白皮书:电子信息行业互联网实施架构及设备健康诊断

本文简述《垂直行业工业互联网实施架构白皮书(讨论稿)》（以下简称垂直行业白皮书）之电子信息行业工业互联网实施架构，并对其中的设备健康管理部分结合实践做进一步探讨。为提高可读性，增加部分实景插图。

全系列包括轻工家电行业工业互联网、工程机械行业工业互联网、电子信息行业工业互联网、钢铁行业工业互联网、高端装备行业工业互联网。

电子信息行业工业互联网架构简述

电子信息产品是指涉及电子信息的采集、获取、处理或控制方面的电子产品，如电子元器件、电子信息材料、手机、电脑、视听产品、网络及通信设备等。中国电子信息产业是经济总体中的朝阳行业，总体规模位居世界第二，仅次于美国。电子信息产品制造一般工艺流程如下：

整体上看，电子信息产品制造呈现出 3 种不同的制造模式：面向大规模产品的流水线制造模式、面向订单拉动产品的单元生产制造模式、面向单一高价值产品的手工生产制造模式。电子信息行业互联网实施的需求为：将通信信息技术与电子信息产品制造相融合，实现机器设备健康管理、人机一体化协同作业、生产过程质量追溯、产品生命周期质量管理，从而优化对装备和资源的使用，推动生产和运营的智能化。

总体实施架构如下，包括边缘层、平台层、应用层和安全保障。主要包括三种应用场景：

1、单元生产中的人机协同一体化

大规模的电子加工企业多覆盖冲压、注塑、烤漆、PCBA、组装等不同加工制程，因原材料或组件的物理形状和材料特性不同，及产品迭代周期大部分在半年到一年半左右，无法实现全自动化生产。企业特点要求人和机实现高效协同，实现生产节奏的同步。人机协同一体化包括计划与排程、工艺与作业规范、生产执行与追溯、及时绩效与响应、过程质量管理、电子物料看板、设备数据采集等功能的精益数字化系统。实现了效率提升，生产周期缩短和仓库效率提升等。

2、流水线生产中的质量管理和追溯

生产过程质量追溯收集的数据包括供应商物料数据、生产流程数据、生产制程参数、生产搬送历史数据、物料使用情况数据、仓库在库信息数据以及产品销售信息等数据，从所有的可以接触的维度，直接记录产品的生产流程，基于数据整合与分析，实现全生产过程质量追溯。

3、设备健康管理

电子信息行业工业互联网之设备健康管理

在电子信息产品制造中，自动化流水线制造模式，实现大批量、标准化、持续不断的生产，需要依赖于大量生产装备进行，其对设备运行状态、维护状态、保养情况等，都需要进行严格的管理和监控；一旦因设备管理不善导致生产停机、贵重设备提前报废、产品质量隐患或安全事故对企业造成的损失往往是巨大和难以承受的，为使这些设备保持健康运行状态，帮助企业降低生产制造成本和提高产品质量，实现企业的可持续和健康发展，就需要对设备进行健康诊断和管理。

设备健康管理主要有以下两个功能：

1）故障预测：预计、预警、诊断部件功能的状态（包括确定部件的剩余寿命和正常工作的时间段）;

2）状态管理：根据诊断、预测信息、可用资源以及使用需求对维修活动做出适当的决策，确定是否更换设备、更换其零组件或者正常维护。

设备健康管理主要分为四个层次：边缘层、Iaas 层、Paas 层和应用层。如下图所示：

1&2）智能现场系统通过在设备上安装的传感器，实时收集设备产生的数据；一方面，通过手机或显示器接受智能现场系统发送的数据，工作人员可实时监控设备状况，另一方面，将设备数据发送到大数据平台；

3&4）大数据平台进行数据分析和仿真模拟； 大数据平台会根据分析结果，将预测预警设备需要更换的排程信息发送到 APS 系统；若只是设备参数需要调整，大数据平台会发送指令到智能现场系统，系统通知工作人员远程修改参数；

5）APS 系统收到设备预警的排程信息后，实时发布维修计划到 ERP 系统；

6&7）ERP 系统根据维修计划制定采购计划，采购人员通过云平台购买设备零部件，并在 ERP 系统里维护设备交期；

8&9）ERP 系统将设备交期回复给 APS 系统； APS 系统根据设备交期调整维护排程并发送到智能现场系统；

10&11）根据智能现场系统显示的设备维护排程，技术人员进行维护工作；智能现场系统实时发送设备维护进度给 APS 系统；

12）设备维护完成后，APS 系统会发送完工报告给 ERP 系统，维护结案。

高产能的全自动化生产线马达健康管理实例

整条产线包括机台上的 36 台伺服马达、传送带上的 20 台交流马达以及多路径传送带上的 5 台交流马达。如下图示的产线传送带的一小段为例，传送带上有 6 台马达，每台马达都有独立的配电装置，内含电压、电流侦测装置，通过电压电流转换器，将信号发送给网络通讯主机(E-Gateway)；每台马达上都安装温度、振动传感器，将温度和振动频率转换为数字信号，然后传送到同一台网络通讯主机(E-Gateway)。每一台马达都配有独立的网络通讯主机，这样马达之间的信号不会受到干扰，无论是SCADA系统还是手机，都可以接收到马达运转的实时信息。具体系统架构如下图所示。

通过这套智能马达系统，可以实时监控马达的温度和振动频率，从而显示出马达低额运行的状况、故障次数和日/月用电报表并发出告警信息。

液晶显示屏生产设备实施案例

某知名液晶显示屏生产厂，在生产过程中用到多种设备，包括数控铣床、发电机、线切割机、磨床等，为减少因设备故障引起的生产停顿和因设备加工精度不足引起的质量隐患，决定增加设备健康诊断系统，整体架构如下：

为增加设备诊断和管理的实时性并减少因信号线缆过长产生的干扰，边缘计算模块安装在诊断设备的旁边，获取电流温度等信号、以50K/S的高速进行振动信号采集，同时进行频谱分析、特征值提取、本地报警和特征值上传，当检测到设备异常时发出报警并将故障时刻的设备运行状态原始数据进行上传到设备管理系统。设备管理系统根据设备实时状态进行加工精度评估、生产安排和检修安排。

设备健康诊断和管理相关资料参考

1. 设备监诊与预测性维护解决方案
2. 边缘计算:设备健康诊断与上云一体机
3. 多卡同步采集振动信号同步性能验证！
4. 应用案例：发电机状态监测系统
5. 应用案例：数控机床主轴校准与颤振监测系统
6. 应用案例：刹车盘固有频率检测系统