DHMS設(shè)備安全與可靠性管理系統(tǒng)
一、企業(yè)簡介
蘇州德姆斯信息技術(shù)有限公司成立于2016年10月25日，注冊資金750萬元。公司以“讓工業(yè)更安全、設(shè)備更可靠、管理更簡單”為使命，踐行“專業(yè)、品質(zhì)、創(chuàng)新、服務(wù)”的理念，專注于為客戶提供專業(yè)的設(shè)備信息化、智能化解決方案以及設(shè)備遠(yuǎn)程在線健康管理云服務(wù)。
公司已在全國建立6個銷售部和1個市場部，銷售團(tuán)隊(duì)有20多人，分別負(fù)責(zé)山東、山西、內(nèi)蒙、新疆、陜西以及西南地區(qū)的產(chǎn)品銷售。累計(jì)服務(wù)企業(yè)46家，平臺管理與監(jiān)控的設(shè)備總計(jì)423臺，重點(diǎn)監(jiān)控設(shè)備包括風(fēng)機(jī)、煤氣加壓機(jī)、冷卻泵、凝結(jié)泵、輸送機(jī)、通風(fēng)機(jī)、高壓離心注水泵等。
蘇州德姆斯信息技術(shù)有限公司自主研發(fā)的DHMS設(shè)備健康管理云平臺，綜合利用智能傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、邊緣計(jì)算等技術(shù)，建立設(shè)備全生命周期的數(shù)據(jù)管理，為用戶提供設(shè)備遠(yuǎn)程運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測、故障預(yù)警、預(yù)測性維修、遠(yuǎn)程維護(hù)、故障診斷、售后服務(wù)管理以及客戶關(guān)系維護(hù)等端到端的解決方案。
公司擁有一支30余人的控制與軟件專業(yè)開發(fā)團(tuán)隊(duì)，在嵌入式控制、數(shù)據(jù)庫管理、網(wǎng)絡(luò)工程、無線通信等方面處于業(yè)內(nèi)領(lǐng)先水平，擁有博士、碩士學(xué)位的研究人員10余人。
公司的管理和技術(shù)團(tuán)隊(duì)在設(shè)備監(jiān)測與故障診斷領(lǐng)域有著豐富的科研和工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，并與國內(nèi)主要的科研院所、工程設(shè)計(jì)研究院等建立了廣泛的合作和交流機(jī)制。
近三年，公司累計(jì)申報(bào)專利45項(xiàng)（其中19項(xiàng)發(fā)明專利），獲得軟件著作權(quán)15件，軟件產(chǎn)品9件。為江蘇省民營科技企業(yè)、江蘇省高企入庫企業(yè)、軟件企業(yè)、三星級上云企業(yè)、CMMI3認(rèn)證企業(yè)，并于2020年4月通過GB/T19001-2016質(zhì)量管理體系和ISO14001:2015環(huán)境管理體系認(rèn)證。產(chǎn)品取得國家質(zhì)量檢測中心安標(biāo)和防爆認(rèn)證。
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在平臺服務(wù)的客戶中，故障停機(jī)率平均降低40%，維保成本平均降低30%，決策效率平均提高50%，同時實(shí)現(xiàn)設(shè)備監(jiān)測全覆蓋，物理資源數(shù)字化，整體生產(chǎn)安全性得到明顯提高。
公司不僅具備產(chǎn)品研發(fā)和市場開發(fā)隊(duì)伍，而且具備項(xiàng)目售前-項(xiàng)目實(shí)施-售后-后端服務(wù)等完整項(xiàng)目實(shí)施能力。
二、工業(yè)APP簡介
（一）、問題定位
行業(yè)痛點(diǎn)：
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(diǎn)。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(jī)不僅造成經(jīng)濟(jì)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(hù)、過度備件等問題，但維護(hù)不足又會導(dǎo)致意外停機(jī)，直接造成生產(chǎn)損失。
3.目前大多缺乏科學(xué)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和先進(jìn)的預(yù)測性故障診斷及預(yù)警機(jī)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(shí)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(yùn)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(bào)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(zhǔn)確掌握設(shè)備運(yùn)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(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)設(shè)備預(yù)測性維護(hù)、設(shè)備信息管理、故障原因統(tǒng)計(jì)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(jìn)行故障預(yù)測性分析與診斷，消除過度維護(hù)，轉(zhuǎn)化意外停機(jī)為計(jì)劃內(nèi)停機(jī)，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(jìn)行實(shí)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(shí)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(yùn)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(dāng)下發(fā)展趨勢，符合國家政策導(dǎo)向。
（二）、創(chuàng)新點(diǎn)
