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基于云智慧的設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計研究(自動化)
崔 嘉,洪 貝
(海軍航空工程學(xué)院控制工程系,山東煙臺264001)
摘要:隨著互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展,云計算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。在測試技術(shù)領(lǐng)域,云智慧測試技術(shù)是第五代測試技術(shù),其智能化、測試準(zhǔn)確性和可靠性的優(yōu)勢不可比擬。從云智慧測試的主要架構(gòu)分析入手,探討了云智慧測試的主要工作流程,進(jìn)而闡述了云智慧測試硬件與軟件平臺,最后對云智慧測試技術(shù)的運(yùn)用進(jìn)行了討論;設(shè)計了一種設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu),以期為基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的狀態(tài)監(jiān)測方法更好地應(yīng)用于實踐提供有益參考。
關(guān)鍵詞:云智慧;測試技術(shù);智能化;技術(shù)架構(gòu)
中圖分類號:TP39 文章編號:1006 - 2394(2016)06 - 0027 - 04
0 引言
目前,大數(shù)據(jù)應(yīng)用在了工業(yè)、交通、軍事、醫(yī)療等各個領(lǐng)域,但人們對知識的采集和掌握速度卻遠(yuǎn)落后于數(shù)據(jù)本身的增速,無法將大數(shù)據(jù)快速、有效地轉(zhuǎn)化為有價值的信息來指導(dǎo)生產(chǎn),進(jìn)而起到提高效率和節(jié)約資源的作用。以云智慧技術(shù)為理論指導(dǎo),運(yùn)用到實際工程中,能夠方便、快捷地獲取工程數(shù)據(jù),避免了傳統(tǒng)測量技術(shù)的繁雜,以及對人力、物力、財力的損耗。如何對大數(shù)據(jù)進(jìn)行深層次、多尺度的挖掘并獲得有價值的知識,便成了一個迫切需要解決的問題。
1 云智慧測試的的主要架構(gòu)
前端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、后臺數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)、終端人機(jī)交互設(shè)備三大部分構(gòu)成了完整的云智慧測試系統(tǒng)。
(1)前端智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng):智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)依托于嵌入式系統(tǒng),可獨立運(yùn)行采集各種數(shù)據(jù)信息,并可將數(shù)據(jù)傳輸至后臺分析系統(tǒng)及各種數(shù)據(jù)存儲設(shè)備;
(2)后臺數(shù)據(jù)分析系統(tǒng):該系統(tǒng)的主要功能是接收前端智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)反饋的信息,并對巨量信息進(jìn)行分析處理,形成相關(guān)報告;
(3)終端人機(jī)交互設(shè)備:人機(jī)交互設(shè)備的主要作用是實現(xiàn)對云智慧測試系統(tǒng)的人工控制。用戶可以通過該設(shè)備完成對數(shù)據(jù)采集及分析系統(tǒng)的有效操控,進(jìn)而得到需要的分析結(jié)果。
2 云智慧測試的主要工作流程
云智慧測試系統(tǒng)的三大組成部分,對于用戶來說并不直接接觸前端的數(shù)據(jù)采集及后臺的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng),用戶只需要使用自己的計算機(jī)、手機(jī)或平板電腦連接互聯(lián)網(wǎng)后,即可通過瀏覽器訪問云智慧測試的服務(wù)中心,并向系統(tǒng)下達(dá)指令,可根據(jù)用戶指令,調(diào)動安置在全國乃至世界各地的前端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的采集,并將數(shù)據(jù)通過互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)傳輸至云計算機(jī)中心。云計算機(jī)中心將根據(jù)用戶輸入的指令,啟動相應(yīng)計算程序,對數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、分析及處理,形成符合用戶需求的測試報告,再通過互聯(lián)網(wǎng)將該報告?zhèn)鬏斨劣脩羰褂玫挠嬎銠C(jī)、手機(jī)或平板電腦上。云智慧測試前端數(shù)據(jù)采集設(shè)備分布廣泛,后臺運(yùn)行的云計算機(jī)也是要求極高,但對用戶來說,只要借助能夠接人互聯(lián)網(wǎng)的電子設(shè)備就可以實現(xiàn)對云智慧測試技術(shù)的隨時使用,十分的便利。
3云智慧測試硬件與軟件平臺
