通過軟件驅(qū)動(dòng)的安全電機(jī)預(yù)測(cè)性維護(hù)提高生產(chǎn)率

作者：Shankar Malladi、Jason Griffin和Sebastien Christian

為什么要進(jìn)行預(yù)測(cè)性維護(hù)？

在當(dāng)今的工廠中，僅在美國(guó)，由于系統(tǒng)故障就發(fā)生了1400萬小時(shí)的計(jì)劃外停機(jī)，導(dǎo)致數(shù)十億美元的損失。挨次 為了防止此類事件，工廠通常采用昂貴的基于路線的 專家收集數(shù)據(jù)以評(píng)估設(shè)備運(yùn)行狀況的方法 或者利用一系列次優(yōu)的傳感解決方案，這些解決方案不能可靠地檢測(cè)所有 這些系統(tǒng)中可能發(fā)生的潛在故障。

現(xiàn)在工業(yè)4.0（也稱為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)或IIoT） 浪潮如火如荼，工業(yè)客戶更專注于部署 增加設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)間、降低運(yùn)營(yíng)成本、擴(kuò)展的解決方案 設(shè)備使用壽命長(zhǎng)，提高工人生產(chǎn)力。預(yù)測(cè)性維護(hù) 解決方案結(jié)合傳感技術(shù)來收集設(shè)備數(shù)據(jù)并采用 高級(jí)分析和算法，可對(duì) 設(shè)備。因此，這種方法有望提高整體工業(yè)水平。 生產(chǎn)率提高 30% 以上。

一個(gè)常見的需求是完整的交鑰匙無線解決方案，該解決方案結(jié)合了 硬件和軟件，易于安裝和使用。行業(yè)需要 不需要專家手動(dòng)收集和/或安裝的解決方案 并維護(hù)專用網(wǎng)絡(luò)。

智能電機(jī)傳感器 （SMS） 及其工作原理

智能電機(jī)傳感器（SMS）是一種靈活的、開箱即用的端到端安全無線預(yù)測(cè)性維護(hù)（PdM）解決方案，它結(jié)合了ADI 電機(jī)方面的軟件、硬件和領(lǐng)域?qū)I(yè)知識(shí)，以創(chuàng)建安全的 用于電機(jī)預(yù)測(cè)性維護(hù)的可擴(kuò)展產(chǎn)品。

智能電機(jī)傳感器 （SMS） 可與 Android 和 iOS 移動(dòng)應(yīng)用程序配合使用，可輕松設(shè)置傳感器、查看部署數(shù)據(jù)和應(yīng)用內(nèi) 有關(guān)關(guān)鍵事件的通知和警報(bào)。云托管儀表板提供 機(jī)器健康診斷和故障檢測(cè)的完整概述 每個(gè)電機(jī)狀態(tài)的詳細(xì)信息和可視化以及 基于 AI 的分析，用于檢測(cè)電動(dòng)機(jī)中常見的故障。

電池供電的SMS器件集成了ADI公司的MEMS傳感器、精密轉(zhuǎn)換器和信號(hào)鏈。嵌入在SMS設(shè)備中的固件捕獲各種 電機(jī)參數(shù)（如振動(dòng)、溫度、速度和磁性） flux），并通過Wi-Fi連接將此數(shù)據(jù)安全地發(fā)送到后端云 用于處理。在云上運(yùn)行的人工智能 （AI） 引擎，并且 集成到 Web 應(yīng)用程序中，分析數(shù)據(jù)并監(jiān)控 電機(jī)。

該系統(tǒng)可以預(yù)測(cè)九種不同的電氣和機(jī)械故障， 通常發(fā)生在電機(jī)中，一旦檢測(cè)到，就會(huì)發(fā)送推送通知 或電子郵件，以通知用戶要采取的適當(dāng)操作。聰明的 電機(jī)傳感器產(chǎn)品套件可作為端到端直接提供給客戶 解決方案或通過 REST API。

傳感器到云的軟件構(gòu)建塊

圖3顯示了ADI的傳感器到云軟件框架，該框架用于構(gòu)建SMS解決方案所需的軟件。從傳感器到云 安全的軟件框架有助于滿足對(duì)完整解決方案的需求， 沒有將一個(gè)完整的系統(tǒng)放在一起的挫敗感和復(fù)雜性 從真實(shí)數(shù)據(jù)中獲取切實(shí)可行的見解。

