基于物联互联的设备管理应用平台研究

曲振华

（中交一航局第二工程有限公司，山东 青岛 266000）

1 项目摘要

1.1 项目必要性

（1）从社会要求来看，目前中国工程机械设备保有量近1000万台，因对设备操作不当造成的安全事故占事故总数的88%，主要原因是对设备的操作技术要求高，不熟练的操作存在安全事故风险。如何设计出更智能化的设备，如何利用移动物联网的技术将设备从物理世界引入到虚拟世界，进而能够实现远程虚拟操控，最终降低对人的依赖来降低安全事故的发生，这是工程装备制造业必须要向社会承诺解决的难题。（2）在新增工程量放缓的情况下，建筑企业也必将精耕细作，将从原来人海战转向如何使用好设备，人到机的转型要求利用物联网技术把设备与设备进行互联互通，利用移动互联网技术将人与设备进行互联互通，这是施工单位的使命和定位。

1.2 项目愿景

应用物联网及大数据技术，将海量数据统一采集、筛选、分析、挖掘，在云端储存，应用于前端智能服务平台，用户通过智能服务平台能够随时随地享受科学、智能的运营管理服务，提升施工单位生产经营效率、节约运营成本、保障生产和设备安全。

1.3 项目概览

巫家坝设备管理平台是由中交一航局联合中联重科共同研发的集工业物联网、互联网、云计算、大数据技术于一体的工程机械设备智能管理平台，包含设备管理、项目管理、分析统计、健康管理6大功能模块。

平台突破性地帮助客户解决了安全事故频发、运营成本高、设备利用率低等管理痛点：（1）通过故障预警、保养提醒等远程运维服务以及人员操作行为监控，有效的延长了设备寿命，在降低维修成本的同时也降低了因设备操作不当造成的安全事故发生率。（2）通过快速、智能的设备调度和科学的人员排班，显著延长了设备有效工作时长。（3）通过监控操作人员的操作行为，改善操作习惯，帮助客户大大降低了运营成本

2 项目建设方案

2.1 项目主要建设内容

（1）面向普通机手、设备管理人员等提供轻量级移动APP（产品名称：巫家坝设备管理平台），助力设备管理、项目管理、设备监控等；（2）构建移动物联网技术基础，支撑行业移动互联网解决方案联合中联重科构建产品360度生命周期管理能力，支撑销售、售后、产品研发能力提升。通过物联网与大数据技术集中化智能化管理各类设备，带来竞争性价值：①按客户/产品等多维度可视设备分布、热力图、开工率、故障率等。②设备作业数据实时分析，预警式诊断方案将设备维修和闲置时间减少到最小。③故障数据汇总分析，诊断故障质量问题，构建故障知识库，为研发改进提供数据支撑。

2.2 项目详细方案（图1）

图1

（1）面向客户移动互联网应用。实现客户运营的智慧化。主要功能：

①设备管理——提升设备运行效益。设备详情：通过内嵌传感回传数据，实现远程在线检测功能，可在故障或报修时前往修理；可在线实时查询设备基本信息包括：类型、编号、出厂时间、最后在线以及所在地点等；设备配件列表，可链接至网上商城对应页面方便用户快捷选购。 实时定位：通过工程机械设备上的智能终端，上传设备的实时位置信息，为售后服务人员，例行巡检、售后维修、现场升级提供便捷的位置信息查询服务，为客户提供设备的位置信息快速查找服务。

轨迹回放：在地图上展示设定查询的时间段设备的历史运行轨迹，为信用专员、法务专员监控设备运行状态、进行远程锁车/解锁提供辅助参考，方便用户监控设备运行状态。通过选定特点时间，可查看设备的位置、运行轨迹，客户可以监控设备是否干私活。

