汽車檢測設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)集成及綜合應(yīng)用研究

潘小龍?林梅霞

摘要：研究目的：數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化既符合我國制造業(yè)發(fā)展的內(nèi)在要求，也是重塑我國制造業(yè)新優(yōu)勢的必然選擇。汽車相關(guān)的測試項(xiàng)目分布于汽車設(shè)計(jì)、制造和使用的全生命周期，也是國家節(jié)能減排整體戰(zhàn)略中的重要監(jiān)管環(huán)節(jié)。方法：本文主要通過研究設(shè)備互聯(lián)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與傳輸，以及試驗(yàn)間數(shù)據(jù)采集控制單元，實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的集中、遠(yuǎn)程和多終端可視化。結(jié)果：通過設(shè)備狀態(tài)信息的分層分類推送，提高設(shè)備運(yùn)行的安全性、有效性和集約性。結(jié)論：建立中央數(shù)據(jù)庫，保障數(shù)據(jù)的可溯性和安全性，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)信息遠(yuǎn)程和多平臺(tái)共享與即時(shí)可視。

關(guān)鍵詞：設(shè)備互聯(lián);物聯(lián)網(wǎng);設(shè)備監(jiān)控;汽車檢測

中圖分類號(hào)：G356.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 背景

隨著時(shí)代的進(jìn)步，我們的工業(yè)已經(jīng)進(jìn)入了自動(dòng)化、數(shù)字化和信息化的時(shí)代，也正向著全面智能化發(fā)展。隨著制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展全面滲透到了工業(yè)制造的各個(gè)領(lǐng)域，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)將實(shí)現(xiàn)制造領(lǐng)域?qū)嶓w間的全面互聯(lián)互通，將為制造領(lǐng)域中數(shù)據(jù)信息的流動(dòng)提供通道，為制造領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用模式提供支撐，從而促進(jìn)工業(yè)資源的優(yōu)化配置，推動(dòng)企業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展，提升產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)附加值[1]。

當(dāng)前全球制造業(yè)正面臨嚴(yán)峻的發(fā)展形勢，主要國家紛紛量身定制國家制造業(yè)新戰(zhàn)略，以物聯(lián)網(wǎng)為代表的新一代信息技術(shù)成為重建工業(yè)基礎(chǔ)性行業(yè)競爭優(yōu)勢的主要推動(dòng)力量，物聯(lián)網(wǎng)持續(xù)創(chuàng)新并與工業(yè)融合，推動(dòng)傳統(tǒng)產(chǎn)品、設(shè)備、流程、服務(wù)向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展，加速重構(gòu)產(chǎn)業(yè)發(fā)展新體系[2]。我國作為全球制造業(yè)中心，“中國制造2025”為我國的工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展提出了智能化升級(jí)轉(zhuǎn)型的戰(zhàn)略構(gòu)想，自2015年至今，國家為了深化及加快推進(jìn)全行業(yè)應(yīng)用，連續(xù)頒布了標(biāo)準(zhǔn)體系、多項(xiàng)政策，尤其是近年頒發(fā)的《國務(wù)院關(guān)于深化“互聯(lián)網(wǎng)+先進(jìn)制造業(yè)”發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的指導(dǎo)意見》《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃（2018—2020年）》等意見和條例，在吉利、東風(fēng)、一汽、長安、長城、恒大國能、比亞迪等眾多汽車行業(yè)制造企業(yè)已經(jīng)得到了深入而廣泛的應(yīng)用并取得了很好的效果。如何面對(duì)汽車行業(yè)快速發(fā)展、層出不窮的新技術(shù)、不斷強(qiáng)化的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、質(zhì)量追溯強(qiáng)制要求、日益復(fù)雜的試驗(yàn)系統(tǒng)、試驗(yàn)管理體系復(fù)雜性、人力成本壓力等，作為汽車質(zhì)量試驗(yàn)檢驗(yàn)方面標(biāo)桿企業(yè)的中汽中心，如何深化及應(yīng)用智能制造、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)并有效處理以上矛盾，已成為時(shí)不我待、必須面對(duì)的問題。

