基于5G+AR識(shí)別技術(shù)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備智慧運(yùn)維系統(tǒng)

摘要：當(dāng)前工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備智慧運(yùn)維系統(tǒng)的運(yùn)維效率較低，故障處理優(yōu)化比較低?；诖?，提出對(duì)基于5G+AR識(shí)別技術(shù)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備智慧運(yùn)維系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐分析。進(jìn)行工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備5G+AR識(shí)別智慧運(yùn)維系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)，采用多階的方式，提升運(yùn)維效率，構(gòu)建多階5G+AR識(shí)別智慧運(yùn)維功能模塊。接入交互運(yùn)維數(shù)據(jù)庫(kù)，完成系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)。測(cè)試結(jié)果表明：設(shè)計(jì)的系統(tǒng)應(yīng)用效果更為高效，可靠性、針對(duì)性較強(qiáng)，具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：5G+AR識(shí)別技術(shù) 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng) 設(shè)備檢測(cè) 遠(yuǎn)程調(diào)控 設(shè)備智慧運(yùn)維 運(yùn)維系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)： TH183.3

Intelligent Operation and Maintenance System of Industrial Internet Equipment Based on 5G+AR Identification Technology

YANG Dangzheng MENG Zhidong XU Zhi YANG Zhufeng LIU Zihao

China Coal Pingshuo Antaibao Thermal Power Co.， Ltd.， Shuozhou， Shanxi PRovince， 036800 China

Abstract： At present， the operation and maintenance efficiency of intelligent MWfSprPLN5kqukandXO76Q==operation and maintenance system of industrial Internet equipment is low， and the optimization ratio of fault handling is reduced. Therefore， this paper proposes the design and practical analysis of the intelligent operation and maintenance system of industrial Internet equipment based on 5G+AR recognition technology. Carry out the hardware design of industrial Internet equipment 5G+AR recognition intelligent operation and maintenance system， adopt a multi-level way to improve operation and maintenance efficiency， and build a multi-level 5G+AR recognition intelligent operation and maintenance function module. Access interactive operation and maintenance database， complete the design of system software. The test results show that the designed system is more efficient， reliable and targeted， and has practical application value.

Keywords： 5G+AR recognition technology; Industrial Internet; Equipment testing; Remote control; Equipment intelligent operation and maintenance; Operation and maintenance system design;

在當(dāng)前社會(huì)背景下，5G技術(shù)和AR識(shí)別技術(shù)已逐漸融入日常生活，為物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域帶來(lái)新機(jī)遇[1]。5G技術(shù)的高速、大容量和低時(shí)延特性，結(jié)合AR識(shí)別技術(shù)的全新視覺(jué)與交互方式，為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備運(yùn)維帶來(lái)革命性改變[2]。

傳統(tǒng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備運(yùn)維面臨諸多挑戰(zhàn)，如運(yùn)維不及時(shí)、故障發(fā)現(xiàn)困難等[3]。而5G+AR智慧運(yùn)維系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)控、預(yù)警故障，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程維修，極大提升設(shè)備運(yùn)行效率與維護(hù)水平[4]。

該組合應(yīng)用不僅拓寬了設(shè)備運(yùn)營(yíng)范圍，還從多角度評(píng)估了系統(tǒng)應(yīng)用效果，展現(xiàn)了其優(yōu)勢(shì)與潛在風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)實(shí)證分析，驗(yàn)證了“5G+AR”智慧運(yùn)維系統(tǒng)的可行性與有效性，推動(dòng)了兩項(xiàng)技術(shù)在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的深入應(yīng)用與發(fā)展[5]。

1 5G+AR識(shí)別智慧運(yùn)維系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1系統(tǒng)架構(gòu)

基于“5G+AR”識(shí)別技術(shù)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備智慧運(yùn)維系統(tǒng)主要由以下3個(gè)部分組成。

1.1.1數(shù)據(jù)采集與傳輸層

該層主要負(fù)責(zé)通過(guò)傳感器等設(shè)備實(shí)時(shí)采集工業(yè)設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫朔?wù)器。5G網(wǎng)絡(luò)的高速傳輸特性保證了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。

1.1.2AR識(shí)別與處理層

該層利用AR技術(shù)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)識(shí)別和處理。通過(guò)AR眼鏡或手機(jī)等設(shè)備，運(yùn)維人員可以實(shí)時(shí)查看設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和故障信息，并進(jìn)行遠(yuǎn)程操作。

1.1.3智慧運(yùn)維決策層

該層基于大數(shù)據(jù)分析和人工智能技術(shù)，對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘和分析，為運(yùn)維人員提供決策支持。通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)算法，系統(tǒng)可以預(yù)測(cè)設(shè)備的故障趨勢(shì)，提前制訂維護(hù)計(jì)劃，降低設(shè)備故障率。

1.2關(guān)鍵技術(shù)

1.2.15G通信技術(shù)

5G網(wǎng)絡(luò)具有高速、低延遲、高可靠性的特點(diǎn)，能夠滿足工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性的要求。通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的無(wú)縫連接和數(shù)據(jù)的快速傳輸。

