基于创新工业设备维修（MRO2）模式应用的工业大数据服务平台产品研究

唐票林 刘晓明 彭穗娟 司徒水成 司徒剑 吕继春

摘 要：随着先进制造产业由制造为中心日渐变向以创新与服务为中心转变，产品服务的效率和质量成为企业生存与发展的关键因素，MRO2业务已成为先进制造企业营运的主体。随着云计算、物联网、大数据、移动互联等新技术等飞速发展，引发了新一轮科技革命和产业变革。无论是“德国工业4.0”还是“中国制造2025”，都提到了智能化和互联网化，其核心是工业大数据，即对设备资产、生产服务的全面感知、收集、分析、共享。在此大背景下，本文作者结合自身实践，结合本文作者产品研发经验，研究如何通过技术的创新与发展，打造具有自主知识产权的工业大数据服务平台，对工业设备的生产信息的全面感知、收集、分析、共享，为企业的管理者和参与者呈现出一个全新的看待工业维修生态视图，引领企业实现工业互联、挖掘数据价值、创新工业维修生态。

关键词：设备维修 云计算 大数据 物联网 智慧电厂

中图分类号：TP392 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）03（a）-0000-00

云计算、物联网、大数据、移动互联等新技术等飞速发展，引发了新一轮科技革命和产业变革。美国提出“再工业化”、德国提出工业4.0战略等，希望借助信息技术发展重新夺回制造业优势。我国为破解制造业发展存在的若干问题，迎接“双重挤压“的挑战，应对经济发展新常态，也提出中国制造2025、智能制造重大工程等发展战略。在此大背景下，我们如何迎接制造业发展的机遇与挑战。

MRO2（Maintenance，Repair，Overhaul and Operation）是设备在运行和维护阶段（MOL）所进行的各种维护、修理、大修和操作等生产活动的总称，是设备生命周期的重要组成部分。随着先进制造产业由制造为中心向以创新与服务为中心转变，产品服务的效率和质量成为企业生存与发展的关键因素，MRO2业务已成为先进制造企业收入的主体。据统计，大型装备的MRO2费用占装备全生命周期管理（Product LifecycleManagement，PLM）总费用的60-70%。通用电气（GE）年收入总额中服务业所占比重为：2003年占62.44%，2004年占 63.32%；通用汽车公司（GM）下属的服务公司2004年利润达到29.1亿美元，占GM全部利润的80%。

经历近40年的改革开放，我国工业发展取得了举世瞩目的成就，建成独立完整的全国工业体系，享有“世界工厂”的美誉。我国科技的不断进步导致产品的极大丰富，同时也诞生越来越复杂的产品。工业化与信息化融合极大提升了产品研发与制造效率，同时，对现有的产品运行、日常维护和大修等业务带来前所未有的冲击，主要表现为缺乏预警、响应迟钝、维修期长、备件冗余、过度维护、知识流失等。

在此大背景下，本课题通过技术的创新与发展研究，打造基于创新工业设备维修（MRO2）模式的工业大数据服务平台，对工业设备的生产信息的全面感知、收集、分析、共享，为企业的管理者和参与者呈现出一个全新的看待工业维修生态视图，引领企业实现工业互联、挖掘数据价值、创新工业维修生态。

1 市场环境与用户需求分析

据统计，大型装备的MRO费用占装备全生命周期管理（Product Lifecycle Management，PLM）总费用的60-70%。通用电气（GE）年收入总额中服务业所占比重为：2003年占62.44%，2004年占 63.32%；通用汽车公司（GM）下属的服务公司2004年利润达到29.1亿美元，占GM全部利润的80%。

目前国内还没有成熟的高端MRO软件产品。大部分国内自主开发的MRO相关软件产品基本上属于第2～3代MRO产品。包括：北京神农氏软件有限公司开发的“SmartEAM设备管理系统”、广州市正泰商业数据有限公司开发的EAM设备资产管理系统、西北工业大学机电工程学院开发了“基于Web的数控设备维修信息管理系统”、西安翔宇航空科技股份有限公司研制的机务工程管理系统（MES）、北京海顿新科技术有限公司的海顿设备资产管理系统（EAM）、信息产业部电子第五研究所数据中心开发的可靠性维修性保障性工程软件 CARMES、北航可靠性工程研究所和北京可维创业科技有限公司开发的可维ARMS2.5软件等。

其它MRO产品还有：铁路货车技术管理信息系统（铁道部）、武器产品的远程监控和服务系统（南京理工大学）、数控机床维护及故障分析系统（北京机械工业学院）、航空发动机全生命管理系统（哈尔滨工业大学）。