近幾年，物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)技術(shù)的發(fā)展為物聯(lián)網(wǎng)在測試行業(yè)的應(yīng)用提供了良好的軟硬件基礎(chǔ)和發(fā)展契機(jī)。第一，測試設(shè)備的不斷升級(jí)改造、本地化技術(shù)水平的提升及設(shè)備層通信協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化，為設(shè)備互聯(lián)提供了的基礎(chǔ)條件。同時(shí)，局域網(wǎng)、低功耗廣域網(wǎng)、第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)等陸續(xù)商用為物聯(lián)網(wǎng)提供泛在連接能力，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施迅速完善，互聯(lián)效率不斷提升，大大助力了測試行業(yè)的智能化。第二，各類終端持續(xù)向智能化的方向發(fā)展，操作系統(tǒng)等促進(jìn)終端軟硬件不斷解耦合，不同類型的終端設(shè)備協(xié)作能力加強(qiáng)。滿足了行業(yè)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)、敏捷連接、數(shù)據(jù)優(yōu)化等關(guān)鍵需求，為終端設(shè)備之間的協(xié)作提供了重要支撐。第三，大數(shù)據(jù)和云計(jì)算的發(fā)展為困擾測試行業(yè)多年的數(shù)據(jù)安全、數(shù)據(jù)監(jiān)控和遠(yuǎn)程試驗(yàn)協(xié)同作業(yè)提供了良好的解決方案[3]。

2 研究方法和技術(shù)路線

2.1 試驗(yàn)間監(jiān)控系統(tǒng)部分

①AVL PUMA系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集。

②試驗(yàn)室里水、汽、油的溫度、壓力、流量參數(shù)采集。

③試驗(yàn)室電量消耗的數(shù)據(jù)采集。

④直采排放設(shè)備、煙度儀、顆粒取樣設(shè)備、DFP設(shè)備、SCR設(shè)備等的數(shù)據(jù)采集。

⑤排煙風(fēng)機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)局部冷卻風(fēng)機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

⑥全室空調(diào)與進(jìn)氣空調(diào)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

⑦試驗(yàn)間測控IPC。

2.2 集中監(jiān)控研究方法

集中監(jiān)控主要研究方法是將整個(gè)試驗(yàn)中心的試驗(yàn)狀態(tài)及試驗(yàn)流程通過物聯(lián)網(wǎng)的方式集中監(jiān)控起來，從試驗(yàn)委托單到試驗(yàn)報(bào)告階段，通過梳理汽車發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)管理、試驗(yàn)運(yùn)行、試驗(yàn)監(jiān)控，將試驗(yàn)日常工作中的過程管理、設(shè)備管理、試驗(yàn)運(yùn)行進(jìn)行管理和記錄，方便日常的試驗(yàn)開發(fā)工作的管理和維護(hù)。

通過本系統(tǒng)，結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)室管理專家對(duì)試驗(yàn)過程管理現(xiàn)狀的咨詢和需求的提出，提供整體建設(shè)方案，并在項(xiàng)目實(shí)施過程中進(jìn)行培訓(xùn)與咨詢。系統(tǒng)體現(xiàn)先進(jìn)的試驗(yàn)室管理思想和理念，同時(shí)保證實(shí)用，通過對(duì)流程的梳理可達(dá)到流程優(yōu)化、簡化，減少不必要的環(huán)節(jié)，從而提升整體管理水平和效率。

技術(shù)原理：采用B/S前后端分離的架構(gòu)，現(xiàn)在能將前端層的代碼直接抽離出來打包生成IOS及安卓的安裝客戶端程序。同時(shí)也能部署到服務(wù)端，使用各種設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)頁瀏覽，一套代碼能使用所有端硬件設(shè)備。

采用python作為開發(fā)語言，其優(yōu)勢在于python有更加完善的數(shù)據(jù)分析能力，以及其框架Django使用模塊理念開發(fā)，使得每個(gè)功能模塊的可獨(dú)立性更強(qiáng)，客戶更可根據(jù)自身需求，選用不同的功能模塊，快速適應(yīng)自身的企業(yè)需要。

3 研究內(nèi)容

3.1 構(gòu)建系統(tǒng)、全面的檢測設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)

作為工業(yè)企業(yè)信息化的硬件載體，基于現(xiàn)有的試驗(yàn)室基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)和視頻平臺(tái)，增加必需的傳感器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，使企業(yè)具備信息化建設(shè)的基礎(chǔ)硬件平臺(tái)[4]。

3.2 構(gòu)建堅(jiān)實(shí)的信息集成平臺(tái)

建立綜合信息集成平臺(tái)[5]，實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備、不同數(shù)據(jù)格式的統(tǒng)一集成和共享，提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)訪問方式，方便未來功能模塊的增加及與其他第三方系統(tǒng)的集成，避免了用戶因新增軟件而額外增加接口、集成功能開發(fā)或采購的費(fèi)用投資。

樣件管理信息：對(duì)樣件信息實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)全過程、全周期的信息采集、信息使用、信息存儲(chǔ);可以做到樣件信息實(shí)時(shí)訪問、推送、報(bào)警提示。