1.2.2AR識(shí)別技術(shù)

AR技術(shù)可以通過(guò)對(duì)真實(shí)場(chǎng)景的模擬和增強(qiáng)，為運(yùn)維人員提供直觀、便捷的操作界面。通過(guò)AR眼鏡或手機(jī)等設(shè)備，運(yùn)維人員可以實(shí)時(shí)查看設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和故障信息，并進(jìn)行遠(yuǎn)程操作。

1.2.3大數(shù)據(jù)分析與人工智能技術(shù)

通過(guò)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘和分析，可以發(fā)現(xiàn)設(shè)備的潛在問(wèn)題和優(yōu)化空間。同時(shí)，利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法，可以預(yù)測(cè)設(shè)備的故障趨勢(shì)，提前制訂維護(hù)計(jì)劃，降低設(shè)備故障率。

1.3 5G+AR識(shí)別智慧運(yùn)維系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的智慧運(yùn)維系統(tǒng)前，需先構(gòu)建系統(tǒng)硬件支撐結(jié)構(gòu)。此結(jié)構(gòu)的核心是MYZR-RZG2L-CB200核心板，與ET 200M分布式I/O設(shè)備連接，形成S7-300自動(dòng)化系統(tǒng)組態(tài)控制模式[6]。控制CPU位于中心，設(shè)定I/O接口并關(guān)聯(lián)EM277通信模塊，確保數(shù)據(jù)采集真實(shí)可靠，過(guò)濾異常數(shù)據(jù)。基于實(shí)際硬件情況設(shè)定控制參數(shù)，并在PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)中增設(shè)EM277，維持硬件穩(wěn)定運(yùn)行。硬件結(jié)構(gòu)可靈活調(diào)整，以滿足實(shí)際需求，確保系統(tǒng)穩(wěn)定、安全，強(qiáng)化運(yùn)維效果。

1.45G+AR識(shí)別智慧運(yùn)維系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

1.4.1多階5G+AR識(shí)別智慧運(yùn)維功能模塊設(shè)計(jì)

當(dāng)前的系統(tǒng)運(yùn)維模塊大致可以劃分為數(shù)據(jù)采集模塊、運(yùn)維指令設(shè)計(jì)模塊、運(yùn)維AR識(shí)別模塊、5G通信傳輸執(zhí)行模塊以及反饋模塊等。

利用5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，構(gòu)建5G通信傳輸執(zhí)行模塊，對(duì)設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。在5G通信傳輸執(zhí)行模塊的通信信道中建立數(shù)據(jù)傳輸關(guān)系函數(shù)，公式如下：

式（1）中，為接收的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)；?為通信模塊下行鏈路的最大發(fā)送比；為5G通信傳輸執(zhí)行模塊中信道系數(shù)；為運(yùn)維系統(tǒng)中設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)；為信道中的噪聲。利用5G通信傳輸執(zhí)行模塊可以將工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心，有利于對(duì)設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析。

1.4.2交互運(yùn)維數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

在完成多階5G+AR識(shí)別智慧運(yùn)維功能模塊設(shè)計(jì)后，需設(shè)計(jì)搭接交互運(yùn)維數(shù)據(jù)庫(kù)，以支撐系統(tǒng)軟件。實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)的設(shè)定構(gòu)建后，在5G+AR識(shí)別的背景下，計(jì)算出交互響應(yīng)耗時(shí)，公式如下：

式（2）中：為數(shù)據(jù)庫(kù)交互響應(yīng)耗時(shí)；為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換比；為存儲(chǔ)范圍；為存儲(chǔ)故障閾值。將數(shù)據(jù)庫(kù)交互響應(yīng)的耗時(shí)設(shè)為運(yùn)維數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的限制條件，用于交互數(shù)據(jù)庫(kù)的運(yùn)維數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

在“5G+AR”識(shí)別技術(shù)的輔助下，ABXZjgizLr5D+pY+twugzKbe8HE20R11fxjDkzqTiVs=還需要設(shè)定數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的備份恢復(fù)、數(shù)據(jù)的更新維護(hù)等，保證數(shù)據(jù)庫(kù)的正常運(yùn)行的同時(shí)，提升數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用能力。

2系統(tǒng)測(cè)試

為確保測(cè)試結(jié)果的真實(shí)可靠，采用比對(duì)分析方法，選定G區(qū)域的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)部設(shè)備為測(cè)試對(duì)象，用專(zhuān)業(yè)設(shè)備采集基礎(chǔ)應(yīng)用數(shù)據(jù)并整合，以評(píng)估系統(tǒng)性能與效果。

