基于云智慧的设备远程监测系统架构设计研究（自动化）

                             崔  嘉，洪  贝

              （海军航空工程学院控制工程系，山东烟台264001）

摘要：随着互联网的飞速发展，云计算、大数据等技术已经广泛应用于各个领域。在测试技术领域，云智慧测试技术是第五代测试技术，其智能化、测试准确性和可靠性的优势不可比拟。从云智慧测试的主要架构分析入手，探讨了云智慧测试的主要工作流程，进而阐述了云智慧测试硬件与软件平台，最后对云智慧测试技术的运用进行了讨论；设计了一种设备远程监测系统技术架构，以期为基于数据驱动的状态监测方法更好地应用于实践提供有益参考。

关键词：云智慧；测试技术；智能化；技术架构

中图分类号：TP39  文章编号：1006 - 2394（2016）06 - 0027 - 04

0  引言

    目前，大数据应用在了工业、交通、军事、医疗等各个领域，但人们对知识的采集和掌握速度却远落后于数据本身的增速，无法将大数据快速、有效地转化为有价值的信息来指导生产，进而起到提高效率和节约资源的作用。以云智慧技术为理论指导，运用到实际工程中，能够方便、快捷地获取工程数据，避免了传统测量技术的繁杂，以及对人力、物力、财力的损耗。如何对大数据进行深层次、多尺度的挖掘并获得有价值的知识，便成了一个迫切需要解决的问题。

1  云智慧测试的的主要架构

    前端数据采集系统、后台数据分析系统、终端人机交互设备三大部分构成了完整的云智慧测试系统。

    (1)前端智能数据采集系统：智能数据采集系统依托于嵌入式系统，可独立运行采集各种数据信息，并可将数据传输至后台分析系统及各种数据存储设备；

    (2)后台数据分析系统：该系统的主要功能是接收前端智能数据采集系统反馈的信息，并对巨量信息进行分析处理，形成相关报告；

    (3)终端人机交互设备：人机交互设备的主要作用是实现对云智慧测试系统的人工控制。用户可以通过该设备完成对数据采集及分析系统的有效操控，进而得到需要的分析结果。

2  云智慧测试的主要工作流程

    云智慧测试系统的三大组成部分，对于用户来说并不直接接触前端的数据采集及后台的数据处理系统，用户只需要使用自己的计算机、手机或平板电脑连接互联网后，即可通过浏览器访问云智慧测试的服务中心，并向系统下达指令，可根据用户指令，调动安置在全国乃至世界各地的前端数据采集系统进行数据信息的采集，并将数据通过互联网络传输至云计算机中心。云计算机中心将根据用户输入的指令，启动相应计算程序，对数据进行汇总、分析及处理，形成符合用户需求的测试报告，再通过互联网将该报告传输至用户使用的计算机、手机或平板电脑上。云智慧测试前端数据采集设备分布广泛，后台运行的云计算机也是要求极高，但对用户来说，只要借助能够接人互联网的电子设备就可以实现对云智慧测试技术的随时使用，十分的便利。

3云智慧测试硬件与软件平台

3.1  引入嵌入式系统，实现云智慧测试程序的智能化

    针对云智慧测试，要求开发专用的嵌入式计算机系统，实现数据采集、汇总、分析以及输出测试报告的智能化与自动化。嵌入式系统的引入能够实现前端数据采集系统的独立运行，自动完成数据的收集工作，并通过互联网将收集到的海量数据传输至云计算机中心进行数据处理。智慧测试程序的智能化主要是指：

    (1)前端数据采集系统智能自动的收集来自外部的数据，不断进行参数调整，并将收集到的数据进行储存及传输等；

    (2)在脱离计算机的条件下，仍可以通过互联网络实现数据的采集、传输等；

    (3)借助于嵌入式系统，实现了前端数据采集设备与后台云计算机的互联互通，保证了数据信息的有效传输。

3.2同步时钟

    云智慧测试的前端数据采集设备一般来说分布地区十分广泛，世界各地可能都安置有数据采集设备，分布面的广泛扩大了数据来源，但也存在着数据采集时间同步的问题。为保证同步时钟，可采取以下技术：