3.1 引入嵌入式系統(tǒng),實現(xiàn)云智慧測試程序的智能化
針對云智慧測試,要求開發(fā)專用的嵌入式計算機(jī)系統(tǒng),實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、匯總、分析以及輸出測試報告的智能化與自動化。嵌入式系統(tǒng)的引入能夠?qū)崿F(xiàn)前端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的獨立運(yùn)行,自動完成數(shù)據(jù)的收集工作,并通過互聯(lián)網(wǎng)將收集到的海量數(shù)據(jù)傳輸至云計算機(jī)中心進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。智慧測試程序的智能化主要是指:
(1)前端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)智能自動的收集來自外部的數(shù)據(jù),不斷進(jìn)行參數(shù)調(diào)整,并將收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行儲存及傳輸?shù)龋?/font>
(2)在脫離計算機(jī)的條件下,仍可以通過互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、傳輸?shù)龋?/font>
(3)借助于嵌入式系統(tǒng),實現(xiàn)了前端數(shù)據(jù)采集設(shè)備與后臺云計算機(jī)的互聯(lián)互通,保證了數(shù)據(jù)信息的有效傳輸。
3.2同步時鐘
云智慧測試的前端數(shù)據(jù)采集設(shè)備一般來說分布地區(qū)十分廣泛,世界各地可能都安置有數(shù)據(jù)采集設(shè)備,分布面的廣泛擴(kuò)大了數(shù)據(jù)來源,但也存在著數(shù)據(jù)采集時間同步的問題。為保證同步時鐘,可采取以下技術(shù):
(1)針對放置于相近地區(qū)的前端數(shù)據(jù)采集設(shè)備可以采用有線電子時鐘同步。
(2)針對分布在異地的前端數(shù)據(jù)采集設(shè)備,則必須要通過無線時鐘同步,即通過衛(wèi)星系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集設(shè)備的時鐘同步。
4 云智慧測試技術(shù)的運(yùn)用
云智慧測試技術(shù)的特點是方便、快捷,其測試流程也非常簡單,是將云計算技術(shù)應(yīng)用到工程中的新型實踐,其應(yīng)用范圍非常廣泛且富有前景。
4.1現(xiàn)場測量
現(xiàn)場測量是云智慧測量技術(shù)的一大優(yōu)勢。傳統(tǒng)的測量技術(shù)存在現(xiàn)場測量環(huán)節(jié),但均擺脫不了眾多外因的影響,例如,天氣原因、地理因素等。與其他傳統(tǒng)的測量技術(shù)不同,云智慧測量技術(shù)的現(xiàn)場測量可以突破外因影響,實現(xiàn)在不能靠近設(shè)備時的遠(yuǎn)程準(zhǔn)確測量,同時操控多臺設(shè)備,減少人力、物力的耗損,且能夠大大提高工作效率。
對高鐵路軌的測試而言,用傳統(tǒng)的測量方法很難實現(xiàn)多臺設(shè)備同時安裝,其間伴隨著眾多人力、物力、財力的耗損,對工程進(jìn)度不利。而且傳統(tǒng)測量時有很多情況下技術(shù)人員不能靠近設(shè)備,只能在停運(yùn)間隙完成測量,這是具有一定危險性。通過云智慧測試技術(shù),上述的這些弊端都將不復(fù)存在。云智慧測試技術(shù)不需要眾多的工作人員參與其中,也很容易實現(xiàn)數(shù)十臺設(shè)備的同時安裝,能夠減少大量人力、物力、財力的運(yùn)用。云智慧測試技術(shù)能夠方便、快捷地實現(xiàn)對高鐵路軌的測試,硬件系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)流量進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)中,每當(dāng)有列車經(jīng)過的時候,硬件系統(tǒng)就會自動記錄此時的數(shù)據(jù),將其傳輸給計算中心,計算中心進(jìn)行分類備檔存儲。在云智慧終端的技術(shù)人員只需要通過客戶端連接互聯(lián)網(wǎng),就能找到測試數(shù)據(jù),通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理,生成測試報告。此外,每位工作人員都被妥善安置,并分配以合適的工作,既能保證工作的進(jìn)行,還能保證人員的充分利用。這樣,就能避免傳統(tǒng)測量技術(shù)的弊端,快速完成測量工作。
4.2大型監(jiān)測
現(xiàn)在,云智慧測試技術(shù)已經(jīng)被運(yùn)用到各個領(lǐng)域,例如,機(jī)械裝置的監(jiān)測、道路橋梁的監(jiān)測、高鐵路軌的監(jiān)測、磁懸浮列車的監(jiān)測等,云智慧測試技術(shù)的優(yōu)點也得以充分發(fā)揮。該技術(shù)不僅能獲得監(jiān)控路軌、機(jī)械等的運(yùn)行數(shù)據(jù),判斷相應(yīng)設(shè)備是否正常運(yùn)行,還能夠減少人力、物力、財力的消耗,只需要少量的技術(shù)人員通過客戶端連接互聯(lián)網(wǎng),并相互配合工作,就能有效監(jiān)測各領(lǐng)域的運(yùn)行情況。
