流程型行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺

1、AIdustry 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)項目打造流程型行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺一、項目概況項目背景作為國民經(jīng)濟基礎(chǔ)行業(yè)之一，流程型行業(yè)在人們社會生活中的特殊地位，往往使其生產(chǎn)、傳輸、供應(yīng)和服務(wù)的及時性、可靠性具有極強的經(jīng)濟意義，有時甚至具有某種程度的政治、軍事意義。因此，流程型行業(yè)的管理具有高度的可靠性和數(shù)據(jù)安全性要求。近年來，隨著太極股份與華能集團合作的不斷加深，太極股份以 TECO 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺為基礎(chǔ)，與華能集團共同籌建了服務(wù)于流程型行業(yè)的 AIdustry 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)項目，該項目涵蓋電力、鋼鐵、化工等多個行業(yè)。項目目標建立以大數(shù)據(jù)為核心的流程型行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，通過匯聚全業(yè)務(wù)、全類型數(shù)據(jù)資源信息，全面

2、支撐電力、鋼鐵、煤炭等行業(yè)的數(shù)據(jù)應(yīng)用需求。為流程型行業(yè)設(shè)備管理、安全生產(chǎn)、運行優(yōu)化、經(jīng)營管理提供分析診斷、智能運維、決策支持等服務(wù)，以提高工作效率和管理水平，降低經(jīng)營成本，輔助科學(xué)決策和戰(zhàn)略管理。同時依托工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，建立開放、共享、共贏的運營體系，為企業(yè)創(chuàng)造更高效益。二、項目實施概況項目設(shè)計原則本項目整體設(shè)計上遵循如下原則：以市場為導(dǎo)向，立足長遠；貫徹國家標準，保障實施安全可靠；方案先進合理，降本增效；設(shè)備選型堅持先進、成熟、適用的原則，確保生產(chǎn)安全提效；明確項目目標，針對項目難點，開展關(guān)鍵技術(shù)研究與攻關(guān)。項目技術(shù)路線采用以工業(yè) PaaS 為核心的平臺使能技術(shù)PaaS 云資源部署及管理功能

3、，能將現(xiàn)有各種業(yè)務(wù)能力進行整合，具體可以歸類為應(yīng)用服務(wù)器、業(yè)務(wù)能力接入、業(yè)務(wù)引擎、業(yè)務(wù)開放平臺，向下根據(jù)業(yè)務(wù)能力需要測算基礎(chǔ)服務(wù)能力，通過 IaaS 提供的 API 調(diào)用硬件資源，向上提供業(yè)務(wù)調(diào)度中心服務(wù)，實時監(jiān)控平臺的各種資源，并將這些資源通過 API 開放給 SaaS 用戶。采用分布式大數(shù)據(jù)技術(shù)大數(shù)據(jù)技術(shù)具有分布式及并行化等關(guān)鍵技術(shù)特征，由多個分布的節(jié)點組合而成的集群通過網(wǎng)絡(luò)連接提供服務(wù)及能力，以群體合力的方式提供服務(wù)及動力。大數(shù)據(jù)技術(shù)為應(yīng)對流程型工業(yè)行業(yè)的海量數(shù)據(jù)、提升系統(tǒng)的處理效率、縮短運算時間和應(yīng)用響應(yīng)時間、提升用戶體驗提供保障。采用大數(shù)據(jù)分布式內(nèi)存計算技術(shù)平臺的分布式內(nèi)存計算采用

4、Spark 技術(shù)，Spark 是基于 map reduce 算法實現(xiàn)的分布式計算，通過彈性分布式數(shù)據(jù)集實現(xiàn)對分布式內(nèi)存的抽象使用，以操作本地集合的方式來操作分布式數(shù)據(jù)集，這對于迭代運算比較常見的機器學(xué)習(xí)算法， 效率將得到明顯提升。從而滿足流程型企業(yè)信息化中各種實時/準實時業(yè)務(wù)需求和數(shù)據(jù)需求，提高系統(tǒng)運行效率，保障業(yè)務(wù)響應(yīng)的時效性。采用基于大規(guī)模并行處理（MPP）架構(gòu)數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)數(shù)據(jù)倉庫采用主流的支持大規(guī)模并行處理（MPP）架構(gòu)的成熟產(chǎn)品，采用并行的方法提升海量數(shù)據(jù)的處理能力和系統(tǒng)的可靠性。采用微服務(wù)技術(shù)的應(yīng)用開發(fā)模式在應(yīng)用開發(fā)模式上，平臺提供下面三種能力：提供多語言與工具支持：Java，Rub