目前国内MRO支持系统的重点关注应用行业包括：制造业（冶金、化工、汽车、烟草、制药、工业设备、武器装备等），交通运输业（航空、机场、航运、码头、铁路、地铁等），电力业（发电、输配电、核电等）和能源业（石油开采、炼油加工、天然气输送、采矿等）。

目前，国内还没有自主开发的通用的MRO软件平台，多围绕相关领域开展专用系统的开发。而对于复杂产品使用企业则更多的是引入國外成熟的MRO系统，如 SAP系统在航空运输领域的应用；IBM公司的Maximo在广州地铁、中海油、嘉兴电厂和七台河电厂的应用；Datastream在云南电网生产管理系统、神华集团神东煤炭公司、中国移动通信产业网-江苏成功实施；IBM Maximo在中国的用户已经超过200家。目前，国内高端的MRO软件市场完全被国外产品垄断。国内仍有很多大型企业没有应用和实施MRO支持系统，或者使用零散的MRO管理系统，MRO软件的市场需求相当广泛。

2 工业大数据服务平台总体规划

在云计算、物联网、大数据、移动互联等新技术等飞速发展，引发了新一轮科技革命和产业变革的大背景下。通过技术的创新与发展，打造基于创新工业设备维修（MRO2）模式应用的工业大数据服务平台，对工业设备的生产信息的全面感知、收集、分析、共享，为企业的管理者和参与者呈现出一个全新的看待工业维修生态视图，帮助企业实现工业互联、挖掘数据价值、创新工业维修生态。

2.1 产品定位

基于创新工业设备维修（MRO2）模式应用的工业大数据服务平台（见图1），是按照平台化、社会化、智慧化发展理念，专注于工业设备维修与设备资產管理领域，构建的工业大数据服务平台。重点打造平台的感知、连接、共享和洞察能力，帮助我国工业快速适应现代工业发展趋势，实现设备资产精益运营、高效产业协作、智能制造服务和创新业务模式。

图1 产品定位示意图

2.2 产品架构

工业大数据服务平台利用IoT、云计算、大数据等技术实现工业设备物联、提供全息资产管理云应用，构建设备智能分析平台，创新工业设备维修模式，助力企业服务化转型，实现数据价值持续提升，平台的总体架构图如图2：

图2 工业大数据服务平台产品架构图

工业大数据服务平台产品包括“基础平台“和“行业产品”。

“基础平台”是基于开放PaaS平台的工业大数据技术支撑平台，从功能上划分分为：物联平台、设备管理平台（EAM）以及大数据分析平台。强大的平台将为工业互联网提供技术支持，打造从设备研发、制造、运营、维护、检修的一体化管控平台。

“行业产品”是在工业大数据服务平台基础上，结合具体行业、具体用户的需求，形成“平台+”的行业应用模式，如：“平台+锅炉”等行业应用产品，助力企业快速迈向“工业4.0”。

第三节 技术架构

图3 工业大数据服务平台技术架构图

工业大数据服务平台技术支撑平台采用面向微服务、微应用的架构，其核心概括为“一云二网三要素”：“一云”：工业大数据服务云平台，面向工业维修与设备资产管理领域，打造“全息资产管理+智慧工业维修+智慧制造服务”的云服务平台；“二网”：物联网和互联网，面向互联网环境提供服务，同时采用最新的物联网技术，接入第三方物联网平台，实现设备大数据接入；“三要素”：人、设备和数据，工业大数据服务平台的本质是解决人、设备以及链接两者的数据三个基本要素的问题，借助云计算、物联网等信息手段，提供SaaS软件服务、软件产品、技术服务和解决方案，创造人、设备、大数据融合的最大价值。

3 工业大数据服务平台及应用实现

3.1 基础平台技术实现

图4 工业设备大数据服务平台的业务架构

工业大数据服务平台基础平台是基于开放PaaS平台的工业大数据技术支撑平台，从功能上划分分为：物联平台、设备管理平台（EAM）以及大数据分析平台。

3.1.1 物联平台（IIoT）

工业大数据服务平台物联网平台支持大规模设备通过网关或数据采集器接入物联云服务平台，实现设备与物联云服务功能组件的高性能海量通信。

支持MQTT，http等物联网标准协议，实现设备与云端的双向通信，使设备快速连接云端，进而实现设备与设备、设备与服务之间的数据传输。支持多种设备通讯协议，轻松接入各种物联网设备、智能家居、汽车、穿戴设备、行业终端等。支持将不同设备的相同属性进行抽象化管理，并支持批量管理设备。另外物联平台提供规则引擎服务，可以通过规则引擎无缝连接海量云存储、流计算、大数据、机器学习、云监控等产品，实现消息高效处理及分析，协助客户快速构建物联网应用。