5設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)設(shè)計
5.1建設(shè)目標(biāo)設(shè)計
隨著大數(shù)據(jù)的普及應(yīng)用,為基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的狀態(tài)監(jiān)測方法提供了良好的平臺。本文最后在某型設(shè)備遠(yuǎn)程診斷工作的基礎(chǔ)上,通過遠(yuǎn)程監(jiān)測與診斷系統(tǒng)的總體設(shè)計,建立統(tǒng)一的監(jiān)測平臺,制定監(jiān)測與診斷標(biāo)準(zhǔn)體系,構(gòu)建大數(shù)據(jù)中心;與ERP、MES結(jié)合,初步建立動態(tài)的RBM風(fēng)險體系,預(yù)留與物聯(lián)網(wǎng)、移動應(yīng)用的互聯(lián)接口,對設(shè)備部件級實現(xiàn)RCM分析,最終實現(xiàn)基于規(guī)則、多特征、多尺度的設(shè)備報警、設(shè)備診斷及檢維修策略的自動生成。
5.2業(yè)務(wù)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計
基于云智慧的設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測業(yè)務(wù)體系結(jié)構(gòu)見圖1。遠(yuǎn)程監(jiān)測診斷網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)基本涵蓋了物聯(lián)網(wǎng)體系的基礎(chǔ)應(yīng)用與集成、服務(wù)集成標(biāo)準(zhǔn),物聯(lián)網(wǎng)在此基礎(chǔ)上需要擴(kuò)展的是服務(wù)層的標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)據(jù)采集層是物聯(lián)網(wǎng)的有線網(wǎng)絡(luò)的一部分,同時替物聯(lián)網(wǎng)完成了目前正在使用的有線監(jiān)測系統(tǒng)的集成。數(shù)據(jù)中心是物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)中心的一部分,包括物聯(lián)網(wǎng)中有線監(jiān)測的部分?jǐn)?shù)據(jù)。RBM模塊是物聯(lián)網(wǎng)中設(shè)備管理系統(tǒng)的一個模塊。由此,遠(yuǎn)程監(jiān)測診斷網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)工作,遠(yuǎn)程監(jiān)測診斷網(wǎng)的工作將關(guān)系到物聯(lián)網(wǎng)的品質(zhì)與成本。在標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)中,需要提供監(jiān)測層、數(shù)據(jù)中心層、RBM層的接口供物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)使用。
1)標(biāo)準(zhǔn)化接口
設(shè)計平臺基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)、平臺互聯(lián)與交換標(biāo)準(zhǔn)、服務(wù)與應(yīng)用規(guī)范,涉及數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、狀態(tài)監(jiān)測、健康評估、符合性測試、標(biāo)準(zhǔn)管理等。
2)數(shù)據(jù)中心
采集層監(jiān)測數(shù)據(jù)、檢維修歷史、設(shè)備檔案、設(shè)備變更等形成大數(shù)據(jù),并對其進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘,提供決策分析的品質(zhì),形成完整的設(shè)備生命周期預(yù)測體系。
3)數(shù)據(jù)采集及各監(jiān)測系統(tǒng)集成
集成各供應(yīng)商的監(jiān)測系統(tǒng),在此基礎(chǔ)上,提出雙層次的部署結(jié)構(gòu),形成公司級、中心級的雙層部署,實現(xiàn)統(tǒng)一界面、高性能輔助分析的體系結(jié)構(gòu)。
4)基于狀態(tài)維修的CBM體系結(jié)構(gòu)
在建立數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上,參考OSA-CBM狀態(tài)維修的技術(shù)架構(gòu)體系,形成基于狀態(tài)維修的體系架構(gòu)。
5)基于風(fēng)險型維修管理系統(tǒng)RBM
針對關(guān)鍵設(shè)備建立RBM的風(fēng)險體系,并與狀態(tài)監(jiān)測相結(jié)合,實現(xiàn)封閉的維修管理策略。
5.3總體技術(shù)架構(gòu)設(shè)計
