基于云平臺(tái)的工業(yè)自動(dòng)化儀表綜合服務(wù)APP設(shè)計(jì)

包偉華,李咪淵,趙榮泳,王 妍,張 浩,賈 萍

(1.上海自動(dòng)化儀表有限公司,上海 200120；2.同濟(jì)大學(xué)CIMS研究中心，上海 201804)

0 引言

工業(yè)自動(dòng)化儀表是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中不可或缺的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。隨著現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，自動(dòng)化儀表的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。工礦企業(yè)對(duì)自動(dòng)化儀表的要求也越來(lái)越高[1-2]：一方面，要求產(chǎn)品可靠性高，產(chǎn)品的功能強(qiáng)大；另一方面，要求產(chǎn)品的售后實(shí)現(xiàn)快速服務(wù)響應(yīng)。

由于自動(dòng)化儀表的復(fù)雜性和多樣性，用戶往往對(duì)儀表不熟悉，無(wú)法快速排除生產(chǎn)故障[3]。在尋求儀表廠家?guī)椭鷷r(shí)，經(jīng)常遇到信息交流不順暢的情況，使廠家無(wú)法得到現(xiàn)場(chǎng)真實(shí)情況，從而導(dǎo)致維修時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)生產(chǎn)影響較大。特別是在一些化工、電力、核工業(yè)設(shè)施等大型工程中，一旦故障長(zhǎng)時(shí)間不能排除，將導(dǎo)致災(zāi)難性的后果。

工業(yè)設(shè)備智能化、復(fù)雜化的發(fā)展給企業(yè)帶來(lái)更強(qiáng)大、更安全的體驗(yàn)，但其操作及維護(hù)也需要投入更多的人力資源，將浪費(fèi)大量的人力物力。隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的不斷進(jìn)步，人們漸漸提出了新的自動(dòng)化儀表運(yùn)維方式——遠(yuǎn)程運(yùn)維[4]，即遠(yuǎn)程控制產(chǎn)品的全生命周期中的各類問(wèn)題。

本項(xiàng)目針對(duì)上述問(wèn)題，設(shè)計(jì)了基于云平臺(tái)的工業(yè)自動(dòng)化儀表綜合服務(wù)APP，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)用戶、遠(yuǎn)程專家多屏同步，通過(guò)遠(yuǎn)程控制快速解決儀表使用過(guò)程中的突發(fā)問(wèn)題；提升售后服務(wù)效率，監(jiān)測(cè)產(chǎn)品全生命周期，降低產(chǎn)品運(yùn)行維護(hù)成本、促進(jìn)企業(yè)升級(jí)轉(zhuǎn)型。

1 自動(dòng)化儀表全生命周期管理技術(shù)需求分析

微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，引發(fā)了儀表結(jié)構(gòu)的變革。自動(dòng)化儀表是以微型計(jì)算機(jī)(單片機(jī))為主體，將計(jì)算機(jī)技術(shù)和檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合的新一代智能化儀表[5]。自動(dòng)化儀表兼顧傳統(tǒng)的自動(dòng)化功能和現(xiàn)代智能化功能，既能夠保障現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備自動(dòng)運(yùn)行和設(shè)備保護(hù)，又能夠滿足云時(shí)代設(shè)備智能化的需求；通過(guò)加載智能化模型，配合云端大數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)，可以實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)參數(shù)調(diào)節(jié)、運(yùn)行優(yōu)化、報(bào)警推送、健康監(jiān)測(cè)和預(yù)防性維護(hù)等功能[6]。

1.1 自動(dòng)化儀表結(jié)構(gòu)與原理

自動(dòng)化儀表結(jié)構(gòu)與原理如圖1所示。

圖1 自動(dòng)化儀表結(jié)構(gòu)與原理圖

自動(dòng)化儀表的硬件由主控模板、顯示模板等組成。其中，主控模板是主要結(jié)構(gòu)，包括主控板、電源板、繼電器輸出板以及電流電壓輸入等。顯示模板可以顯示出所得到的數(shù)據(jù)和信息。這些數(shù)據(jù)與信息能夠?yàn)殚_展相關(guān)工作提供參考[7-8]。

自動(dòng)化儀表的工作原理是適當(dāng)?shù)剞D(zhuǎn)換電壓、電流，以更加適應(yīng)自動(dòng)化儀表的工作特點(diǎn)；通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器，對(duì)電壓、電流進(jìn)行采樣；對(duì)采樣結(jié)果進(jìn)行分析之后，及時(shí)采取相應(yīng)的措施。而完成數(shù)據(jù)信號(hào)的傳遞、接收和處理以后，可以通過(guò)自動(dòng)化儀表向控制端傳遞數(shù)據(jù)。此時(shí)的控制端將會(huì)根據(jù)數(shù)據(jù)、信息作出相應(yīng)的反應(yīng)，并對(duì)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，使儀表實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制[9]。