試驗(yàn)計(jì)劃信息：以手工方式開展試驗(yàn)計(jì)劃排程，可以做到試驗(yàn)排程、試驗(yàn)資源利用的可視化管理。

將結(jié)構(gòu)化的試驗(yàn)流程管理信息、非結(jié)構(gòu)化的試驗(yàn)運(yùn)行（安全）狀態(tài)信息/動(dòng)能系統(tǒng)運(yùn)行信息相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)各類報(bào)表的自動(dòng)生成、相關(guān)性分析曲線等。

將視頻監(jiān)控信息同故障信息聯(lián)動(dòng)，為故障排查提供有效資料，縮短處理時(shí)間。

文件管理：有效對(duì)試驗(yàn)過程信息進(jìn)行了分類、采集、存儲(chǔ)等管理，滿足CNAS、ISO要求，有效地進(jìn)行了試驗(yàn)過程各類文件的管理。

3.3 構(gòu)建企業(yè)的實(shí)時(shí)信息中樞

“數(shù)據(jù)是企業(yè)的財(cái)富”，“數(shù)據(jù)為王”，流程工業(yè)專業(yè)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的建立，是實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)應(yīng)用、挖潛增效、提升精細(xì)化管理的核心內(nèi)容，是企業(yè)信息化應(yīng)用的信息中樞，是真正意義上的“生產(chǎn)數(shù)據(jù)倉庫”。提升試驗(yàn)數(shù)據(jù)集中管理能力[6]。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理：由于實(shí)現(xiàn)了TDMS平臺(tái)模塊，系統(tǒng)可以自動(dòng)完成試驗(yàn)原始數(shù)據(jù)文件上傳、按照模板分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)、人工干預(yù)生成試驗(yàn)報(bào)告、試驗(yàn)報(bào)告存儲(chǔ)管理。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)安全性：采用試驗(yàn)數(shù)據(jù)文件服務(wù)器管理模式，有效避免了以人工方式獲取特定計(jì)算機(jī)上的試驗(yàn)數(shù)據(jù)模式所帶來的各類風(fēng)險(xiǎn);對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)文件、試驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行流程管理、授權(quán)，提升了試驗(yàn)文件的安全性。

4 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)及需要解決的技術(shù)問題

4.1 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

4.1.1 采用試驗(yàn)間測控IPC方案進(jìn)行數(shù)據(jù)安全傳輸

為避免服務(wù)器宕機(jī)導(dǎo)致試驗(yàn)室各類前端數(shù)據(jù)丟失或控制失效，前端數(shù)據(jù)首先傳入該測控IPC中進(jìn)行緩沖，再通過具有安全機(jī)制的通信協(xié)議上傳至系統(tǒng)服務(wù)器中;下傳數(shù)據(jù)亦如此操作。

4.1.2 PUMA系統(tǒng)與外部應(yīng)用程序數(shù)據(jù)交換

PUMA系統(tǒng)在未予以授權(quán)的情況下其本身的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)是封閉的，無法與外部應(yīng)用程序進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)交換。我們提出一套方案，在不對(duì)PUMA系統(tǒng)構(gòu)成軟件侵權(quán)的前提下實(shí)現(xiàn)了PUMA實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與外部應(yīng)用程序進(jìn)行動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換的功能[7]。

4.1.3 試驗(yàn)室物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)

物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)是一種多層技術(shù)，由硬件、軟件、連接和用戶界面組成，可實(shí)現(xiàn)并促進(jìn)連網(wǎng)設(shè)備的管理、數(shù)據(jù)流、通信、應(yīng)用功能和自動(dòng)化。

4.1.4 試驗(yàn)室物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備管理

試驗(yàn)室物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備管理是管理、配置和監(jiān)控設(shè)備，以及診斷、更新、安全和連接的過程?？赏ㄟ^傳感器的相關(guān)數(shù)據(jù)形成物聯(lián)網(wǎng)控制邏輯。進(jìn)而起到遠(yuǎn)程監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)安全監(jiān)控設(shè)備監(jiān)控，起到少人化、無人化管理。

4.1.5 物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)時(shí)事件流處理

事件流處理（ESP）是一組技術(shù)，涉及可視化、數(shù)據(jù)庫、中間件和處理語言，旨在幫助構(gòu)建事件驅(qū)動(dòng)的信息系統(tǒng)。需要實(shí)時(shí)流處理來處理來自物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)。