5、y 和 PHP 等多種語言編譯環(huán)境。微服務(wù)架構(gòu)：提供涵蓋服務(wù)注冊、發(fā)現(xiàn)、通信、調(diào)用的管理機制和運行環(huán)境， 支撐基于微型服務(wù)單元集成的“松耦合”應(yīng)用開發(fā)和部署。圖形化編程：通過圖形化編程工具，簡化開發(fā)流程，支持用戶采用拖拽方式進行應(yīng)用創(chuàng)建、測試、擴展等。項目總體架構(gòu)和主要內(nèi)容AIdustry 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺是面向流程型行業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化需求， 構(gòu)建基于海量數(shù)據(jù)采集、匯聚、分析的服務(wù)體系，支撐資源泛在連接、彈性供給、高效配置的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，其總體包括邊緣、平臺、應(yīng)用三大核心層級，以微應(yīng)用的形式構(gòu)建企業(yè)各類創(chuàng)新應(yīng)用，最終形成資源富集、多方參與、合作共贏、協(xié)同演進的流程型工業(yè)生態(tài)。其總體架構(gòu)

6、如下圖所示：圖 1 AIdustry 總體架構(gòu)平臺邊緣層負責(zé)采集燃氣輪機、發(fā)電機、變壓器等各種生產(chǎn)設(shè)備的數(shù)據(jù)和MES、SIS 等控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)，以及管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，并根據(jù)特定的傳輸協(xié)議，如MQTT 等，上傳到平臺層。平臺層基于海量數(shù)據(jù)和微服務(wù)組件庫為用戶提供技術(shù)能力和業(yè)務(wù)能力。應(yīng)用層為不同維度的用戶提供個性化應(yīng)用，其中包括廠級的智慧生產(chǎn)、集團級智慧經(jīng)營和上下游企業(yè)的供應(yīng)鏈協(xié)同功能；同時支持新應(yīng)用的測試發(fā)布等應(yīng)用市場功能以支持業(yè)務(wù)運營。平臺安全策略涵蓋了從底層網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備接入，到設(shè)備控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)安全、應(yīng)用安全的各個層級，保障企業(yè)高效安全生產(chǎn)。三、下一步實施計劃項目實施目標通過產(chǎn)業(yè)化推廣舉措，實現(xiàn)電

7、力、鋼鐵、化工類企業(yè)應(yīng)用至少 1000 個，實際用戶超過 500 個，年經(jīng)濟效益突破 1 個億，未來 5 年內(nèi)，每年至少 20%的產(chǎn)值增長，到 2025 年，總經(jīng)濟效益力爭達到 3 億水平。項目實施計劃步驟內(nèi)容：用戶及開發(fā)者管理研發(fā)實施開始時間結(jié)束時間計劃 1工業(yè)設(shè)備管理研發(fā)2017/62020/6計劃 2軟件應(yīng)用管理研發(fā)2017/62020/6計劃 3完善開發(fā)者社區(qū)功能2017/62018/9計劃 4完善交易支付功能2017/82018/11計劃 5平臺用戶推廣2017/82020/6計劃 6平臺開發(fā)者推廣2017/82020/6計劃 7電話支持服務(wù)軟件集成與開發(fā)2017/62018/9計劃

8、 8線上服務(wù)軟件集成與開發(fā)2017/82018/11計劃 9渠道管理軟件集成與開發(fā)2017/82018/10四、項目創(chuàng)新點和實施效果項目先進性及創(chuàng)新點項目的先進性采用當前先進的云計算、物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)，通過數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化等技術(shù)方式，將行業(yè)內(nèi)的隱性知識與經(jīng)驗進行集成與串聯(lián)，基于協(xié)同發(fā)展的人才培養(yǎng)、實踐和跨界創(chuàng)新機制，形成涵蓋行業(yè)產(chǎn)、學(xué)、研、用、商等各類用戶的知識體系與扁平化的行業(yè)組織體系，實現(xiàn)行業(yè)需求的個性化組合與創(chuàng)新，進而達到實體行業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)虛實結(jié)合的行業(yè)形態(tài)。項目的創(chuàng)新點理論創(chuàng)新本項目引入了大數(shù)據(jù)、人工智能的理念和方法，建立問題處理流水線，將復(fù)雜問題簡單化，簡單問題流程化，降解了算

9、法理解和使用難度。圖 1 業(yè)務(wù)建模流程應(yīng)用創(chuàng)新長期以來趨勢預(yù)警，故障診斷和優(yōu)化運行一直是流程型行業(yè)的技術(shù)痛點和難題， AIdustry 采用人工智能技術(shù)和設(shè)備機理模型相結(jié)合的方式創(chuàng)造性地解決了流程型工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)的歷史難題。圖 2 風(fēng)電領(lǐng)域設(shè)備模型圖 3 風(fēng)電領(lǐng)域應(yīng)用模型技術(shù)創(chuàng)新創(chuàng)造性的采用人工智能算法，結(jié)合工業(yè)領(lǐng)域的機理模型，形成一套專業(yè)的模型算法，并采用算法流水線模式，實現(xiàn)多種應(yīng)用功能的搭建。圖 4 風(fēng)電葉片結(jié)冰診斷流程圖 5 葉片結(jié)冰預(yù)測結(jié)果采用多種變量變換分類模型，對各風(fēng)機葉片結(jié)冰進行精確診斷，診斷準確率達到 93%以上。實施效果目前中國發(fā)電量占全球總量的 24.1%左右，按全球平均設(shè)備