1.2 全生命周期管理技術(shù)需求

目前，企業(yè)對(duì)于自動(dòng)化儀表全生命周期仍然缺少有效的管理技術(shù)[10]?，F(xiàn)存的自動(dòng)化儀表管理依然存在以下需求。

①自動(dòng)化儀表現(xiàn)場(chǎng)報(bào)修和服務(wù)響應(yīng)模式落后，仍依賴人工現(xiàn)場(chǎng)處理問(wèn)題。

②客戶溝通具有技術(shù)門檻，有限信息難以滿足診斷需求。在自動(dòng)化儀表售前技術(shù)咨詢、售中安裝技術(shù)指導(dǎo)和售后服務(wù)等各個(gè)環(huán)節(jié)中，多數(shù)采用的服務(wù)模式是人工電話聯(lián)系。隨著社交軟件的普及，一定程度上增加了現(xiàn)場(chǎng)用戶和后臺(tái)技術(shù)支持人員的通信信息量，提升了對(duì)故障信息的了解程度。但是，這樣的私人點(diǎn)對(duì)點(diǎn)社交模式，在溝通時(shí)對(duì)客戶有技術(shù)門檻要求，而且售后人員仍然無(wú)法全面掌握現(xiàn)場(chǎng)儀表的運(yùn)行數(shù)據(jù)。

③服務(wù)響應(yīng)隨機(jī)性大，不可控因素多。現(xiàn)場(chǎng)用戶遇到問(wèn)題時(shí)，一般采用電話報(bào)修。但是由于公司售后服務(wù)專家和技術(shù)人員的辦公電話或者手機(jī)經(jīng)常出現(xiàn)占線、掉線等問(wèn)題，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)用戶的服務(wù)報(bào)修得不到及時(shí)、有效的響應(yīng)。

④儀表運(yùn)行記錄和故障記錄難以及時(shí)發(fā)送給診斷專家。自動(dòng)化儀表的運(yùn)行記錄和故障記錄，對(duì)于故障診斷而言至關(guān)重要。但是由于傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)儀表安裝位置難以直接觀測(cè)，以及操作記錄數(shù)據(jù)過(guò)多等問(wèn)題，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)用戶無(wú)法向遠(yuǎn)程專家提供全面的記錄數(shù)據(jù)，也難以及時(shí)、有效地將數(shù)據(jù)發(fā)給專家[11]。

⑤難以發(fā)揮故障處理案例的潛在價(jià)值。對(duì)于自動(dòng)化儀表這類典型工業(yè)產(chǎn)品，故障解決案例是企業(yè)寶貴的售后服務(wù)知識(shí)財(cái)富。只要借助一定的信息化手段，深入分析、挖掘各類操作記錄和故障的演化規(guī)律，就能及時(shí)警示現(xiàn)有生產(chǎn)管理和生產(chǎn)線操作，提升職工的安全意識(shí)和售后服務(wù)技能，使之成為企業(yè)文化的重要沉淀[12]。然而，對(duì)于已歸檔的故障處理案例的梳理和挖掘工作，目前尚缺乏信息化手段的支持。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，為自動(dòng)化儀表的全生命周期的管理和升級(jí)提供了新的方向和支持?；谠破脚_(tái)，本文設(shè)計(jì)了一個(gè)工業(yè)自動(dòng)化儀表綜合服務(wù)APP，為儀表生產(chǎn)廠家和應(yīng)用廠家之間建立了一個(gè)充分溝通的渠道，使兩者之間的信息交流更為全面和快捷，為自動(dòng)化儀表全生命周期管理技術(shù)的需求提供了解決方案。

2 APP功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

基于云平臺(tái)的工業(yè)自動(dòng)化儀表綜合服務(wù)APP是在Android移動(dòng)端設(shè)計(jì)和開發(fā)的遠(yuǎn)程儀表管理APP。根據(jù)自動(dòng)化儀表全生命周期管理技術(shù)需求，APP主要分為用戶管理、執(zhí)行機(jī)構(gòu)管理、幫助三大部分。基于云平臺(tái)的工業(yè)自動(dòng)化儀表綜合服務(wù)APP功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 基于云平臺(tái)的工業(yè)自動(dòng)化儀表綜合服務(wù)APP功能結(jié)構(gòu)

