工業(yè)設(shè)備上云是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺建設(shè)和應(yīng)用的重點、難點，也是切入點，意義十分重大。2018年7月工信部發(fā)布的《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺建設(shè)及推廣指南》，提出要“實施工業(yè)設(shè)備上云‘領(lǐng)跑者’計劃”，并明確了四類十大重點工業(yè)設(shè)備，即以煉鐵高爐、工業(yè)鍋爐、石化設(shè)備為代表的高能耗設(shè)備，以柴油發(fā)動機、大中型電機、大型空壓機為代表的高通用設(shè)備，以工程機械、數(shù)控機床為代表的高價值設(shè)備和以風(fēng)電、光伏為表的新能源設(shè)備。
三年來，工業(yè)設(shè)備上云取得了重大進展，全國重點工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺連接的工業(yè)設(shè)備數(shù)量超過7300萬臺套，上云深度從狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷向預(yù)測預(yù)警、精準運維演進。為幫助業(yè)界進一步明確不同工業(yè)設(shè)備上云面臨的痛點問題、應(yīng)用場景、實施路徑和推廣前景，賽迪智庫信息化與軟件產(chǎn)業(yè)研究所工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)研究室在調(diào)研40余家企業(yè)的基礎(chǔ)上，編制形成了“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺+工業(yè)設(shè)備上云”系列研究報告。
柴油發(fā)動機面臨著產(chǎn)品研發(fā)周期長、設(shè)備服役工況復(fù)雜、設(shè)備故障率較高等痛點問題。以濰柴、福田康明斯等為代表的行業(yè)領(lǐng)先企業(yè)積極探索基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺推動柴油發(fā)動機上云，并開展智能研發(fā)、在線管理、預(yù)測性維護等新型應(yīng)用服務(wù)，有效縮短柴油發(fā)動機研發(fā)周期，減少柴油發(fā)動機故障時間。
痛點問題
01產(chǎn)品研發(fā)周期長
我國柴油發(fā)動機發(fā)展時間相對于國外較短，長時間處于逆向開發(fā)階段，技術(shù)積累不足，鋼材類型、零件處理方式、生產(chǎn)工藝的不同都會影響產(chǎn)品動力性能、可靠性和安全性，還需要兼顧油耗和排放指標，研發(fā)難度大。同時，任何一款新機型的開發(fā)上市，還要經(jīng)歷漫長而又嚴謹?shù)脑囼?，積累大量數(shù)據(jù)支撐發(fā)動機的參數(shù)標定，整體研發(fā)周期長。
02設(shè)備服役工況復(fù)雜
柴油發(fā)動機作為中間件，廣泛配套在其他產(chǎn)品中，是汽車、農(nóng)業(yè)機械、工程機械、船舶、內(nèi)燃機車、地質(zhì)和石油鉆機、軍用設(shè)備、通用設(shè)備、移動和備用電站裝備等的主要配套動力。面對復(fù)雜多變的工作環(huán)境和功率要求，目前柴油發(fā)動機的型號種類難以適應(yīng)各種工況下的專業(yè)化需求，造成不必要的能耗浪費，降低能量轉(zhuǎn)化效率。
03設(shè)備故障率較高
柴油發(fā)動機是高精度動力設(shè)備，每個工作循環(huán)都經(jīng)歷進氣、壓縮、做功、排氣四個沖程，由于受到燃油質(zhì)量、操作、環(huán)境、負荷等等其他因素的影響，會導(dǎo)致很多不必要的故障出現(xiàn)。柴油發(fā)動機的故障種類很多，如起動困難、運轉(zhuǎn)異常、運轉(zhuǎn)的功率不正常、轉(zhuǎn)速異常、振動強烈等，其故障診斷主要依賴相關(guān)技術(shù)人員的經(jīng)驗和現(xiàn)場檢測，費時費力。
應(yīng)用場景
01智能研發(fā)
推動柴油發(fā)動機上云，基于產(chǎn)品全生命周期海量數(shù)據(jù)，有利于匯聚優(yōu)勢資源，優(yōu)化產(chǎn)品研發(fā)流程，促進柴油發(fā)動機產(chǎn)品邁向高端化。一是數(shù)據(jù)貫通?；诠I(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，通過邊緣感知，實現(xiàn)柴油發(fā)送機運行數(shù)據(jù)實時采集分析，為產(chǎn)品全生命周期管理提供數(shù)據(jù)支撐。二是設(shè)計仿真。基于柴油機設(shè)備上云的海量數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，構(gòu)建柴油發(fā)動機仿真模型或數(shù)字孿生體，通過參數(shù)設(shè)置、模擬實驗不斷優(yōu)化設(shè)計，縮短研發(fā)周期。三是協(xié)同研發(fā)?；诠I(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺構(gòu)建柴油發(fā)動機研發(fā)云生態(tài)，促進全球范圍內(nèi)頂級柴油發(fā)動機制造商、高端研發(fā)人才、優(yōu)質(zhì)企業(yè)用戶等力量共同攻克難點。