远程停开机：通过对设备编号和终端编号的识别，精确地识别出目标设备，进行远程锁车和解锁。

②健康管理——保障设备运行安全，提升有效工作时长。故障自动报警及故障诊断：建成混凝土机械、起重机械、建筑机械的故障库，老设备可通过传感检测到部分故障，智能产品更是在开机、运行和停机过程中利用关键零部件进行数据采集，实现产品监控状态全程掌控，并逐步形成和完善三级故障诊断：对于非常紧急影响机器正常施工的故障报警及时通知客户和维修工程师进行维修，大大降低设备停机时间；对于轻微暂时不影响机器正常施工的故障报警通知客户，告知客户解决方法进行自主维修。

③项目管理。项目列表：为用户提供工程项目的建立、编辑、关闭等功能，为及时进行工程信息共享提供支持，针对其工程项目的建设情况、工程进度，提供作业汇总统计，并对比工程计划及时提供工程预期和结束时间预警提示。

电子围栏：通过在地图上绘制圆形区域，并设定监控时间、进出区域、滞留时长及关键参数变化的判断标准，就目标设备对预先设置好的相关人员进行报警提示。

异动监控：按项目进行设备异动监控，针对设备不在规定范围内作业、违规操作等状态进行报警。例如搅拌车，在工地外卸料将进行报警提醒，偏离设定的行驶路线500米以上将进行报警。监控设备实时车速，若车速超过指定阈值则对超速信息进行主动推送。

④运营分析。降低设备运行成本。设备的运行成本主要包括燃油成本、维修成本和人力成本。大数据平台对客户最为关心的数据进行统计和分析服务，通过巫家坝设备管理平台推送给客户。

数据统计

巫家坝设备管理平台将单台设备的工作时长、里程、油耗、工作量等数据，以及所有设备的总工作量、开工率等数据按日/周/月进行统计，方便用户随时查看。

（2）构建移动物联网技术基础，支撑行业移动互联网解决方案

①整体框架与方式。智能网关通过CAN/485/232总线与设备电控系统连接，获取设备相关信息；通过蓝牙技术(Bluetooth)与周边配套设备（如：中联手环）进行短距离通讯；利用WiFi信号/4G网络传输数据。智能网关搭载了大量的高精度传感器，可以以更高频率采集到更多维度、更高质量的设备相关数据。

②应用场景—在线检测。利用智能网关采集设备提供的一切有用信息，经过分析处理以获得最能识别设备状态的特征参数，进行在线检测。机械设备运行时产生多种信息，当其功能逐渐劣化时，就出现相应的异常信息，如机器的状态变化而产生的异常振动、噪声、温度等机械信号；机械劣化过程产生的磨损微粒、油液及气体成分变化的化学信号等。利用传感器对最敏感的故障特征信号采集，进行状态监测，做出正确的分析和诊断，可以及时预测机器设备可能发生的故障。

2.3 技术路线

（1）互联网及移动互联网技术。互联网及移动互联网技术架构。巫家坝设备管理平台主要采用java为开发语言，互联网及移动互联网应用开发上采用ssh、velocity+spring+mybits、ssm等多种开源框架使用功能模块化、集成化、接口化的开发模式，发布架构上采用cdn、反向代理、数据读写分离、数据库主从互备等技术使应用能更稳定、更安全、更容易扩展，程序发布上采用ant+winscp+shell脚本的方式实现了开发、测试和生产环境打包发布的一键式发布功能。

（2）智能网关技术。针对传统数据采集终端无存储、无预处理、高度依赖移动网络信号强度、无法实现远程系统升级等缺陷，巫家坝设备管理平台采用了新一代智能网关，应用了边缘计算技术和NB-IOT技术，不仅可以实现本地存储、数据延迟回传/断点续传、远程升级功能，同时也嵌入轻量级数据分析模型，通过实时高频率（毫秒级）数据采集进行边缘计算处理，大部分数据分析判断都可以在网关完成。目前是国内工程机械行业技术水平最高、自主创新最强、功能最全面的首创性智能网关。