    (1)针对放置于相近地区的前端数据采集设备可以采用有线电子时钟同步。

    (2)针对分布在异地的前端数据采集设备，则必须要通过无线时钟同步，即通过卫星系统实现数据采集设备的时钟同步。

4  云智慧测试技术的运用

    云智慧测试技术的特点是方便、快捷，其测试流程也非常简单，是将云计算技术应用到工程中的新型实践，其应用范围非常广泛且富有前景。

4.1现场测量

    现场测量是云智慧测量技术的一大优势。传统的测量技术存在现场测量环节，但均摆脱不了众多外因的影响，例如，天气原因、地理因素等。与其他传统的测量技术不同，云智慧测量技术的现场测量可以突破外因影响，实现在不能靠近设备时的远程准确测量，同时操控多台设备，减少人力、物力的耗损，且能够大大提高工作效率。

    对高铁路轨的测试而言，用传统的测量方法很难实现多台设备同时安装，其间伴随着众多人力、物力、财力的耗损，对工程进度不利。而且传统测量时有很多情况下技术人员不能靠近设备，只能在停运间隙完成测量，这是具有一定危险性。通过云智慧测试技术，上述的这些弊端都将不复存在。云智慧测试技术不需要众多的工作人员参与其中，也很容易实现数十台设备的同时安装，能够减少大量人力、物力、财力的运用。云智慧测试技术能够方便、快捷地实现对高铁路轨的测试，硬件系统通过数据流量进入互联网中，每当有列车经过的时候，硬件系统就会自动记录此时的数据，将其传输给计算中心，计算中心进行分类备档存储。在云智慧终端的技术人员只需要通过客户端连接互联网，就能找到测试数据，通过对数据进行整理，生成测试报告。此外，每位工作人员都被妥善安置，并分配以合适的工作，既能保证工作的进行，还能保证人员的充分利用。这样，就能避免传统测量技术的弊端，快速完成测量工作。

4.2大型监测

    现在，云智慧测试技术已经被运用到各个领域，例如，机械装置的监测、道路桥梁的监测、高铁路轨的监测、磁悬浮列车的监测等，云智慧测试技术的优点也得以充分发挥。该技术不仅能获得监控路轨、机械等的运行数据，判断相应设备是否正常运行，还能够减少人力、物力、财力的消耗，只需要少量的技术人员通过客户端连接互联网，并相互配合工作，就能有效监测各领域的运行情况。

5设备远程监测系统技术架构设计

5.1建设目标设计

    随着大数据的普及应用，为基于数据驱动的状态监测方法提供了良好的平台。本文最后在某型设备远程诊断工作的基础上，通过远程监测与诊断系统的总体设计，建立统一的监测平台，制定监测与诊断标准体系，构建大数据中心；与ERP、MES结合，初步建立动态的RBM风险体系，预留与物联网、移动应用的互联接口，对设备部件级实现RCM分析，最终实现基于规则、多特征、多尺度的设备报警、设备诊断及检维修策略的自动生成。

5.2业务体系结构设计

    基于云智慧的设备远程监测业务体系结构见图1。远程监测诊断网的标准化建设基本涵盖了物联网体系的基础应用与集成、服务集成标准，物联网在此基础上需要扩展的是服务层的标准。数据采集层是物联网的有线网络的一部分，同时替物联网完成了目前正在使用的有线监测系统的集成。数据中心是物联网的数据中心的一部分，包括物联网中有线监测的部分数据。RBM模块是物联网中设备管理系统的一个模块。由此，远程监测诊断网是物联网的基础工作，远程监测诊断网的工作将关系到物联网的品质与成本。在标准化建设中，需要提供监测层、数据中心层、RBM层的接口供物联网系统使用。

