基于云技术的工业场景远程运维设计策略的研究_王建业.pdf

SOFTWARE软 件2023第 44 卷 第 1 期2023 年Vol.44,No.1基金项目：河南省科学院科研开发专项（220907017）作者简介：王建业（1977）,男,河南许昌人,硕士研究生,副研究员,研究方向：物联网、电子科学与技术。基于云技术的工业场景远程运维设计策略的研究王建业 庄春生 王玎 杨深 吴顺丽（河南省科学院应用物理研究所有限公司，河南郑州 450000）摘要：当今时代背景下,云技术的出现在极大程度上改变了我国的工业环境,在本文的介绍中重点就云技术下的工业场景远程运维设计策略研究展开了论述,分析了现阶段我国所拥有的远程运维技术,并就该技术在工业场景中的具体应用进行了分析。关键词：云技术；工业场景；远程运维；设计策略；研究中图分类号：TP311 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2023.01.011本文著录格式：王建业,庄春生,王玎,等.基于云技术的工业场景远程运维设计策略的研究J.软件,2023,44(01):042-044Research on Remote Operation and Maintenance Design Strategy of Industrial Scene Based on Cloud TechnologyWANG Jianye,ZHUANG Chunsheng,WANG Ding,YANG Shen,WU Shunli(Henan Academy of Sciences Institute of Applied Physics Co.,Ltd.,Zhengzhou Henan 450000)【Abstract】：In the context of todays era,the emergence of cloud technology has changed my countrys industrial environment to a great extent.In the introduction of this article,it focuses on the research on remote operation and maintenance design strategies for industrial scenarios under cloud technology,and analyzes the current stage.The remote operation and maintenance technology possessed by my country is analyzed,and the specific application of this technology in industrial scenarios is analyzed.【Key words】：cloud technology;industrial scene;remote operation and maintenance;design strategy;research基金项目论文0 引言云技术的出现,于工业发展的大环境而言是一次全新的发展机遇,工业行业要正视这次技术革新的大好机会,实现云技术同工业技术领域的融合。就工业行业领域的整体发展状况而言,近年来智能制造不断出现在该领域,所谓智能制造是新时期信息通信技术同先进制造技术的深度融合,该技术贯穿于制造活动的多个活动环境,从最初的设计理念到生产、管理、服务等环节都离不开智能制造。这是一种全新的生产方式,云平台则是其发展的主要平台,利用云平台技术智能制造能够实现技术构想领域到现实实践领域的跨越,同时这一发展也将在一定程度上加快我国工业制造业的转型升级1。现阶段,智能制造工程领域已经逐渐实现了数字化、智能化普及,有着多种制造模式,其中,远程运维制造技术作为智能制造工程领域的典型技术代表,该技术的发展越来越受到社会各界的关注,可以说远程运维服务是国家发布的诸多智能制造标准化体系中最重要的组成部分。本文则主要以云技术为研究前提,就工业场景远程运维设计展开了研究。1 远程运维技术概述运维技术的发展是在智能制造概念基础上实现的,可以说远程运维技术就是智能制造的一部分。对此,有关远程运维技术的研究必然需要从两方面入手,即分别为智能制造技术以及工业场景实际使用。远程运维是基于大数据和云计算的远程监测及故障诊断的有效手段,其也经历了现场状态监测、网络状态监测等过程,最终才实现了远程运维2。就目前而言,远程运维技术已经颇为成熟,实现了系统集成,主要包括状态监测、故障诊断、设备管理等相关功能,这也预示着远程运维技术将于工业生产中大范围推广应用,前景极为广阔。如图 143王建业庄春生王玎等：基于云技术的工业场景远程运维设计策略的研究所示则给出了目前基于云端的远程运维系统架构图示,据此可以清晰地了解远程运维系统的主要结构。应用服务（状态监测、故障诊断、预测性维护、设备备件管理等）数据接入 数据存储数据分析 数据处理云端公共网络专用网络设备接入协议适配数据处理设备1设备2设备n传输层边缘层对象层图 1 远程运维系统常见架构图示Fig.1 Common architecture diagram of remote operation and maintenance system结合工业场景具体特征而言,图 1 所示远程运维系统架构中的对象层设备数量相对较多,且各台设备所采集的参数种类繁多,因而实际进行状态检测的过程中将产生大量数据。此外,工业现场控制环境对于数据的传输也有着相应的要求,主要在于传输的可靠性,这就导致传统监测及诊断模式无法较好地运用于当前的工业场景之中,相关的技术也是亟待改进。云计算技术也是应运而生,云计算在该方面的应用中优势显著,其可以极大地提升所采集数据的计算能力,在可靠性及时延性方面也基本满足要求,因而基于云计算的工业场景远程运维作用显著。