基于工業互聯網平臺和新一代無線技術的工業機器人故障檢測測試床
引言
北京航天智造科技發展有限公司（以下簡稱公司），隸屬于中國航天科工集團公司，是航天云網科技發展有限責任公司的總體部與技術研究院，是航天科工集團公司云制造技術研發中心，中國“工業互聯網產業聯盟”標準化組組長單位，中國信息系統集成及服務行業聯盟智能制造專業委員會主任委員單位和秘書處單位，科技部復雜產品智能制造系統技術國家重點實驗室的核心組成單位，工信部首批智能制造試點示范單位和工信部首批中德智能制造合作試點示范企業。
公司秉承“信息互通、資源共享、能力協同、開放合作、互利共贏”的核心理念，積極響應“中國制造2025”和“互聯網+行動計劃”國家戰略規劃，致力于打造世界首批、中國首個工業互聯網平臺——航天云網（INDICS平臺），積極推進基于“互聯網+先進制造業”的云制造業務模式。公司研發的航天云網（INDICS平臺）是根據中國國情以及信息化時代工業產業發展大趨勢，所設計的中國工業互聯網使命框架，平臺高效整合和共享國內外高、中、低端產業要素與優質資源，以資源虛擬化、能力服務化的云制造為核心業務模式，針對當前我國制造企業水平參差不齊，工業1.0、工業2.0和工業3.0并存的現狀，以提供覆蓋產業鏈全過程和全要素的生產性服務為主線，面向企業、政府、創業者提供完善的“互聯網+先進制造業”解決方案，有效促進中國制造業1.0/2.0/3.0/4.0的全面提升，獲得了第17屆中國國際工業博覽會創新金獎。
一、關鍵詞
工業互聯網平臺、新一代無線通信網絡技術、CarbonData
二、測試床項目概述
基于工業互聯網平臺和新一代無線技術的工業機器人故障檢測測試床是由天智公司、華為公司和華數公司共同打造的基于新一代無線技術低功耗廣域通信技術和大數據等互聯網技術的綜合解決方案。測試床的建設地點位于北京市和廣東省佛山市。在北京市建設測試床中的工業互聯網平臺及大數據部分，在廣東省佛山市建設測試床中的工業機器人設備接入部分。
該測試床滿足基于工業互聯網平臺的工業機器人智能故障診斷的需求，幫助工業機器人公司完成企業的轉型升級，共同推進新型機器人智能化管控建設，推進故障預測的規模化和常態化，共同打造智能機器人智能服務的示范樣板和行業標桿，并有廣泛適用性，未來可在行業中推廣應用。
三、測試床項目解決方案
3.1解決方案架構
本測試床通過INDICS工業互聯網平臺和Carbondata技術獲取匯總機器人的實時任務信息和狀態信息，形成智能機器人的數據知識庫，通過數據挖掘技術，選擇合適的預測模型對工業機器人的健康狀況進行預測，并給出最佳維護、檢修工作方案；對機器人產線可能出現的復雜故障，利用機器人工業互聯網平臺提供的工業機器人交互式故障診斷，為用戶提供交互式的故障診斷定位方式，大大提升故障定位并解決的效率，降低因機器人故障帶來的生產損失。應用架構如下圖所示：
圖1測試床應用架構
主要包括三個部分：
平臺層：測試床依托INDICS工業互聯網平臺進行數據接入、存儲、管理與分析，利用大數據架構及CarbonData進行機器人故障檢測建模。運用數據挖掘與分析技術對數據進行處理，應用面向分析的數據存儲和快速檢索技術，實現工業機器人的實時狀態監控和故障檢測。
互聯網層：由包括NB-IoT、WIA等在內的新一代工業無線通信網絡、傳統以太網絡及IOT智能網關組成，完成收集設備層信息并向平臺層傳輸數據的功能。
設備層：包括華數機器人及其數據采集模塊
1. 支持無線通信接入的智能終端
測試床的硬件組成包括智能工業機器人等終端硬件、以及無線通信網絡硬件，以及無線通信平臺服務器硬件，應用服務器硬件。
圖 2測試床硬件組成
2. 機器人智能服務數據處理流程
圖3基于工業互聯網平臺和新一代工業無線技術的工業機器人故障檢測測試床數據處理流程
獲取的工業機器人電流、位置、故障信息、工作計劃、工作狀態、維護輸入、工作環境溫度、濕度等數據，經由基于無線通信技術的智能硬件上傳至INDICS數據采集網關，接入大數據平臺，根據不同的計算需求將數據經由規則引擎分發至不同的數據流，包含實時數據分析流和離線數據分析流。
實時數據分析過程：所有數據實時發送至實時數據存儲，實現機器人實時狀態監測；機器人故障信息數據由實時計算引擎利用工業機器人故障算法模型計算后發送至實時數據存儲，實現機器人故障報警功能。
離線數據分析過程：電流數據、位置數據、機器人工作計劃數據進入離線數據分析過程，經過數據清洗，進入CarbonData儲存，進行過濾查詢、組合查詢實現機器人OEE分析；電流數據、位置數據、工作環境溫度、濕度數據，采用數據挖掘手段建立工業機器人設備故障預測模型，通過數據樣本不斷訓練模型，提高模型對機器人故障預測的精度，實現機器人故障預測。
3.2 測試床預期效果
1.經濟效益
基于工業互聯網平臺和新一代無線技術的工業機器人故障檢測測試床可以實現對工業機器人故障的智能化監測和預測，結合工業任務分配和維修，可大幅度優化工業的管控流程，提高工作效率和降低故障率。無線網絡、INDICS工業互聯網平臺和大數據技術可以幫助企業構建互聯網業務通道，拓寬信息來源，能夠有效減少工業機器人維護時間，提高可用性，能為企業帶來可觀的經濟效益。
2.商業價值
基于工業互聯網平臺和新一代無線技術的工業機器人故障檢測測試床提供動態易擴展的資源、能力集成接入，可滿足機器人生產制造商的數字化表征需求，使機器人工業設備可通過安全可靠的通信方式接入工業互聯網平臺，并實現工業機器人制造加工數據以及制造能力狀態信息準確獲取。進而建立一套覆蓋全面、技術先進的無線設備管理工業互聯網平臺，為企業提供智能化、可視化的管理應用平臺，為企業管理和商業決策提供有效的信息技術支撐和服務。
3.社會價值
工業互聯網和工業互聯網大數據技術等技術的融合應用已經成為全球主要國家工業互聯網時代共同關注的重點，建設推廣基于工業互聯網平臺和新一代工業無線技術的工業機器人故障檢測測試床，滿足機器人智能管控要求，聯合工業機器人公司推進機器人故障預測的規模化和常態化，共同打造智能機器人故障監測的示范樣板和行業標桿，并有廣泛適用性，未來可在行業中推廣應用。
四、測試床當前情況
4.1測試床當前建設情況
現已完成基于工業互聯網平臺和新一代工業無線技術的工業機器人故障檢測測試床建設方案規劃與設計，形成本測試床技術框架。正在開展工業機器人車間場地建設、智能設備接入、無線通信網絡建設、硬件資源建設工作。
4.2 測試床合作伙伴組成及各自提供組件描述
聲明
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