圖3.傳感器到云的安全軟件框架。

該框架還支持更高的可重用性，這有助于縮短 市場(chǎng)，并允許軟件團(tuán)隊(duì)專注于交付特定于領(lǐng)域的產(chǎn)品 任何給定產(chǎn)品的解決方案。

除了功能和可擴(kuò)展性外，規(guī)范性最佳實(shí)踐和流程 是確保最強(qiáng)大和安全解決方案的框架的關(guān)鍵部分 已交付。軟件框架是推薦最好的體現(xiàn) 實(shí)踐和經(jīng)過驗(yàn)證的流程，從從以用戶為中心的角度處理每個(gè)新客戶參與到DevOps原則的自動(dòng)化 實(shí)現(xiàn)效率和合規(guī)性。

短信云和網(wǎng)絡(luò)

OtoSense SMS云后端建立在安全軟件之上并擴(kuò)展了安全軟件 框架。圖 4 描述了云基礎(chǔ)架構(gòu)的組件。這 應(yīng)用程序是多租戶的，以支持加入多個(gè)客戶和 確保數(shù)據(jù)隔離，如圖 5 所示。獨(dú)特的定制標(biāo)簽合作伙伴 版本還允許電機(jī)維修車間、電機(jī)分銷商等客戶輕松添加他們的徽標(biāo)和品牌，并將短信直接出售給 他們的客戶。合作伙伴只需 點(diǎn)擊幾下，所有必要的架構(gòu)都會(huì)自動(dòng)生成，同時(shí) 載入電子郵件邀請(qǐng)將發(fā)送給客戶。

圖4.來自安全軟件框架的 SMS 云組件。

圖5.多租戶確?？蛻魯?shù)據(jù)隔離。

短信移動(dòng)應(yīng)用程序

ADI OtoSense SMS移動(dòng)應(yīng)用的架構(gòu)具有代碼重用功能 作為優(yōu)先事項(xiàng)。核心應(yīng)用程序由多個(gè)模塊組成，包括短信 通信模塊、API 通信模塊和核心應(yīng)用 模塊（視圖和導(dǎo)航），如圖 6 所示。

圖6.移動(dòng)應(yīng)用程序體系結(jié)構(gòu)。

這些模塊表示可以在所有自定義標(biāo)簽中重復(fù)使用的所有內(nèi)容 合作伙伴應(yīng)用程序。對(duì)于每個(gè)新的自定義標(biāo)簽應(yīng)用程序，都會(huì)創(chuàng)建一個(gè)新的配置集，其中包含合作伙伴的品牌 UI 組件和 API 配置。此軟件架構(gòu)使移動(dòng)應(yīng)用程序開發(fā)團(tuán)隊(duì)能夠快速輕松地創(chuàng)建新的合作伙伴應(yīng)用程序，以及 高效地向所有合作伙伴應(yīng)用程序發(fā)布新功能和更新。

短信人工智能引擎

ADI OtoSense AI平臺(tái)可以解決任何檢測(cè)解釋挑戰(zhàn)。 該平臺(tái)已被用于實(shí)現(xiàn)智能電機(jī)傳感器解決方案的機(jī)器學(xué)習(xí)組件。

ADI在電機(jī)方面的深入了解已被用于創(chuàng)建數(shù)字 電動(dòng)機(jī)在所有負(fù)載、轉(zhuǎn)速和溫度范圍內(nèi)的最佳行為藍(lán)圖。但是，一旦出售的每臺(tái)電機(jī)都偏離了這一點(diǎn) 初始模型。它的環(huán)境、使用和維護(hù)操作使其獨(dú)一無二。

安裝在電機(jī)上后，ADI OtoSense SMS首先采集數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí) 這款電機(jī)與藍(lán)圖有何不同，并創(chuàng)造了獨(dú)特的數(shù)字孿生 對(duì)于 SMS 邊緣設(shè)備連接到的電機(jī)。從那里，OtoSense SMS 將來自該電機(jī)的數(shù)據(jù)與在 完全相同的操作條件。如果行為存在實(shí)質(zhì)性差異 在物理電機(jī)及其數(shù)字孿生之間，OtoSense SMS對(duì)此進(jìn)行了分析。 差異，以確定這種差異的最可能根本原因，以及 通知用戶故障的存在、其來源以及 執(zhí)行以解決它。

系統(tǒng)能夠檢測(cè)以下九個(gè)常見問題：

電機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)中可能導(dǎo)致不對(duì)稱的故障 電機(jī)電流。