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(diǎn)的增加而增加。系統(tǒng)組件可以獨(dú)立升級、獨(dú)立維護(hù)，十分靈活。云原生技術(shù)事實(shí)上興起于云計(jì)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(jì)。系統(tǒng)面向數(shù)字孿生，目前已經(jīng)實(shí)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(qiáng)數(shù)據(jù)同步，可以在現(xiàn)有架構(gòu)上實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生。這是一項(xiàng)面向未來的設(shè)計(jì)。
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(jì)算的實(shí)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(shí)現(xiàn)邊緣計(jì)算已經(jīng)在線上運(yùn)行將近半年，技術(shù)處于領(lǐng)先地位。
4.終端在設(shè)計(jì)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(shí)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(jì)、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(yùn)行參數(shù)的遠(yuǎn)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(jìn)行實(shí)時診斷。對于普通故障，專家也會進(jìn)行復(fù)核，并出具包含行動建議在內(nèi)的專業(yè)的診斷報(bào)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(yùn)行數(shù)據(jù)分析、累計(jì)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(jì)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(xì)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(jī)器學(xué)習(xí)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(jìn)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(shí)現(xiàn)IT系統(tǒng)的整合。
（四）、功能和技術(shù)指標(biāo)優(yōu)勢
指標(biāo)1：設(shè)備數(shù)據(jù)采集能力
溫度測量技術(shù)參數(shù)指標(biāo) | 量程（℃） | -80~600 |
測量精度（℃） | 0.1 | |
電氣防爆等級（認(rèn)證） | IP67 | |
操作溫度（℃） | -60~250 | |
操作壓力（kPa） | 0~20 | |
是否支持無線通信模塊擴(kuò)展 | 是 | |
是否具備自主知識產(chǎn)權(quán) | 是 | |
工業(yè)HART協(xié)議數(shù)量（個） | 200 | |
設(shè)備種類列舉：旋轉(zhuǎn)機(jī)械與往復(fù)機(jī)械、環(huán)境等 | ||
數(shù)據(jù)采集信息類型列舉： 溫度 | ||
安全及可靠性評價列舉：性能穩(wěn)定，線性度高 | ||
其他優(yōu)勢指標(biāo)列舉：響應(yīng)快，對電噪聲不敏感 | ||
壓力測量技術(shù)參數(shù)指標(biāo) | 量程（kPa） | 20000 |
測量精度（%FS） | 1 | |
電氣防爆等級（認(rèn)證） | IP65 | |
操作溫度（℃） | -20~70 | |
操作壓力（MPa） | 0~20 | |
是否支持無線通信模塊擴(kuò)展 | 是 | |
是否具備自主知識產(chǎn)權(quán) | 是 | |
工業(yè)HART協(xié)議數(shù)量（個） | 200 | |
設(shè)備種類列舉：壓縮機(jī)等 | ||
數(shù)據(jù)采集信息類型列舉：壓力 | ||
安全及可靠性評價列舉：防震、防潮 | ||
其他優(yōu)勢指標(biāo)列舉：聯(lián)網(wǎng)自動較時，定時主動上報(bào)，上報(bào)周期可任意設(shè)置 | ||
物位測量技術(shù)參數(shù)指標(biāo) | 量程（m） | 100~1800 |
測量精度（m） | 1 | |
電氣防爆等級（認(rèn)證） | IP67 | |
操作溫度（℃） | -40~85 | |
操作壓力（MPa） | 0~20 | |
是否支持無線通信模塊擴(kuò)展 | 是 | |
是否具備自主知識產(chǎn)權(quán) | 是 | |
工業(yè)HART協(xié)議數(shù)量（個） | 100 | |
數(shù)據(jù)采集信息類型列舉：位移、位置 | ||
旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動測量技術(shù)參數(shù)指標(biāo) | 加速度量范圍（g） | -50~50 |
速度量范圍（mm/s） | 0.1～200.0 | |
位移量范圍（μm） | 1～8 | |
測量精度（%FS） | 0.02 | |
可傳輸距離（m） | 140 | |
電氣防爆等級（認(rèn)證） | IP67 | |
可承受大沖擊（g） | 1000 | |
操作溫度（℃） | -40~85 | |
是否支持無線通信模塊擴(kuò)展 | 是 | |
是否具備自主知識產(chǎn)權(quán) | 是 | |
工業(yè)HART協(xié)議數(shù)量（個） | 100 | |
設(shè)備種類列舉：往復(fù)壓縮機(jī)。風(fēng)機(jī)、水泵、汽輪機(jī) | ||
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(biāo)2：預(yù)測性維護(hù)服務(wù)能力
預(yù)測性維護(hù)技術(shù)參數(shù)指標(biāo) | 預(yù)測性維護(hù)模型數(shù)量 | 6 |
單節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)最大支持監(jiān)測225000臺設(shè)備，最大測點(diǎn)容量1000000個 | ||
智能監(jiān)控技術(shù)參數(shù)指標(biāo) | 支持多種報(bào)表及可視化模型，支持Web、APP、大屏展示 | |