其中，用戶管理模塊和幫助模塊都是APP的輔助模塊。APP的主要功能模塊是執(zhí)行機(jī)構(gòu)管理模塊。此部分包含5個(gè)功能模塊，分別是現(xiàn)場(chǎng)控制模塊、遠(yuǎn)程服務(wù)模塊、參數(shù)設(shè)置模塊、機(jī)構(gòu)報(bào)警模塊、運(yùn)行記錄模塊。

①現(xiàn)場(chǎng)控制模塊。該模塊可以實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前連接儀表的工作情況，并且可通過(guò)藍(lán)牙技術(shù)對(duì)儀表的工作狀態(tài)進(jìn)行控制。

②遠(yuǎn)程服務(wù)模塊。該模塊通過(guò)在線申請(qǐng)專家?guī)椭韱?，可以得到專家的遠(yuǎn)程診斷。APP遠(yuǎn)程模塊申請(qǐng)專家診斷界面如圖3所示。

圖3 APP遠(yuǎn)程模塊申請(qǐng)專家診斷界面

客服通過(guò)申請(qǐng)訂單信息，可以在界面中的診斷單列表中查看診斷單詳情，并根據(jù)用戶需求為其在線分配專家，同時(shí)以短信的形式通知用戶。專家通過(guò)填寫授權(quán)驗(yàn)證碼，進(jìn)入執(zhí)行機(jī)構(gòu)的遠(yuǎn)程診斷中。用戶可以與專家在聊天頁(yè)面進(jìn)行面對(duì)面的視頻交流，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷問(wèn)題，并在遠(yuǎn)程診斷結(jié)束后對(duì)此次專家診斷進(jìn)行評(píng)分操作。

③參數(shù)設(shè)置模塊。通過(guò)藍(lán)牙連接，在APP上設(shè)置儀表的動(dòng)態(tài)參數(shù)和靜態(tài)參數(shù)，可以對(duì)儀表的操作參數(shù)進(jìn)行更改。用戶可以在APP的設(shè)置模塊中對(duì)儀表的相關(guān)參數(shù)設(shè)置進(jìn)行修改。在進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷的過(guò)程中，專家也可以在參數(shù)設(shè)置模塊中對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，從而診斷儀表運(yùn)行是否處于正常狀態(tài)。

④機(jī)構(gòu)報(bào)警模塊。該模塊可以監(jiān)測(cè)儀表的工作狀態(tài)是否正常，如果儀表的工作狀態(tài)出現(xiàn)故障，則進(jìn)行報(bào)警提醒，并將此故障記錄并保存下來(lái)。用戶后期可以在記錄模塊中看到歷史報(bào)警信息，方便用戶對(duì)儀表進(jìn)行定期的管理和維護(hù)。

⑤運(yùn)行記錄模塊。該模塊可以實(shí)時(shí)地記錄儀表的工況信息，并儲(chǔ)存在歷史記錄中，方便用戶查看。

使用APP的用戶，在Android操作系統(tǒng)的手機(jī)上下載APP后，登錄基于云平臺(tái)的工業(yè)自動(dòng)化儀表綜合服務(wù)APP。單擊藍(lán)牙按鈕，開啟手機(jī)藍(lán)牙連接自動(dòng)化儀表后，可以控制儀表狀態(tài)、調(diào)節(jié)儀表參數(shù)，也可以實(shí)時(shí)觀測(cè)儀表檢測(cè)記錄或在APP查詢儀表的常見(jiàn)問(wèn)題幫助。

若儀表的運(yùn)行狀態(tài)出現(xiàn)問(wèn)題，則APP的報(bào)警模塊會(huì)作出相應(yīng)的提醒。用戶可以根據(jù)問(wèn)題的實(shí)際情況，選擇相應(yīng)的問(wèn)題解決模式。若用戶無(wú)法自行解決，可以尋求專家遠(yuǎn)程指導(dǎo)，直至問(wèn)題解決。該APP提高了自動(dòng)化儀表的管理效率，為企業(yè)的售后管理節(jié)省了資金和時(shí)間。

