(yù)警等。
呈現(xiàn)層：針對用戶提供多種服務(wù)接入方式，用戶可以通過手機APP、Web等不同方式訪問系統(tǒng)，可以實現(xiàn)用戶隨時隨地監(jiān)測關(guān)鍵設(shè)備運行狀態(tài)的需求，提高維護工作的便捷性及效率。
（二）、工業(yè)APP關(guān)鍵技術(shù)
1.數(shù)據(jù)采集技術(shù)，設(shè)備各維度監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集。
2.網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)，終端之間的互聯(lián)，終端與云端的互聯(lián)，支持多種網(wǎng)絡(luò)連接方式與部署方式。
3.邊緣計算技術(shù)，以邊緣網(wǎng)關(guān)為核心，充分利用系統(tǒng)內(nèi)的算力，部分功能可以下發(fā)到邊緣網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)。
4.工業(yè)安全技術(shù)，多層級的工業(yè)安全，并兼顧能耗。
5.云原生技術(shù)，所有組件基于云原生技術(shù)開發(fā)。
6.時序數(shù)據(jù)庫，著力于高性能查詢與存儲時序型數(shù)據(jù)。
7.機器學習，利用機器學習實現(xiàn)故障診斷，并訓(xùn)練相關(guān)識別模型，進一步提升診斷效能，達到越用越好的效果。