智能告警技術(shù)參數(shù)指標(biāo) | 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(jì)算層（含傳感檢測、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、邊緣計(jì)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(yuǎn)程智能傳輸單元、遠(yuǎn)程服務(wù)器、服務(wù)系統(tǒng)、遠(yuǎn)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(jì)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(yùn)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(hù)、更換，具備采集數(shù)據(jù)精度高、可靠性高等特點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)部分包含無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器、遠(yuǎn)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(bào)、傳輸以滿足實(shí)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(jì)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(jìn)行存儲、建模、挖掘、分析，實(shí)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(bào)、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(jī)APP、Web等不同方式訪問系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)用戶隨時隨地監(jiān)測關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的需求，提高維護(hù)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(jì)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(shí)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(jī)器學(xué)習(xí)，利用機(jī)器學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)故障診斷，并訓(xùn)練相關(guān)識別模型，進(jìn)一步提升診斷效能，達(dá)到越用越好的效果。
四、應(yīng)用情況描述
（一）、應(yīng)用場景描述
各行業(yè)關(guān)鍵、核心設(shè)備的預(yù)測性維護(hù)及全生命周期管理場景，包括廠礦、油田、井下等復(fù)雜環(huán)境。
（二）、商業(yè)化情況
淮北礦業(yè)集團(tuán)是安徽的大型煤炭集團(tuán)企業(yè)，集團(tuán)公司建設(shè)了設(shè)備管理信息化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)集團(tuán)公司設(shè)備資產(chǎn)臺賬統(tǒng)計(jì)查詢、租賃調(diào)撥等使用管理、保養(yǎng)維修管理、備品備件管理等功能。并建設(shè)了生產(chǎn)監(jiān)督和調(diào)度系統(tǒng)，通過各礦綜合自動化平臺，收集部分生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了集團(tuán)公司對礦井主要生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行情況的監(jiān)測。
然而，現(xiàn)有的設(shè)備管理、生產(chǎn)監(jiān)督和調(diào)度系統(tǒng)僅實(shí)現(xiàn)了對礦井生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的簡單采集、監(jiān)測，而對設(shè)備的故障預(yù)警、智能診斷、趨勢分析等方面還是一個空白，主要存在以下問題：
1.設(shè)備運(yùn)行參數(shù)采集方面：因投入及重視程度原因，自動化系統(tǒng)建設(shè)過程中對控制部分建設(shè)比較重視，而現(xiàn)場運(yùn)行參數(shù)監(jiān)測各類傳感器不全且損壞后更新不及時，導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行參數(shù)采集不全。
2.故障預(yù)警方面：生產(chǎn)監(jiān)督和調(diào)度系統(tǒng)僅實(shí)現(xiàn)了對礦井生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的簡單實(shí)時監(jiān)測，無法實(shí)現(xiàn)對各運(yùn)行參數(shù)的長期運(yùn)行情況圖表展示，以及數(shù)據(jù)異常告警。
3.故障診斷方面：設(shè)備發(fā)生故障后，現(xiàn)場人員只能依靠個人經(jīng)驗(yàn)、聯(lián)系同事及生產(chǎn)廠家進(jìn)行處理，故障處理很難做到及時，且每次故障處理后形成的經(jīng)驗(yàn)不能得到有效地收集、整理、共享。
上述痛點(diǎn)問題在行業(yè)內(nèi)具有代表性，是典型痛點(diǎn)所在。
蘇州德姆斯信息技術(shù)有限公司于2019年4月和淮北礦業(yè)集團(tuán)合作，把“DHMS工業(yè)設(shè)備健康管理和智能故障診斷云平臺”做適應(yīng)性修改后在淮北礦業(yè)集團(tuán)以私有部署形式安裝運(yùn)行，系統(tǒng)已經(jīng)上線并穩(wěn)定運(yùn)行16個月，有效解決上述痛點(diǎn)問題，并與集團(tuán)的多個第三方系統(tǒng)和軟硬件進(jìn)行對接，是設(shè)備健康管理和智能故障診斷的典型案例。
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