    1)标准化接口

    设计平台基础标准、平台互联与交换标准、服务与应用规范，涉及数据采集、数据处理、状态监测、健康评估、符合性测试、标准管理等。

  2)数据中心

  采集层监测数据、检维修历史、设备档案、设备变更等形成大数据，并对其进行数据挖掘，提供决策分析的品质，形成完整的设备生命周期预测体系。

    3)数据采集及各监测系统集成

    集成各供应商的监测系统，在此基础上，提出双层次的部署结构，形成公司级、中心级的双层部署，实现统一界面、高性能辅助分析的体系结构。

    4)基于状态维修的CBM体系结构

    在建立数据标准的基础上，参考OSA-CBM状态维修的技术架构体系，形成基于状态维修的体系架构。

    5)基于风险型维修管理系统RBM

    针对关键设备建立RBM的风险体系，并与状态监测相结合，实现封闭的维修管理策略。

5.3总体技术架构设计

    基于云智慧的设备远程监测系统总体技术结构设计见图2。

    1)用户访问层

    用户访问层体现用户访问界面形式，面向特定用户群提供页面级整合的特定门户。所谓门户系统就是提供一整套页面定制工具，在不拆散应用的逻辑结构的前提下集成多个应用系统的功能访问入口，使用户能够方便地通过访问单一门户而实现所有相关业务的处理，使系统管理人员能够方便地定制网站的前台页面，以实现风格的更新与个性化。通过对各类应用和服务的集成，方便用户对资源的访问和使用。

  2)应用层

  应用层提供应用系统功能的具体实现，它是以各种基础共性平台或通用工具为基础，结合专用业务应用系统开发而成。

  3)大数据中心层

  利用大数据中心存放结构化、非结构化数据，加上完善的备份和容灾策略，可以大大提高系统的可扩展性，较企业小型机集群+商业数据库方案相比更为优化。采用Map Reduce+ GFS框架，不受性能瓶颈、扩容升级等问题的困扰，只需适当增加计算单元和存储，而无需关停系统，集群系统会自动分配和调度资源。

    4) EIS基础产品层

    EIS基础产品层是应用系统层的软件支撑平台，是构成应用系统的基础。该层包括标准体系层、框架性构件层和功能组件层。运用应用支撑层中的各层次的标准、构件和组件，实现对各种业务应用的创建、组装、部署等运维管理。

    5) SOA-ESB服务层

    SOA-ESB服务层采用OSB中间件，提供各应用系统的互连互通，防止各应用系统形成“信息孤岛”，SOA-ESB服务层提供对多种协议的支持，包括HTTP、FTP、JMS、EMAIL、FILE等协议的支持，同时支持J2EE、．NET(C#)、C++、Delphi等不同应用系统的实现。可以完成工程管理系统、办公系统、远程培训系统等不同功能系统的通信，具备支持造价的单机版等软

件的能力。

  6)资源层

  资源层是所有数据信息存储与管理的逻辑表现。在资源层的规划中，所关注的核心是资源是否可扩展。设计建立资源信息库，可以使各类数据根据需求按结构关系进行存储、管理与共享，形成统一的信息资源数据中心。

    在实现技术上，工程管理采用数据仓库搭建，其他模块采用数据库实现。

  7)基础设施层

  基础设施层为资源层提供环境支撑，分为网络设施层和软件功能服务群。前者支持TCP/IP、AD和安全等资源服务，为应用软件服务提供支持；后者则为资源层提供运行环境和共性支撑，如操作系统、文档处理、数据库管理等。

    此外，信息安全、审计和运维管理的法规标准体系应当贯穿各个层面，为系统的正常、可靠、安全运行提供保障。

6结束语

    大数据时代的来临，数据流量成倍速成长，为实现对数以亿计的巨量数据的有效统计分析，云计算技术的引入必不可少。云智慧测试正是基于云计算技术与互联网技术的新型测试系统，而研究基于云智慧的设备远程监测系统架构设计方法，提高数据到知识的转化效率，可以提高控制品质，推广先进控制策略的应用，降低设备维护及技术革新成本，提高生产过程的安全性与可靠性，对于提高企业竞争力水品，促进现代化工业生产具有重要意义。