3 APP技術(shù)架構(gòu)設(shè)計(jì)

現(xiàn)場(chǎng)用戶通過(guò)邊緣層的移動(dòng)端智能設(shè)備獲取儀表當(dāng)前狀態(tài)及診斷信息，并立即通過(guò)云平臺(tái)的云端大數(shù)據(jù)系統(tǒng)發(fā)送給遠(yuǎn)程專家。遠(yuǎn)程專家可以實(shí)時(shí)監(jiān)控管理接入儀表的狀態(tài)與運(yùn)行情況，據(jù)此調(diào)整控制指令并更改設(shè)備參數(shù)，再通過(guò)云系統(tǒng)下達(dá)到儀表，對(duì)儀表進(jìn)行遠(yuǎn)程操作。這樣就在現(xiàn)場(chǎng)用戶和遠(yuǎn)程專家之間形成了高效的服務(wù)調(diào)動(dòng)體系，節(jié)約了現(xiàn)場(chǎng)用戶原本用于售后調(diào)試的寶貴時(shí)間和經(jīng)濟(jì)成本。整個(gè)過(guò)程中，所有數(shù)據(jù)流都可以通過(guò)數(shù)據(jù)模板可視化地展示。儀表支持多種網(wǎng)絡(luò)接入?yún)f(xié)議，可滿足不同系統(tǒng)供應(yīng)商的特殊要求。

基于云平臺(tái)的工業(yè)自動(dòng)化儀表綜合服務(wù)APP的總體框架如圖4所示。

圖4 基于云平臺(tái)的工業(yè)自動(dòng)化儀表綜合服務(wù)APP的總體框架

綜合服務(wù)APP基于藍(lán)牙技術(shù)、云技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)應(yīng)用層、平臺(tái)層、邊緣層的智能互聯(lián)。其六大功能為：產(chǎn)品售前技術(shù)咨詢、售中安裝技術(shù)指導(dǎo)、售后可視化監(jiān)控、運(yùn)行優(yōu)化、報(bào)修服務(wù)、實(shí)時(shí)故障診斷?；谠破脚_(tái)的工業(yè)自動(dòng)化儀表綜合服務(wù)APP功能模塊如表1所示。

表1 基于云平臺(tái)的工業(yè)自動(dòng)化儀表綜合服務(wù)APP功能模塊

4 系統(tǒng)研制技術(shù)要點(diǎn)

基于云平臺(tái)的工業(yè)自動(dòng)化儀表綜合服務(wù)APP，是一款基于移動(dòng)架構(gòu)的新型工業(yè)APP。它不僅可以實(shí)現(xiàn)新型智能化儀表的全生命周期服務(wù)移動(dòng)互聯(lián)，還可以應(yīng)用于其他智能化儀表產(chǎn)品的售前、售中和售后綜合技術(shù)服務(wù)中。此APP主要的創(chuàng)新點(diǎn)如下所述。

①利用移動(dòng)端與網(wǎng)絡(luò)云平臺(tái)互聯(lián)，使用戶和專家可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息溝通，不僅提高了服務(wù)人員的響應(yīng)效率，還為企業(yè)節(jié)省了產(chǎn)品運(yùn)維過(guò)程中的交通費(fèi)用。

②利用藍(lán)牙功能，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化儀表的遠(yuǎn)距離控制，方便用戶和專家對(duì)自動(dòng)化儀表的參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。尤其是在自動(dòng)化儀表所處的環(huán)境和位置使其難以直接接觸時(shí)，遠(yuǎn)程控制大大提高了自動(dòng)化儀表的可操控性。

③利用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理，提高了自動(dòng)化儀表的管理效率。APP會(huì)自動(dòng)記錄儀表工作狀態(tài)及報(bào)警情況，使用戶能隨時(shí)隨地對(duì)自動(dòng)化儀表狀態(tài)進(jìn)行管理。此外，可以通過(guò)數(shù)據(jù)分析對(duì)自動(dòng)化儀表的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，提高智能設(shè)備的安全管理性。

5 結(jié)論

以物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)APP為代表的新一代信息技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化儀表產(chǎn)品售前、售中和售后綜合技術(shù)服務(wù)中的作用日益突出，“互聯(lián)網(wǎng)+先進(jìn)制造業(yè)”已成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的戰(zhàn)略里程碑[13]。本文設(shè)計(jì)了一款基于移動(dòng)架構(gòu)的新型工業(yè)APP，采用移動(dòng)互聯(lián)方式，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化儀表選型指導(dǎo)、安裝調(diào)試、運(yùn)行優(yōu)化等全生命周期管理，適合工控安全等典型工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)了新型智能化儀表的全生命周期服務(wù)移動(dòng)互聯(lián)。通過(guò)儀表通信硬件升級(jí)和協(xié)議擴(kuò)展，該APP可廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化儀表行業(yè)，成為行業(yè)專用工具APP。