2.1測(cè)試準(zhǔn)備

結(jié)合“5G+AR”識(shí)別技術(shù)，為G區(qū)域的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)部設(shè)備智慧運(yùn)維系統(tǒng)搭建了設(shè)計(jì)環(huán)境。在Matlab2020Rb實(shí)驗(yàn)環(huán)境中導(dǎo)入了ImageNet應(yīng)用軟件，并配置了高性能的硬件環(huán)境，明確了測(cè)試系統(tǒng)的控制覆蓋范圍，并將智慧運(yùn)維區(qū)域劃分為多個(gè)區(qū)塊，每個(gè)區(qū)塊部署智慧監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)，形成循環(huán)性的系統(tǒng)執(zhí)行控制結(jié)構(gòu)。最后，設(shè)定了運(yùn)維系統(tǒng)的關(guān)鍵指標(biāo)和參數(shù)，為后續(xù)的測(cè)試和分析奠定了基礎(chǔ)?；诖?，結(jié)合5G+AR識(shí)別技術(shù)，在當(dāng)前的系統(tǒng)測(cè)試程序之中，建立一個(gè)5G通信結(jié)構(gòu)，并在其中設(shè)定對(duì)應(yīng)的AR識(shí)別感應(yīng)結(jié)構(gòu)，構(gòu)建一個(gè)初始的虛擬運(yùn)維處理空間，此時(shí)計(jì)算出當(dāng)前智慧系統(tǒng)的運(yùn)維可控范圍，公式如下：

式（3）中：為智慧系統(tǒng)運(yùn)維可控范圍；為定向匹配次數(shù)；為匹配正確率；為運(yùn)維頻次；和分別為基礎(chǔ)運(yùn)維區(qū)域和堆疊運(yùn)維區(qū)域。結(jié)合當(dāng)前的測(cè)試需求，在測(cè)算的智慧系統(tǒng)運(yùn)維可控范圍之內(nèi)進(jìn)行運(yùn)維系統(tǒng)程序的關(guān)聯(lián)與搭建，為后續(xù)的系統(tǒng)測(cè)試奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2.2測(cè)試過(guò)程及結(jié)果分析

在搭sisDweWicZQmMZ4mwYjylrv0+NqunIOP828PihwHx8k=建的測(cè)試環(huán)境中，利用“5G+AR”識(shí)別技術(shù)對(duì)G區(qū)域的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)部設(shè)備智慧運(yùn)維系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)踐驗(yàn)證。為確保測(cè)試真實(shí)性，設(shè)定了6個(gè)運(yùn)維測(cè)定周期，通過(guò)部署節(jié)點(diǎn)周期性采集數(shù)據(jù)，分析運(yùn)維需求。結(jié)合5G技術(shù)，控制了系統(tǒng)的峰值速率在10 Gbit/s、時(shí)延在0.2 ms，連續(xù)廣域覆蓋占比為3.22，流量通信密度在12.5 Mbps/m2以上。在此基礎(chǔ)上，利用AR技術(shù)構(gòu)建了可視化智慧運(yùn)維系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行情況，并計(jì)算了單向運(yùn)維響應(yīng)時(shí)間，以全面評(píng)估系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用效果，公式如下：

式（4）中：為單向運(yùn)維的響應(yīng)時(shí)間；和分別表示不同運(yùn)維階段的控制差值；為AR識(shí)別范圍；為運(yùn)維覆蓋控制區(qū)域；為堆疊區(qū)域。以計(jì)算得出的單向運(yùn)維的響應(yīng)時(shí)間作為標(biāo)準(zhǔn)，在當(dāng)前的系統(tǒng)中下達(dá)3組虛擬異常指令，并設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)運(yùn)維測(cè)試流程。隨后，基于此測(cè)試環(huán)節(jié)，通過(guò)“5G+AR”識(shí)別程序，針對(duì)系統(tǒng)對(duì)故障虛擬指令的運(yùn)維處理效果，計(jì)算出最終的故障處理優(yōu)化比，公式如下：

式（5）中：為故障處理優(yōu)化比；為故障識(shí)別均值；為運(yùn)維單向整合值；為轉(zhuǎn)換比；為AR識(shí)別區(qū)域；為修復(fù)頻次。結(jié)合當(dāng)前測(cè)試，分3個(gè)階段進(jìn)行比對(duì)測(cè)定，對(duì)最終得出的結(jié)果分析，如表1所示。

結(jié)合表1，最終智慧運(yùn)維系統(tǒng)得出的故障處理優(yōu)化比均可以達(dá)到8.5以上。說(shuō)明在“5G+AR”識(shí)別技術(shù)的輔助下，所設(shè)計(jì)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備智慧運(yùn)維系統(tǒng)應(yīng)用效果更為高效，可靠性、針對(duì)性較強(qiáng)，具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。

3結(jié)語(yǔ)

總而言之，本文對(duì)基于“5G+AR”識(shí)別技術(shù)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備智慧運(yùn)維系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)與驗(yàn)證分析。根據(jù)測(cè)定需求，結(jié)合“5G+AR”識(shí)別模式，創(chuàng)新運(yùn)維方式，旨在解決傳統(tǒng)運(yùn)維不足，提高設(shè)備運(yùn)行效率和水平。系統(tǒng)具備實(shí)時(shí)監(jiān)控、故障預(yù)警和遠(yuǎn)程維修等功能，保障運(yùn)行穩(wěn)定與安全，發(fā)揮系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)，為相關(guān)領(lǐng)域提供有益參考。

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