例如，濰柴動力搭建起了全球協(xié)同研發(fā)平臺，通過開發(fā)工具、知識、數(shù)據(jù)信息的云端共享，實現(xiàn)六國十二地協(xié)同研發(fā)。北京福田康明斯通過柴油發(fā)動機上云，減少產(chǎn)品設(shè)計和改進的數(shù)據(jù)收集時間95%，提高產(chǎn)品研發(fā)效率。
02在線管理
推動柴油發(fā)動機上云，實時采集發(fā)動機運行參數(shù)，經(jīng)過可視化處理，推送到電腦終端或者移動終端，可以幫助用戶實時掌握發(fā)動機健康水平，實現(xiàn)遠程運維。一是設(shè)備連接。通過接入柴油發(fā)動機本身系統(tǒng)或者安裝傳感器的方式，推動不同區(qū)域、型號、工況的柴油發(fā)動機實現(xiàn)泛在互聯(lián)。二是可視化展示?；谛乱淮畔⒓夹g(shù)，對柴油發(fā)動機數(shù)據(jù)信息做可視化處理，通過終端大屏、AR/VR等方式進行簡約展示，幫助維修技師直觀掌握設(shè)備健康狀況。三是遠程調(diào)控。根據(jù)柴油發(fā)動機設(shè)備狀態(tài)，建立數(shù)據(jù)分析模型，進行大數(shù)據(jù)分析計算，不斷優(yōu)化設(shè)備工作功率、時長，延長設(shè)備壽命。
例如，廣柴通過與樹根互聯(lián)合作，在船用發(fā)動機上安裝物聯(lián)盒，讀取出原本柴油機上監(jiān)控系統(tǒng)的運行參數(shù)并上傳至云端，用電腦或手機實時獲取每一臺柴油機的功率、實時運行的轉(zhuǎn)速、定位等參數(shù)，掌握航行在海洋深處的船舶發(fā)動機真實的運行情況，降低約30%的設(shè)備管理成本，縮短20%左右的設(shè)備管理反應(yīng)時間。
03預(yù)測性維護
推動柴油發(fā)動機設(shè)備上云，實時監(jiān)控柴油發(fā)動機運行狀態(tài)，構(gòu)建健康診斷、預(yù)測預(yù)警、故障評估等模型，建立快速故障響應(yīng)機制，實現(xiàn)柴油發(fā)動機智能維修。一是狀態(tài)監(jiān)測。通過對底層設(shè)備的識別，加裝傳感器硬件，通過網(wǎng)絡(luò)連接完成數(shù)據(jù)采集，建立大數(shù)據(jù)平臺，在線監(jiān)測設(shè)備狀態(tài)。二是預(yù)測預(yù)警。構(gòu)建柴油機健康診斷模型，基于過往的運行指標和參數(shù)，對設(shè)備狀態(tài)參數(shù)的對比分析來識別設(shè)備潛在故障風(fēng)險，進行實時的健康評估和風(fēng)險預(yù)警。三是智能維護。通過構(gòu)建故障模型并分析實時數(shù)據(jù)，自動生成維修碼及維修檔案，提前完成柴油發(fā)動機設(shè)備維護，降低故障發(fā)生的頻次，確保設(shè)備穩(wěn)定運行。
例如，北京福田康明斯建立車聯(lián)網(wǎng)IoV模型，采集發(fā)動機轉(zhuǎn)速、功率、扭矩、GPS等車輛數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)分析，提供車輛故障報警及遠程診斷服務(wù)。
推廣前景
柴油發(fā)動機應(yīng)用廣泛，是重型汽車、工程機械、發(fā)電機組、航空航天等設(shè)備的重要配套設(shè)施，經(jīng)過十多年的發(fā)展，逐漸形成了完整的生態(tài)體系。
柴油發(fā)動機行業(yè)的發(fā)展在很大程度上取決于相關(guān)終端產(chǎn)品市場情況，隨著全球機械化、智能化進程加快，汽車、農(nóng)用機械、高端裝備等行業(yè)的興起，全球柴油發(fā)動機需求總量將穩(wěn)定上漲，預(yù)測將以5%的速度向前發(fā)展。面對日益突出的環(huán)境污染、產(chǎn)能浪費、和故障頻發(fā)等問題，推動柴油發(fā)送機設(shè)備上云，通過大數(shù)據(jù)分析、模型計算，實現(xiàn)設(shè)備的在線監(jiān)測、智能運維、共享研發(fā)、迭代優(yōu)化，將會直接產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益和社會價值。
文 | 賽迪智庫信軟所工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)研究室 孫剛
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