由于任何電機(jī)旋轉(zhuǎn)部件的重心位移而導(dǎo)致機(jī)器轉(zhuǎn)子不平衡。

電機(jī)和電機(jī)負(fù)載之間失去對(duì)準(zhǔn)。

電機(jī)定子故障，導(dǎo)致電機(jī)不對(duì)稱 電流。

定子與定子同心度時(shí)電機(jī)故障 轉(zhuǎn)子未維護(hù)。

電機(jī)冷卻系統(tǒng)出現(xiàn)問題，例如通風(fēng)受阻 出口或風(fēng)扇停止，在電機(jī)獨(dú)立通風(fēng)的情況下。

轉(zhuǎn)子故障，例如轉(zhuǎn)子有源部分的不連續(xù)性，例如 轉(zhuǎn)子棒或短路環(huán)，或銅轉(zhuǎn)子焊接問題。

軸承故障，例如缺乏潤(rùn)滑或內(nèi)部和外部缺陷 比賽、保持架或滾動(dòng)體。

電機(jī)固定系統(tǒng)與操作臺(tái)上的問題，如腳軟/松。

短信固件

SMS中嵌入的固件捕獲電機(jī)的各種參數(shù) 它附著并發(fā)送的（振動(dòng)、溫度、速度、磁通量） 這些數(shù)據(jù)通過Wi-Fi連接到后端云安全地進(jìn)行處理。短信固件通過Wi-Fi與iOS或Android智能手機(jī)連接 用于啟用設(shè)備安裝和預(yù)配的接口。固件提供 用于在部署期間和之后對(duì)設(shè)備進(jìn)行故障排除的診斷信息，并且可以通過無線方式安全地更新。

SMS 固件是利用基于可移植服務(wù)的基于架構(gòu)的框架構(gòu)建的。該框架由模塊化、可重用的功能組成 包裝在與應(yīng)用程序無關(guān)的服務(wù) API 中的塊，以實(shí)現(xiàn)其他 IoT 的重用 應(yīng)用。它還使應(yīng)用程序開發(fā)人員能夠輕松集成特定于應(yīng)用程序的信號(hào)處理功能和算法以及服務(wù) API 進(jìn)入產(chǎn)品。圖 7 顯示了框架的功能塊。

圖7.安全固件框架功能塊。

端到端安全性

ADI OtoSense SMS采用端到端設(shè)計(jì)，具有業(yè)界最佳的安全性 協(xié)議和控制，確保 SMS 數(shù)據(jù)和見解保持其 準(zhǔn)確性和精密度，經(jīng)過可靠的處理，不間斷地傳輸，并且始終且僅由授權(quán)的OtoSense SMS用戶訪問。

每個(gè)SMS客戶在OtoSense云上都有一個(gè)專用帳戶，所有數(shù)據(jù) （傳感器數(shù)據(jù)、見解、帳戶信息等）使用客戶進(jìn)行分區(qū) ID 作為頂級(jí)分區(qū)鍵。對(duì)客戶數(shù)據(jù)的訪問僅限于會(huì)員 客戶帳戶，并通過身份和 主要云服務(wù)提供商提供的訪問管理服務(wù)。

用戶帳戶創(chuàng)建、管理和用戶名/密碼登錄安全性 （包括密碼重置功能）利用受信任的用戶管理 以及來自主要身份和登錄服務(wù)提供商的身份驗(yàn)證服務(wù)， 確保用戶從兩個(gè)移動(dòng)應(yīng)用程序安全可靠地登錄 和網(wǎng)絡(luò)儀表板。

SMS 設(shè)備和 Web 應(yīng)用程序之間的會(huì)話是獨(dú)占的 通過相互認(rèn)證的 TLS 建立。進(jìn)出短信設(shè)備的所有數(shù)據(jù)都是 通過 MQTT-over-TLS 協(xié)議加密和傳輸。這包括傳感器 數(shù)據(jù)、發(fā)送到 SMS 設(shè)備的命令以及傳輸?shù)?已部署短信設(shè)備。

結(jié)論

所有軟件構(gòu)建模塊，結(jié)合ADI的先進(jìn)技術(shù)，如 MEMS傳感器、精密轉(zhuǎn)換器和信號(hào)鏈以及電氣專業(yè)知識(shí) 電機(jī)，為電機(jī)的預(yù)測(cè)性維護(hù)提供了完整的開箱即用解決方案。端到端安全解決方案旨在提供 值得信賴的見解，可延長(zhǎng)設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)間、降低運(yùn)營(yíng)成本、擴(kuò)展 設(shè)備使用壽命長(zhǎng)，提高工人生產(chǎn)力。

審核編輯：郭婷