1、第 48 卷 第 3 期Vol.48 No.3FORGING&STAMPING TECHNOLOGY 2023 年 3 月Mar.2023基于工业互联网的重型锻造液压机远程运维系统的架构及功能张 胜1,计 鑫2,赵 华3,李 丽4,张文博5(1.机科发展科技股份有限公司,北京 100044;2.天津市天锻压力机有限公司,天津 300142;3.机械工业仪器仪表综合技术经济研究所,北京 100055;4.北京科技成果转化服务中心,北京 100051;5.中国国际工程咨询有限公司,北京 100048)摘要:重型锻造液压机传统运维多采用定期检查和事后故障维修的方式,已不能满足新一代锻压装备的智能化、
2、信息化需求。针对该问题,提出了基于设备层、采集层、传输层、数据层、服务层、展现层 6 层运维系统架构的远程运维设计思路,并针对运维平台的网络拓扑、软硬件部署、数据管理、网关连接与网页呈现等关键技术进行了研究,实现了对不同型号的锻造液压机进行统一管理运维的功能,指导了重型锻造液压机远程运维平台的建议促进了重型锻造液压机运维方式向数字化、智能化方向发展。关键词:液压机;远程运维;数字化;工业互联网;故障诊断DOI:10.13330/j.issn.1000-3940.2023.03.026中图分类号:TG315.4 文献标志码:A 文章编号:1000-3940(2023)03-0180-07Arch
3、itecture and function on remote operation and maintenance system for heavy forging hydraulic press based on industrial internetZhang Sheng1,Ji Xin2,Zhao Hua3,Li Li4,Zhang Wenbo5(1.Machinery Technology Development Co.,Ltd.,Beijing 100044,China;2.Tianjin Tianduan Hydraulic Press Co.,Ltd.,Tianjin 30014
4、2,China;3.Instrumentation Technology and Economy Institute,Beijing 100055,China;4.Beijing Scientific and Technological Achievements Transformation Service Center,Beijing 100051,China;5.China International Engineering Consulting Co.,Ltd.,Beijing 100048,China)Abstract:The traditional operation and mai
5、ntenance adopts the methods of regular inspection and post-malfunction maintenance for heavy forging hydraulic press which cannot meet the intelligent and information requirements of the new generation of forging equipment.For this problem,the remote operation and maintenance design idea of the six-
6、layer operation and maintenance system architecture was put forward based on the device layer,acquisition layer,transmission layer,data layer,service layer and display layer,and the key technologies such as network topology,software and hardware deployment,data management,gate connection and web pag
7、e presentation of the operation and maintenance platform were also studied to realize the function of unified management,operation and maintenance for different types of forging hydraulic presses,which could guide the construction of remote operation and maintenance platform for heavy forging hydrau
8、-lic press and promote the development of the operation and maintenance mode for heavy forging hydraulic press towards digitalization and intelligence.Key words:hydraulic press;remote operation and maintenance;digitization;industrial internet;fault diagnosis收稿日期:2022-05-09;修订日期:2022-08-16基金项目:工信部、财政