2 基于云计算的工业场景远程运维系统设计结合上述的远程运维系统常见架构图示可知,远程运维系统主要包括对象层、传输层、边缘层及云端 4 部分的设计,以下则就工业场景远程运维系统设计进行具体的阐述分析,以此更好的了解远程运维系统。2.1 远程运维系统对象层的设计概述由图 1 也可以看出,对象层是运维系统的最底层,因而也是远程运维的实际数据来源。在工业场景运用中,远程运维对象层通过传感器对相应设备进行监测,由此来获取设备的各项参数,并将其由对象层向上层进行传输。据此可知,对象层是远程运维系统的基础部分,其最为主要的功能便是状态监测。因而一旦对象层出现问题,无法有效的获取相关参数,那么便会影响到整个运维系统的顺利开展。结合实际工业场景进行考虑,必然要认识到现场复杂多样,因而要综合考虑多方面要素,部分典型工业场景中对象层索要考虑的实际情况及具体问题如下：首先是工业现场存在着很多的大型高端重装备,这类设备的使用环境通常较为恶劣,诸如单台设备采集数据多、一些基础的网络设施较差等3。因而对于这一环境需要具体考虑,即对象层需要确保在恶劣环境下有效保证数据传输。其次则为钢铁行业,经了解,大多数钢铁行业现场环境很差,所使用设备种类繁多,因而所要传输的数据量巨大、类型繁杂、速度很快。包括风机、高炉、排风机等设备都是重要的监测设备,与此同时,钢铁生产现场噪声较高,这就需要更为严格的选择状态监测具体位置,以支撑现场各类工业系统及设备完成正常的数据采集。再如风力发电中,相应机组所处位置通常自然环境恶劣且网络条件较差,鉴于风机故障率相对较高,需要于该工业场景中重点考虑所使用传感器的选择及信号传输问题。结合上述典型工业场景的分析可知,各场景下对象层所要重点考虑的内容差异较大,但综合而言,大多数的工业现场中,运维系统对象层需要满足如下要求,即相应设备需要提供真实有效的数据、保证数据采集的连续性及完整性、综合各方面因素进行组网方式的选择。2.2 远程运维系统边缘层的设计概述对象层的下一层级便是边缘层,边缘层的主要作用是连接工业现场和上层云端,因而所承担的主要功能是设备接入、数据汇集、数据处理等。边缘层主要是存在于工业场景之中,对于非工业场景而言,通常无需设计边缘层,对应的功能也可以由云端实现。这也是由于很多工业现场中,运维系统的云端较边缘层存在着一些明显缺陷,具体如下分析：首先是在数据传输实时性方面较边缘层差,就目前而言,利用云计算进行数据处理在速度方面会受到很大的限制,诸如计算任务总量、网络宽带等。尽管目前 5G 等先进网络技术日趋成熟,但还是难以支撑复杂的工业现场环境,因而云计算处理无法有效保证数据实时性的基本要求；其次则为网络环境的依赖性较强,因而当工业现场位于偏远山区等网络环境较差的条件下,云端难以进行数据传输4-6；最后则是网络传输的经济成本,云端传输处理数据需要更多的依靠宽带和流量,而这也是计费的主要依据,通过边缘层则可以减少对网络的依赖,不论是在数据传输稳定性还是经济性方面,边缘层的设计优势显著。2.3 远程运维系统传输层的设计概述传输层作为连接工业现场和云端的网络,其可以通过各种类型的网络将工业现场数据传输到云端之中。一般的,在进行远程运维系统的构建过程中,通常需要结合工业场景实际情况进行网络的选择,包括网络传输的安全、质量等都要严格的依照国家标准进行。然而,实际情况却不容乐观,据悉,我国工业领域中有很多系统44软 件第 44 卷 第 1 期SOFTWARE主机暴露在了互联网之上,且还有很大一部分系统主机存在着严重的数据泄露安全隐患,但这些企业并未重视这些网络安全要素,很容易导致工业现场设备数据泄露,造成严重的损失。由此可见,传输层最为核心的内容便是网络等的选择,尽可能地针对网络安全要素进行处理分析,从而最大化的提高数据传输到云端过程的安全性。2.4 远程运维系统云端概述云端是远程运维系统整体架构的顶层,因而所承担的任务也是比较繁重的,即需要进行所监测数据的分析处理。据悉,云端在处理所采集的数据过程中,需要建立起相应的故障模型及设备寿命预测模型,这也是其进行故障诊断的基本依据7。就目前而言,云端已经可以通过平台形式将远程运维中所涉及的故障诊断、设备备件管理等功能进行集成,进而予以用户可视化的效果,而用户则也可以通过收集、平板等相关智能终端快速有效的访问其平台,整体上都是较为方便的。2.5 基于云计算的工业场景远程运维系统设计小结经由上述的分析可知,基于云计算的工业场景远程运维模式优势显著,因而其也将成为运维模式后续发展的主要方向。具体而言,云端平台具有如下优势,用以支撑远程运维的顺利开展。首先是云计算能力强大,目前该远程运维模式已有应用,其中云端的计算能力也是有目共睹,面对工业现场大量的数据,单一的设备进行远程运维显然无法达到最终目的,这就需要企业结合数据中心或是边缘层有效达到运维目的。其次,云端平台还具有较强的通用性。在目前大数据的支撑下,云端平台可以针对多种设备提供服务,这一不局限于为一种设备提供服务的方式较传统的运维系统有了更强的灵活性,因而整体上效果十分显著。最后则是云端的数据来源很广,远程运维系统的故障诊断及预测维护等功能均需要大量的数据予以支撑,只有所采集的数据充足,才能更好的支撑建模。然而,以往的运维技术由于数据量不足,仅能诊断一些常见的故障,对于偶发故障则是难以做出正确的诊断。而云端的运用则有效的改善了这一问题,其数据来源更为充分,不同地区、环境、企业的数据都能接收,充足的数据量也为远程运维系统故障诊断及预测提供了坚实的保障。虽然目前国家大力支持企业使用云服务,实现云环境的进一步优化,而云计算也在企业的生产管理中得到了广泛应用。但结合实际情况来看,很多工业企业在远程运维系统的使用方面仍然存在着明显的问题。主要在于部分企业并未有效的将数据传送到云端,而是直接传输到企业内部的数据中心,这就导致云端在数据处理方面有时难以体现。此外,现有工业云服务平台虽然达到了 300 余家,但整体上呈现出平台基础能力薄弱的现状,且在平台连接设备协议种类、分析