工程机械企业数字实验室建设

2022-09-21 16:46:39 来源:写作指导

摘要:针对工程机械企业实验室在数字化转型遇到的问题,重点从远程数据采集、数据结构化、台架管理、设备管理这四个维度进行研究,并结合软硬件技术阐述解决方案。

关键词:工程机械;数字化转型;实验室

0引言

工程机械向数字智能化不断迈进,工程机械实验室也要进行数字化转型来适应行业发展的需求,将数字化作为工具来全面提升实验室的效率。

1工程机械企业实验室面临的问题

随着工程机械企业实验室业务的快速增长,面临以下几个方面的问题:(1)实时工况数据获取困难。毫秒级的数据采样才能复现实时工况,通常人员到现场实地采集,成本高且时效性差;(2)实验数据利用率低。工程机械产品种类多,不同的产品测试方法对应不同的数据构成,实验数据的关联和检索受限,导致利用率低;(3)台架管理困难。台架的电能管理、功能扩展、区域管理限制实验室的发展;(4)设备管理困难。设备台账、借还、校准消耗大量时间和人力成本。

2数字实验室建设解决方案

针对以上遇到的问题,从多个维度发掘解决方案,如图1:通过软硬件技术的结合,进行问题处理,以下详述解决方案。

2.1远程数据采集

远程数据采集由两个部分组成,即物联数据采集器(以下简称物联数采)和试验云平台,通过端和云的方式实现远程数据采集,数据从端获取在云解析,提升数据安全。(1)物联数采其主要功能是:多传感器兼容,提供有源传感器的激励并同步采集原始信号,如压力、流量、位移、转速、温度等;毫秒级高速采样数据本地存储,低速秒级采样数据实时回传;接收试验云平台的控制指令等。(2)试验云平台其主要功能是:实时接收物联数采回传数据,并对其下发高速采集、数据上传等指令控制;通过传感器的标定参数进行数据解析和呈现;通过北斗、GPS进行物联数采进行定位等;

2.2数据结构化

将实验需求、设备、样机、结果进行结构化关联,实现实验数据的快速查询,提升数据利用率,并通过报表进行实验数据统计分析,掌控企业的实验状态,利用耗时分析进一步提升企业的实验效率,如图2:实验数据结构化IT构架如图3,通过数据库缓存和消息队列服务提升系统的并发能力,满足企业内研发和实验人员的访问;通过文件存储服务用来管理非结构化的数据文档;通过容器技术缩短部署时间;通过微服务实现业务的弹性扩展;通过网关服务进行API接口的统一管理。

2.3台架管理

(1)能源管理随着实验室台架数量增长,设备额定功率总和超过电网容量,进行变电站扩容带来高额的投入,由于台架不同时开启,将配电箱接入物联功率传感器,部署能源管理系统实时进行功率检测(如图4),实时短信超限预警,基于能源数据的行错峰管理,可在有限的电网容量下保证实验台的正常运转,还可降低用电成本。(2)实验台功能扩展实验台架功能不能满足日益增长的试验需求,通过建立LabView开发团队,利用LabView图形化语言快速自主进行实验台功能迭代开发,缩短时间节约成本。如图5所示,基于LabView开发的实验需求分解可分为四个模块:系统构架、采集和控制、人机交互、数据处理。系统构架:使用状态机实现系统构架管理,控制整个实验流程,通过状态机的嵌套实现试验台架的完整功能。采集和控制:进行测试物理量的分解,进行硬件选型(板卡和机箱),通过调用LabView各类的硬件接口实现采集和控制功能。人机交互:设计简洁美观的前面板,通过文件I/O和操作系统API进行功能扩展。错误处理避免因未连接硬件或者除零等问题造成程序退出。数据处理:数据的实时显示和分析都需要数据处理,可利用DSP模块、数学运算和公式脚本等进行实现。(3)区域管理利用小程序联动的门禁系统来进行智能化的区域管理,如图6:将现有门禁进行改造,使用支持面部识别、指纹和NFC的门禁终端进行控制,内部员工由管理员配置账号进行门禁批量授权和区域管理,远程访客通过小程序进行审批和门禁控制,实现无人值守,每个门禁节点可单独进行权限控制,禁止非授权人员进入,大大提升区域管理效率并节省人力成本,提升区域安全性和保密,并通过门禁实现自动考勤和人员管理。

2.4设备管理

(1)设备台账企业的设备台账存储在ERP系统中,而试验数据台账则为企业设备台账的一部分,由于试验设备管理需求会增加很多维护信息,同时又要避免数据的二次维护和影响ERP的生产数据库(如图7):图7设备台账数据管理模型通过以上的设备台账数据管理模型,ERP数据使用同步的方式汇总至实验设备台账,实验业务端只需要进行非ERP数据进行实时维护,解决了ERP数据的一致性和多系统二次数据维护,避免ERP系统的二次开发,通过错峰定时同步和触发同步避免对ERP生产数据库的压力,通过统一的数字实验室的实验设备台账提供数据调用。(2)传感器内部校准和比对传感器是实验室获取数据最重要的感知设备,每年实验室需要投入大量资源确保传感器的准确性,为了提升效率,开发和使用基于ARM终端的自动校准系统,进行实验室内部校准和比对,如图8:将上位机和web服务端集成在一个arm终端内,通过浏览器控制python的串口通信与校验仪进行数据交互,实现在线数据的自动抓取、分析和报告生成等功能,极大提升传感器内部校准和比对效率,降低运维成本。(3)设备借还传统的基于纸质填写记录的设备借还,效率低下不利于数据查询和分析,将二维码用于设备标识,利用扫描枪识别并自动填单,进行业务流程适应性调整,就能满足实验室的设备自助借还,流程如图9:设备选取分为设备点选或扫码,通过设备编号查询设备台账数据,返回设备信息并自动填入设备借/还单,由设备管理员进行审核,通过后更新设备状态并出/入库,未通过终止借还流程。通过扫码方式原设备借用耗时30分钟缩短至3分钟,并且可基于设备的借用数据可进行设备使用频次分析,作为第二年设备采购的数据参考。

3结论

通过远程数据采集、数据结构化、台架和设备管理等的一系列创新,结合软硬件技术构建数字实验室,提升工程机械实验室工作效率,将传统的经验驱动变为数据驱动,为企业降本增效。

参考文献

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作者:滕飞梁 叶杭 刘浩然 韦柳红 单位:广西柳工机械股份有限公司