安全方面，对所有设备进行证书授权认证及权限管理，确保接入的终端设备与传输的信息安全可靠。消息传输使用TLS安全传输层协议，确保链路上传输消息的安全可靠性和数据完整性，保障用户信息安全。

3.1.2 设备管理平台（MRO2）

工业大数据服务平台设备管理平台是基于多年设备资产管理实践经验打造，以SaaS软件服务形式提供的EAM平台软件，平台包括设备资产管理、工器具管理、检修管理、运行管理、巡点检管理、物资管理、项目管理、安监管理、运营管理等9个一级功能大项， 100多个二级功能项，功能全面覆盖资产密集型行业对资产全生命周期管理的各个方面，帮助企业管理人员掌控设备、追踪价值、实现安全生产、创新维修、降低成本。

3.1.3 大数据分析平台（PHM）

工业大数据服务平台大数据分析平台，以大数据处理技术和框架为基础，综合设备实时状态监测、设备管理、巡检等不同的数据源数据，面向工业应用场景建立算法分析模型，利用平台提供的海量大数据存储、加载、分析、挖掘能力，实现对设备设备故障预测与健康管理的分析（PHM）需求。典型的业务分析场景包括故障诊断分析、设备故障分析、设备健康分析、设备报废分析、设备可靠性分析、生产成本分析、库存优化分析等。

3.1.4 云开放平台

云开放平台是SaaS软件服务向平台化的延伸，提供了通用企业应用工业大数据服务平台化开放能力，通过对支撑应用软件的基础环境、开发环境和运行环境的开放，为工业大数据服务平台提供可以灵活的可定制性、可扩展的开放能力，开放平台的客户价值在于通过平台能力开放，更大程度满足不同行业客户应用场景需求，提供一致的技术路线和标准，支持企业现有业务应用与设备资产管理SaaS应用功能的整合。开放平台的功能包括云开发平台、API开放、应用组件市场、数据服务平台等。

3.2 行业产品设计与实现

在全产业链大数据的时代，依托在EAM、设备状态监测和大数据分析等方面的研究与实践，对设备大数据不断积累与探索，深入互联网/传统行业多个领域，在数据处理，数据提炼等方向形成了独有优势。基于工业大数据服务平台基础平台和“平台+行业”的应用模式，结合具体行业、具体用户的需求，形成行业应用产品，助力用户快速掌控工业互联网，共同繁荣工业互联应用生态。

下面通过以 “平台+智慧锅炉”行业应用为例，来了解“平台+”的行业应用模式。（见图5）

“平台+智慧锅炉”实现锅炉站点运营管控与锅炉设备运行维护，对设备进行全面装监测、故障诊断与健康管理，为锅炉生产、运营企业提供在线监测锅炉设备运行与健康状况；全面移动化的现场运维工作应用功能；全景可视化的现场监控与运维管理；多站点的集中管控运维模式支持。

图5 “平台+锅炉”产品功能架构

图6 “平台+锅炉”应用界面

智慧锅炉应用价值与产品特点：（1）在线监测锅炉设备运行与健康状况；（2）全面移动化的现场运维工作应用功能；（3）全景可视化的现场监控与运维管理；（4）多站点的集中管控运维模式支持。

4 平台运营与推广

依托在EAM、设备状态监测和大数据分析等方面的研究与实践，对设备大数据应用不断积累与探索，工业大数据服务平台应用逐步深入互联网/传统行业多个领域，在数据处理，数据提炼等方向形成了独有优势。基于工业大数据服务的工业设备维修（MRO2）应用模式，结合具体行业、具体用户或合作伙伴的需求，以“平台+行业“的平台合作模式，开放的工业大数据服务平台服务资源，助力合作伙伴掌握工业大数据，共同繁荣工业大数据应用生态；为合作伙伴快速搭建“平台+”的专有服务平台，共同助力企业快速迈向“中国制造2025”。如在能源行业，帮助能源企业快速对接“智能电网”、“能源互联网”。

5 总结与展望

当今，世界各国始终致力于以技术创新引领产业升级，而大数据的利用使得资源节约、环境友好、可持续发展，智能化、绿色化的发展趋势得以实现，因此，大数据背景下创新工业设备维修模式将具备更广阔的市场空间和前景。在国内目前缺乏成熟的基于MRO2的工业大数据服务平台产品，在我国工业大数据刚刚起步阶段，需不断探索，坚持应用驱动，迈向中国制造强国之路，务必加快推进大数据技术产品在工业维修领域中的应用。

参考文献

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