4.1.6 硬件的數(shù)據(jù)傳輸接口歸一化處理

由于需要監(jiān)控的現(xiàn)場設(shè)備及測量的信號(hào)類型繁雜，我們針對(duì)不同設(shè)備及被測信號(hào)，配置相應(yīng)的測量轉(zhuǎn)換模塊，將其數(shù)據(jù)接口統(tǒng)一為TCP/IP以太網(wǎng)接口，集中接入每個(gè)試驗(yàn)室的臺(tái)架交換機(jī)，再與主控制室內(nèi)的服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

4.2 需要解決的技術(shù)問題

① PUMA系統(tǒng)與外部應(yīng)用程序數(shù)據(jù)交換的具體實(shí)現(xiàn)。該方法的具體實(shí)施涉及PUMA系統(tǒng)的編程與操作、外部應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)接口對(duì)接編程等關(guān)鍵問題。

②采用試驗(yàn)間測控IPC方案進(jìn)行數(shù)據(jù)安全傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)。該方法是為了保障試驗(yàn)室集中監(jiān)控系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行而專門加入的一個(gè)環(huán)節(jié)。其內(nèi)部軟件的編寫與調(diào)試是需要予以重點(diǎn)關(guān)注的。

③攝像頭相關(guān)供應(yīng)商服務(wù)器系統(tǒng)的開放與對(duì)接。視頻流是否符合網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。

④試驗(yàn)設(shè)備預(yù)警值的標(biāo)準(zhǔn)定義與維護(hù)。物聯(lián)網(wǎng)傳感器能實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備參數(shù)的狀態(tài)，但需要通過相關(guān)試驗(yàn)人員來共同參與定制相關(guān)的控制標(biāo)準(zhǔn)邏輯與標(biāo)準(zhǔn)。

⑤設(shè)備硬件控制端與軟件服務(wù)端多端協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)定制及相關(guān)系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的API接口開發(fā)等技術(shù)問題。

5 結(jié)語

通過物聯(lián)網(wǎng)各功能模塊的建設(shè)，以標(biāo)準(zhǔn)為內(nèi)核、個(gè)性化需求為輔助內(nèi)容，集信息管理、生產(chǎn)經(jīng)營和領(lǐng)導(dǎo)決策于一體，保證了數(shù)據(jù)的高度集成和網(wǎng)上共享，改變了傳統(tǒng)的手工書面的數(shù)據(jù)傳輸方式，縮短數(shù)據(jù)收集和分析的時(shí)間，加強(qiáng)了企業(yè)內(nèi)部各部門之間的信息聯(lián)系和工作安排，提高了辦公效率。

此外，設(shè)備物聯(lián)融合了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)架構(gòu)、新型傳感器/執(zhí)行器、自動(dòng)化設(shè)施/設(shè)備信息集成系統(tǒng)、自動(dòng)化試驗(yàn)設(shè)備信息集成系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸/存儲(chǔ)技術(shù)、數(shù)據(jù)分析應(yīng)用及展示等技術(shù)的自動(dòng)化、信息化、數(shù)字化系統(tǒng)及平臺(tái)在試驗(yàn)部門中的應(yīng)用，在有效降低試驗(yàn)安全風(fēng)險(xiǎn)、提升試驗(yàn)效率、降低試驗(yàn)人力成本及強(qiáng)度、提高試驗(yàn)質(zhì)量追溯有效性、試驗(yàn)信息交互及時(shí)性等方面將發(fā)揮越來越重要的作用。

參考文獻(xiàn)

[1]洪聯(lián)系，陳榮賞. 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備互聯(lián)技術(shù)[M]. 大連： 大連理工大學(xué)出版社， 2013.

[2] 盧曉麗，叢佩麗，張學(xué)勇. 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備互聯(lián)技術(shù)[M]. 北京： 化學(xué)工業(yè)出版社， 2017.

[3] 張飛舟. 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用與解決方案[M]. 北京： 電子工業(yè)出版社， 2019.

[4] 李曉東.張慶紅.葉瑾琳，等. 萬物互聯(lián)與智能可穿戴設(shè)備的研究[J]. 計(jì)算機(jī)產(chǎn)品與流通，2020，3：115-116.

[5] 曲振華. 基于物聯(lián)互聯(lián)的設(shè)備管理應(yīng)用平臺(tái)研究[J]. 中國設(shè)備工程，2019，21：35-37.

[6] 雷建和，路廣強(qiáng)，李婕. 智能工廠改造的設(shè)備層互聯(lián)方案[J]. 電工技術(shù)，2018，18：155-156.

[7] 董坤，薄楊，黃存東，等. 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備虛擬實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 齊齊哈爾工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，4：13-15.