工业互联网推动下升船机数字化应用探讨

王婷婷

摘 要：在工业互联网应用逐步深入的背景下，对不同行业工业互联网应用需求、特点和应用模式进行调研，对某升船机运维信息化现状进行分析，结合升船机数字化发展的目标，开展数字化需求分析，对升船机智能运维应用模式进行探讨，给出针对性的推进建议。

关键词：工业互联网;应用模式;数字化;需求;智能运维

中图分类号：U642         文献标识码：A            文章编号：1006—7973（2021）04-0069-03

近年来，随着大数据、云计算、物联网、5G技术等的发展，互联网正在迈入全新的时代，“工业互联网”正在掀起新的热潮。特别是5G与工业互联网的深度融合，把人与人之间的连接扩展到了人与物以及物与物之间的连接。我国重点行业工业互联网应用已处于从局部探索到路径形成的关键阶段 ，因此亟须找到一种适合升船机的数字化发展应用模式与路径，形成具有行业特色的工业互联网应用体系。

1工业互联网应用调研

2020年全国5G+工业互联网大会上，电力、煤矿、钢铁、汽车等行业已经普遍开展了数字化企业应用研究探索，如5G智慧电力展出的智能产品中，三峡升船机VR展示平台首次展示，通过游船视角对船舶经过升船机的运行过程进行了虚拟展示;电力智能生产管理MES信息系统实现了对全流域所有电厂发电产能、设备及设备状态参数进行监控和统一调度，将生产和业务流进行整合。钢铁、煤矿等生产行业，依托于5G通信的智能传感器和工业互联网的结合，使得恶劣的生产环境实现了无人值守，远程运维。航空、汽车等制造行业，AR/VR技术使得装配工艺可视化，质量工艺数据化。工业互联网作为数字化转型的关键支撑，在加快数字化、网络化、智能化发展上起到了至关重要的作用。

目前，美国、日本等世界发达国家都在加快推动5G与工业互联网的融合发展，美国得益于罗克韦尔、思科、IBM、微软等诸多领军企业的带动，云计算、大数据、人工智能等强大的技术能力，在水平化、互操作能力上占主导地位;日本则侧重工业机器人的应用。国内自2015年开始开展工业互联网试点示范项目推行工作，工业互联网迎来最好发展时机。华为、浪潮、中国商飞在数据采集、存储、分析、数据可视化以及数据安全等方面发挥领先优势，北京航空航天大学、哈尔滨工业大学、西北工业大学等在工业互联网产学研领域走在前列。

2国内升船机运维信息化现状和需求分析

（1）升船机运行操作系统特点。升船机依赖于其专有的工控系统，集合图像监控、传感检测等数据，实现了流程自动化、操作自动化以及HMI集中分布控制。随着数字化转型的到来，升船机的现场运行需求也拓宽，工业应用需求从传统的需求向全面细化的需求拓展。工业控制系统数据采集量大、数据类型多，但是对设备的状态监控并不齐全，部分关键设备状态尚无在线监测设施。因此从互联角度看，自动化、信息化、联网化水平还较低，尚处于工业2.0的阶段，无法支持工业互联网的全面数据采集和上层的监控、优化、分析应用，在工业互联网的深入推进上还有很长的路要走。

（2）日常业务流程特点。某升船机日常运维管理包括运行管理和设备管理，运行管理包括运行操作、船舶监护、日常安全管理等，设备管理又包括故障、缺陷、维护、点检、修理、备件管理等诸多业务流程，每个业务流程包含诸多环节，传统运维管理方式不再满足精细化管理需求，运维效率也极大地影响着通航效益。迫切需要将生产运行环节与业务流程相结合，辅之以智能手段，减少对人的依赖，实现各个环节更加精准、细致、高效的管理。

（3）信息管理系统现状。目前，大多数升船机运维管理仍然采用功能相对单一的信息化子系统，如工业控制系统、电子巡检系统、船舶安全预警系统、水情信息系统，各个系统采集专用的数据，完成相对单一的功能。且由于网络隔离，各系统之间数据不能共享。更有很多数据没有实现信息化，还处于电子化水平，如设备缺陷、故障数据，维护、检修数据等数据，历史数据只作为查询依据，没有被很好的共享。

（4）数据整合应用情况。升船机设备种类繁多，技术状态复杂，试通航初期积累了大量的设备运行、维护、检修数据，这些数据对升船机的运维管理具有十分重要的参考意义。目前由于系统的隔离，业务的隔离，大量升船机设备基础数据不能关联用于指导运维。经验决策依靠于人工积累。各类数据指标之间的互相影响，设备评价标准不一，不能较好反映设备状态。设备运行数据监控只在工业控制系统进行展示，无法与设备其他性能指标进行结合，进行设备状态实时预警。需要对众多信息进行综合分析，评价设备性能。目前部分在建的通航建筑物生产运行监控系统，已具备工业互联网应用雏形，将生产运行数据與设备管理数据融合在一个系统，但在升船机模块，尚未形成不同类型数据整合利用的功能。