9、部智能制造综合标准化与新模式应用项目作者简介:张 胜(1981-),男,双学士,研究员E-mail:zhangsheng 随着材料科学和控制技术的不断进步以及客户生产工艺不断提升,锻造制品的品质要求不断提高1,对重型锻造液压机的智能化和信息化水平也提出了更高的要求2。重型锻造液压机已经从传统的能够实现单一功能的自动化装备转变为涉及机械、液压、控制、传感、信息技术和具有自学习能力的智能化装备3。因此,原有的检查和维修人员的专业技能以及常规的定期检查和事后故障维修方式已经不能够满足新一代锻压装备的运维需求4。目前,制造业中针对轨道交通设备、机械加工装备、起重机、工业机器人、色选机、电机设备、包装机
10、等均有相关研究5-12,但相对重型锻造液压机来说设备功能相对简单、加工对象价值相对较低。因此,本文针对地域分布广泛的重型锻造液压机进行远程状态监测、故障征兆匹配及诊断,可在短时间内充分调动故障诊断、预测和维修服务资源,实现对系统及时、精准诊断与合理维护,减少用户损失,提升服务质量;同时,在重型锻造液压机远程运维的过程中收集大量装备和部件健康状态监测数据,为制造商的后续运维管理提供更多有用数据,从而可以建立更加可靠、完备的远程运维体系。本文介绍了天锻的重型锻造液压机远程运维平台,提出了基于 IT 系统架构的信息化平台建设方法,实现了装备远程运维整体架构设计,是指导企业建设远程运维服务的基础,可在
11、数据采集、数据监测的基础上实现智能运维、辅助决策等目的。1 平台系统架构天锻重型锻造液压机远程运维平台系统架构遵循设备层、采集层、传输层、数据层、服务层、展现层 6 层架构的设计思路,平台系统架构如图 1 所示,包括设备现场、远程传输、远程运维中心 3 部分,其中:设备层和采集层隶属于设备现场;传输层属于远程传输,实现现场采集数据的远程传输;数据层、服务层和展现层隶属于远程运维中心,远程实现数据管理、服务及展现。系统采用微服务架构,相关功能服务有配套应用程序编程接口(Ap-plication Programming Interface,API),可以基于系统的 API 进行业务二次开发。图 1
12、 平台系统架构图Fig.1 Architecture diagram of platform system (1)设备层设备层包括试验验证装备、用户企业装备等,通过锻造液压机部署的传感器等感知设备,对生产现场的装备进行数据采集。(2)采集层采集层通过每台装备上增加 1 个 4G 工业互联网网关(采用深圳赛远自动化系统有限公司的 SA-IOT8-4G 物联网关)对不同物理位置的设备进行数181第 3 期张 胜等:基于工业互联网的重型锻造液压机远程运维系统的架构及功能 据采集与协议转换。图 2 为物联网关设备。图 2 物联网关设备Fig.2 Internet of things gateway d
13、evice(3)传输层传输层可以部署 VPN 有线或基于 4G/5G LTE私有或运营商公网等无线通信网络,对采集数据进行传输。本平台的传输层采用 4G/5G 运营商(中国联通)公网进行传输。(4)数据层数据层负责存储管理平台基础数据、设备运行数据、设备存档资料、现场流媒体数据等,数据类型包括结构化数据、半结构化数据和非结构化数据。系统将装备静态数据直接存储至数据库;将装备动态数据通过物联网关上传系统,系统进行数据解析并存储至数据库,系统同时发送实时数据进行实时显示。系统充分考虑存储在磁盘上数据的 I/O负载均衡性能,满足不中断使用。装备的数据源既有实时数据、历史数据、空间矢量数据等结构化数据
14、,也有配置文件数据等半结构化数据,同时还有视频流媒体数据等非结构化数据,因此,应充分考虑结构化数据、半结构化数据以及非结构化数据的存储,如表 1 所示。表 1 平台数据存储方式Table 1 Method of platform data storage数据类型存储方式实时数据结构化数据库历史数据结构化数据库空间矢量数据结构化数据库配置数据半结构化数据库流媒体数据非结构化数据库(5)服务层服务层建设数据采集、数据统计与分析、角色与用户管理、设备信息管理、物联设备信息管理、故障诊断、故障知识库、故障案例库、预测性维护、点检管理和接口扩展与开发等系统模块。图 3 为故障知识库服务界面。图 3 故障
15、知识库服务界面Fig.3 Service interface of fault knowledge base281锻压技术 第 48 卷 (6)展现层展现层可实现重型锻造液压机数据显示、故障推送、预测维护推送、设备信息、人员信息等内容的呈现。图 4 为天锻车间运维中心。图 4 运维中心效果图Fig.4 Effect diagram of operation and maintenance center2 平台网络拓扑重型锻造液压机远程运维平台网络拓扑如图 5所示,网络拓扑划分为试验验证平台运维中心网和传输网两部分。运维中心网包括有线网络、wifi 无线网络和基于 4G 的移动网络。有线网络用于
16、数据库服务器、应用服务器、远程运维平台 PC 端和运维大屏幕的网络连接;无线网络用于移动应用端的网络连接。图 5 系统网络拓扑图Fig.5 System network topology diagram 传输网包括 4G 工业互联网网关和现场设备网络连接。4G 工业互联网网关用于将分布在用户现场的数据接入到远程运维平台;现场设备网络用于连接现场设备、视频监控系统、现场工业控制计算机等。3 系统的软硬件部署重型锻造液压机远程运维平台基于 B/S 架构开发,采用企业内部私有云的部署方式。系统 V1.0版本的硬件部署包括:服务器、磁盘阵列、防火墙网关、工业交换机和工作站等硬件。通过服务器专用管理端口配置服务器 IP 地址,然后通过工作站访问路由器对内部服务器的地址、端口号进行映射,再进入阿里云对互联网固定 IP 地址进行解析,最终得到系统的外网访问地址,如http:/www.tianduan.pro/device/#。平台运行服务器采用了虚拟化部署方式,平台需支持的软件部署清单如表 2 所示;工作站安装有虚拟机,可进入服务器的两个操作系统,即虚拟机381第 3 期张 胜等:基于工业互联网的重