10、優(yōu)化收益來看， 未來十年可實現(xiàn) 1.8 萬億人民幣的成本降低和收入。按發(fā)電行業(yè)合計約 1000 個電廠計算，同時按平均 50-100 萬的智能化投入來核算，AIdustry 的推廣示范效益在近兩年至少能帶動 50-100 億級的產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模。本項目帶來的行業(yè)經(jīng)濟效益一方面，從行業(yè)增值提效角度看，AIdustry 平臺打通了行業(yè)內(nèi)部的各個環(huán)節(jié)，加速各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)縱向流動和交互。另一方面，從產(chǎn)業(yè)應(yīng)用角度看，AIdustry 平臺構(gòu)建了一個龐大的制造生態(tài)網(wǎng)絡(luò)，為企業(yè)提供行業(yè)應(yīng)用和數(shù)據(jù)交互，釋放了資源價值。本項目帶來的企業(yè)經(jīng)濟效益本項目通過 AIdustry 的實施，所產(chǎn)生的經(jīng)濟效益包括：實現(xiàn)設(shè)備實時運行

11、可靠性維護，保障生產(chǎn)安全；實現(xiàn)設(shè)備異常安全預(yù)警，減少因設(shè)備異常而產(chǎn)生的經(jīng)濟損失；實現(xiàn)設(shè)備故障告警，規(guī)避安全事故，降低企業(yè)事故損失；實現(xiàn)分布式資源的集中高效管理，提高企業(yè)資源管理效率；實現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備間的聯(lián)動調(diào)節(jié)與管理，降低企業(yè)生產(chǎn)能耗。本項目的平臺應(yīng)用經(jīng)濟效益通過 AIdustry 實現(xiàn)對設(shè)備進行實時監(jiān)測、實時預(yù)警的目的，從而保證設(shè)備健康、安全、穩(wěn)定地運行。并提前感知設(shè)備故障，從而減少企業(yè)設(shè)備維護成本、檢修成本，同時提高設(shè)備的使用年限。隨著該平臺的深入推廣，已推動工業(yè)企業(yè)累計實現(xiàn)業(yè)務(wù)增收不低于 3 億元。技術(shù)成果應(yīng)用場景應(yīng)用場景一：火電設(shè)備運行特性分析該應(yīng)用以火電機組運行狀態(tài)監(jiān)測與系統(tǒng)大數(shù)據(jù)相

12、結(jié)合，利用機組實際運行數(shù)據(jù)，從多個維度進行運行數(shù)據(jù)趨勢分析和相關(guān)性分析，為機組運行狀態(tài)監(jiān)測提供有效的分析手段。圖 6 診斷模型故障樹圖 7 火電機組運行特性分析實施架構(gòu)應(yīng)用場景二：水電設(shè)備安全預(yù)警在平臺層部署可信、成熟的故障模型，并根據(jù)該模型對機組的狀態(tài)數(shù)據(jù)進行實時故障識別，實現(xiàn)發(fā)電設(shè)備安全預(yù)警的快速響應(yīng)。 PAGE 11 | 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)先進應(yīng)用案例集遠程監(jiān)測診斷中心企業(yè)中心VPN專線企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)網(wǎng)關(guān)或路由器 PAD/手機數(shù)據(jù)服務(wù)器廠站側(cè)應(yīng)用服務(wù)器廠站側(cè)中心通訊服務(wù)器 監(jiān)視站控制室工程師站采集器傳感器采集器傳感器采集器傳感器上下限預(yù)警變化率預(yù)警故障預(yù)警相關(guān)性預(yù)警統(tǒng)計特性預(yù)警預(yù)警信息存儲響應(yīng)信

13、息推送1號發(fā)電機2號發(fā)電機3號發(fā)電機圖 8 水電行業(yè)發(fā)電設(shè)備安全預(yù)警實施架構(gòu)應(yīng)用場景三：風(fēng)電設(shè)備故障預(yù)警與診斷齒輪箱是風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的重要組成部件，對保證風(fēng)力發(fā)電正常運行起著至關(guān)重要的作用。通過從多維度實現(xiàn)齒輪箱失效故障分類，明確齒輪箱的優(yōu)化方向， 并為齒輪箱失效建模提供依據(jù)。齒輪箱維修數(shù)據(jù)信息提煉關(guān)聯(lián)模型聚類模型齒輪箱生產(chǎn)信息（設(shè)計、生產(chǎn)、安裝、）風(fēng)機運行配套數(shù)據(jù)（輪轂、葉片、傳動鏈、振動信號、齒輪箱油溫等）K-means算法分類樹算法Apriori算法FP-growth算法失效故障分類風(fēng)場數(shù)據(jù)（客戶、氣象、發(fā)電率等）齒輪箱生產(chǎn)廠區(qū)或車間失效故障頻率（投入使用后多久發(fā)生失效故障）失效故障部件齒輪箱型號各類失效原因影響程度各類失效故障影響程度各類失效故障原因內(nèi)在因素外在因素圖 9 齒輪箱失效故障原因分析