基于云智慧的設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)總體技術(shù)結(jié)構(gòu)設(shè)計見圖2。
1)用戶訪問層
用戶訪問層體現(xiàn)用戶訪問界面形式,面向特定用戶群提供頁面級整合的特定門戶。所謂門戶系統(tǒng)就是提供一整套頁面定制工具,在不拆散應(yīng)用的邏輯結(jié)構(gòu)的前提下集成多個應(yīng)用系統(tǒng)的功能訪問入口,使用戶能夠方便地通過訪問單一門戶而實現(xiàn)所有相關(guān)業(yè)務(wù)的處理,使系統(tǒng)管理人員能夠方便地定制網(wǎng)站的前臺頁面,以實現(xiàn)風(fēng)格的更新與個性化。通過對各類應(yīng)用和服務(wù)的集成,方便用戶對資源的訪問和使用。
2)應(yīng)用層
應(yīng)用層提供應(yīng)用系統(tǒng)功能的具體實現(xiàn),它是以各種基礎(chǔ)共性平臺或通用工具為基礎(chǔ),結(jié)合專用業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)而成。
3)大數(shù)據(jù)中心層
利用大數(shù)據(jù)中心存放結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù),加上完善的備份和容災(zāi)策略,可以大大提高系統(tǒng)的可擴(kuò)展性,較企業(yè)小型機(jī)集群+商業(yè)數(shù)據(jù)庫方案相比更為優(yōu)化。采用Map Reduce+ GFS框架,不受性能瓶頸、擴(kuò)容升級等問題的困擾,只需適當(dāng)增加計算單元和存儲,而無需關(guān)停系統(tǒng),集群系統(tǒng)會自動分配和調(diào)度資源。
4) EIS基礎(chǔ)產(chǎn)品層
EIS基礎(chǔ)產(chǎn)品層是應(yīng)用系統(tǒng)層的軟件支撐平臺,是構(gòu)成應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)。該層包括標(biāo)準(zhǔn)體系層、框架性構(gòu)件層和功能組件層。運(yùn)用應(yīng)用支撐層中的各層次的標(biāo)準(zhǔn)、構(gòu)件和組件,實現(xiàn)對各種業(yè)務(wù)應(yīng)用的創(chuàng)建、組裝、部署等運(yùn)維管理。
5) SOA-ESB服務(wù)層
SOA-ESB服務(wù)層采用OSB中間件,提供各應(yīng)用系統(tǒng)的互連互通,防止各應(yīng)用系統(tǒng)形成“信息孤島”,SOA-ESB服務(wù)層提供對多種協(xié)議的支持,包括HTTP、FTP、JMS、EMAIL、FILE等協(xié)議的支持,同時支持J2EE、.NET(C#)、C++、Delphi等不同應(yīng)用系統(tǒng)的實現(xiàn)?梢酝瓿晒こ坦芾硐到y(tǒng)、辦公系統(tǒng)、遠(yuǎn)程培訓(xùn)系統(tǒng)等不同功能系統(tǒng)的通信,具備支持造價的單機(jī)版等軟
件的能力。
6)資源層
資源層是所有數(shù)據(jù)信息存儲與管理的邏輯表現(xiàn)。在資源層的規(guī)劃中,所關(guān)注的核心是資源是否可擴(kuò)展。設(shè)計建立資源信息庫,可以使各類數(shù)據(jù)根據(jù)需求按結(jié)構(gòu)關(guān)系進(jìn)行存儲、管理與共享,形成統(tǒng)一的信息資源數(shù)據(jù)中心。
在實現(xiàn)技術(shù)上,工程管理采用數(shù)據(jù)倉庫搭建,其他模塊采用數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)。
7)基礎(chǔ)設(shè)施層
基礎(chǔ)設(shè)施層為資源層提供環(huán)境支撐,分為網(wǎng)絡(luò)設(shè)施層和軟件功能服務(wù)群。前者支持TCP/IP、AD和安全等資源服務(wù),為應(yīng)用軟件服務(wù)提供支持;后者則為資源層提供運(yùn)行環(huán)境和共性支撐,如操作系統(tǒng)、文檔處理、數(shù)據(jù)庫管理等。
此外,信息安全、審計和運(yùn)維管理的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)體系應(yīng)當(dāng)貫穿各個層面,為系統(tǒng)的正常、可靠、安全運(yùn)行提供保障。
6結(jié)束語
大數(shù)據(jù)時代的來臨,數(shù)據(jù)流量成倍速成長,為實現(xiàn)對數(shù)以億計的巨量數(shù)據(jù)的有效統(tǒng)計分析,云計算技術(shù)的引入必不可少。云智慧測試正是基于云計算技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的新型測試系統(tǒng),而研究基于云智慧的設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計方法,提高數(shù)據(jù)到知識的轉(zhuǎn)化效率,可以提高控制品質(zhì),推廣先進(jìn)控制策略的應(yīng)用,降低設(shè)備維護(hù)及技術(shù)革新成本,提高生產(chǎn)過程的安全性與可靠性,對于提高企業(yè)競爭力水品,促進(jìn)現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)具有重要意義。