3升船机数字化应用模式研究

数字化本质上是把人的经验，用数据模型和数据结构进行支撑，让它能自动地模拟人的动作和决策，这也是升船机智能运维最本质的需求。

（1）VR计算机仿真系统应用。数字化进程将人从现实世界带到虚拟世界，其中最主要的成果之一是催生了虚拟现实技术发展。基于VR的计算机仿真系统以其信息多源性、交互性在升船机也拥有较大研究空间。长江电力开发了升船机VR平台，但空间贴图相对单一，设备结构简单。因此，作为典型升船机运维管理单位，开发以设备为对象的升船机虚拟系统仍具有十分重要的意义。同时依托VR计算机仿真系统，可定制标准化的作业流程，可很好的用于升船机设备维护工艺成果推广应用。

（2）基于大数据的在线故障诊断。大数据的实质是把原本看似不相干的数据放到一起，建立关联性，辅之以人的决策，推导出相应的结论。对升船机工控系统采集的数据，使用大数据技术对它们进行分析，反映监控实时数据在历史数据中所处的水平，以此来实现对于故障的预判。同时也可以通过研制特有在线监测传感器，对工控系统中未能采集监测到的状态补充完善，在工业互联网系统中进行融合。故障诊断向智能化、数字化方向发展，新型在线监测模式慢慢过渡，有望将全生命周期的设备管理真正从管理端延伸至生产前端，实现对设备运行数据纵向分析。

（3）基于大数据的预防性维修。在现有的运维管理模式中，维修维护更多的是靠着“老师傅”或是技术人员的工作经验，故其中存在着很大的主观性，容易造成过度维修浪费经费和缺乏维修。而当大数据技术加持的工业互联网应用之后，这种由技术人员通过主观经验而确定维修计划的方式将会变得更加有数据支撑。大数据将会根据此种运行参数和设备的历史损坏记录而建立相应的数据库，不仅仅是一个系统的设备数据会连入此数据库，其他系统的此设备信息都可以连入此数据库。大数据根据人为制定的指標评价体系，结合以往的维修记录，根据指标体系的确定在什么时候对设备进行什么样的保养，或临时采取最经济合适的手段继续使用该设备，并极大地减少意外停航的发生。

构建集升船机BIM建设管理、移动互联人工巡检、无损检测、在线监测、设备管理、水情、气候、交通流等全方位信息于一体的数据获取、采集、处理、分析、利用、反馈的数字化运维平台，通过统一的数据类型、接口标准，保证不同系统间互联互通，未来可进一步形成大型升船机信息资源库，可最大限度地利用和发挥数据的价值，形成资源共享，为协同分析决策奠定基础。

4推进升船机智能运维，需重点解决的问题

（1）底层数据和数据关联性问题。对升船机而言，在推进智能运维的过程中，不仅需要解决信息系统的开发问题，更重要的是，解决底层数据问题。针对目前设备状态数据多而不全，信息系统杂而不融，数据量大但关联性低等问题，还需要健全关键设备在线监测手段，对各类信息系统的有用数据进行筛选，研究各类型数据在用法上的关联性，研究不同信息化系统接口的问题。如果数据、工艺层面不能实现标准化，数字化系统就会受到限制，利用效率也会比较低下。智能升船机的建设不是一蹴而就，而是要逐步迭代。在这个过程中，要充分的挖掘各种数据的价值，完善数据、规范各种工艺标准和指标体系。

（2）适应性问题。在工业互联网典型的虚拟技术应用中，通过AR远程设备巡检和维护、故障处理分步指引以及可视化远程运维协助等，在升船机的应用也有较大潜力。但是要最大程度保证设备灵活性和轻便性，AR设备需通过无线网络实时获取选信息，对于网络性能有着极高的要求，而这在升船机现场实施有较大难度。因此，通过增强现实技术达到远程运维的设想难以实现，只能选择单机的VR仿真系统，实用性降低，但可以在流程复杂的作业上寻求创新突破。

（3）网络和信息安全问题。传统工业控制系统的数据采集、可编程逻辑控制器及终端数据处理，采用专用的硬件、软件和通信协议，在设计上优先确保系统的高可用性和业务连续性，缺乏有效的安全防御措施，也没有对外通信必须考虑的网络安全问题。随着数字化转型以及大数据、云计算等新技术大规模使用，使原本独立的控制系统走向开放，由单机走向互联。自动化走向智能化，也会带来了设备、网络、控制及数据等方面的安全隐患，连接设备越多，面临的安全风险越大。

5 结语

升船机的运维管理必然朝着网络化、标准化、时效化、数字化、智能化方向转变，搭建数字化升船机运维平台，将现代信息技术与升船机在线状态监测、性能评估、风险预警、养修决策等层面相融合，将催生升船机运维管理与维护技术和体系的变革，为国内升船机的维护关键技术发展打下坚实基础。

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