一、項(xiàng)目概況
1. 項(xiàng)目背景
為貫徹落實(shí)《中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十三個(gè)五年規(guī)劃綱要》和《促進(jìn)大數(shù)據(jù)發(fā)展行動(dòng)綱要》，加快實(shí)施國(guó)家大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略，推動(dòng)大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)健康快速發(fā)展，工信部編制了《大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2016－2020年）》針對(duì)規(guī)劃結(jié)合起重機(jī)在工業(yè)、建筑業(yè)和港口運(yùn)輸?shù)确矫嬗兄豢商娲淖饔茫鹬貦C(jī)的安全生產(chǎn)和正常運(yùn)行的要求更加嚴(yán)格。起重機(jī)屬于特種設(shè)備，國(guó)家規(guī)范管理的重大危險(xiǎn)源，納入特種設(shè)備安全管理法，是設(shè)備管理的重中之重。全國(guó)范圍內(nèi)每年起重機(jī)事故近500起，造成的直接經(jīng)濟(jì)損失數(shù)十億元。每年有數(shù)十萬(wàn)臺(tái)起重機(jī)因管理不善，造成故障甚至報(bào)廢。在現(xiàn)行的管理模式下，缺乏確實(shí)有效的起重機(jī)管理工具，需要對(duì)起重設(shè)備進(jìn)行“全生命周期管理”為此，由中國(guó)聯(lián)通，大連理工大學(xué)，大連久鵬電子聯(lián)合研制開(kāi)發(fā)的起重機(jī)智慧管理系統(tǒng)讓起重機(jī)智慧起來(lái)。
2. 項(xiàng)目簡(jiǎn)介
該起重機(jī)智慧管理系統(tǒng)應(yīng)用對(duì)象包括：橋式起重機(jī)、門(mén)式起重機(jī)、流動(dòng)式起重機(jī)、塔式起重機(jī)、門(mén)座起重機(jī)、纜索起重機(jī)、桅桿起重機(jī)、架橋機(jī)、升船機(jī)、施工升降機(jī)，是嚴(yán)格依據(jù)GB/T 28264-2012《起重機(jī)械安全監(jiān)控管理系統(tǒng)》、TSG Q7015–2016《起重機(jī)械定期檢驗(yàn)規(guī)則》、TSG Q7016-2016《起重機(jī)械安裝改造重大維修監(jiān)督檢驗(yàn)規(guī)則》、GB12602-2009《起重機(jī)機(jī)械超載保護(hù)裝置安全技術(shù)規(guī)范》成功開(kāi)發(fā)的起重機(jī)械智慧管理系統(tǒng)。獨(dú)創(chuàng)的物聯(lián)網(wǎng)、“云”計(jì)算的設(shè)計(jì)理念使該產(chǎn)品處于業(yè)內(nèi)絕對(duì)領(lǐng)先地位。其主要技術(shù)特點(diǎn)：平臺(tái)云端化、用戶多樣化、系統(tǒng)開(kāi)放化、硬件數(shù)字化、攝像自動(dòng)化、圖像同步化、保養(yǎng)便捷化。
3. 項(xiàng)目目標(biāo)
隨著系統(tǒng)的不斷升級(jí)最終將把起重機(jī)智慧管理系統(tǒng)打造成為一個(gè)集安全監(jiān)控、設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)、備品備件、壽命評(píng)估、專家診斷為一體的全國(guó)性起重機(jī)綜合服務(wù)平臺(tái)。通過(guò)起重機(jī)全生命周期的管理，最終建立中國(guó)首個(gè)起重機(jī)行業(yè)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。
二、項(xiàng)目實(shí)施概況
目前，起重機(jī)行業(yè)存在設(shè)備檔案普遍缺失而且更新不及時(shí)，采購(gòu)或租用的設(shè)備存在著品質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)，零配件供應(yīng)混亂，質(zhì)量參差不齊，設(shè)備維修、保養(yǎng)、檢測(cè)未有效落實(shí)，設(shè)備狀態(tài)及使用過(guò)程的信息不透明，健康狀況不能預(yù)知，存在安全隱患，缺乏數(shù)據(jù)支撐，無(wú)法有效管理決策等問(wèn)題，只有有效利用移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等新的信息技術(shù)，才能對(duì)起重機(jī)進(jìn)行全面監(jiān)管，避免事故。通過(guò)本項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備信息實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)行業(yè)不同用戶提供差異化的信息服務(wù)，從而使設(shè)備質(zhì)量和使用過(guò)程可控性提高70%，人員、財(cái)產(chǎn)安全性提高50%，管理效率提高20%。
1. 項(xiàng)目總體架構(gòu)和主要內(nèi)容
起重機(jī)智慧管理平臺(tái)搭建在聯(lián)通“沃云”上，采用了分布存儲(chǔ)、集中管理的系統(tǒng)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)多用戶差異化信息服務(wù)，滿足起重機(jī)監(jiān)管部門(mén)和使用單位對(duì)設(shè)備的監(jiān)管需要；并且平臺(tái)接口開(kāi)放，可對(duì)接市場(chǎng)上不同品牌硬件產(chǎn)品，通過(guò)一鍵獲取現(xiàn)場(chǎng)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、視頻、3D動(dòng)畫(huà)同步回放，實(shí)現(xiàn)完全掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)；根據(jù)平臺(tái)大數(shù)據(jù)，結(jié)合專家知識(shí)實(shí)現(xiàn)起重機(jī)壽命評(píng)估、故障診斷，消除安全隱患，為設(shè)備保駕護(hù)航。可向客戶提供電腦版和手機(jī)版兩種類型平臺(tái)，其架構(gòu)如圖1所示：
圖1 起重機(jī)智慧管理平臺(tái)總體架構(gòu)
2. 平臺(tái)主要功能
2.1整體統(tǒng)計(jì)功能
主要實(shí)現(xiàn)對(duì)指定企業(yè)或指定區(qū)域的特種設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行宏觀統(tǒng)計(jì)，便于掌握所有設(shè)備整體運(yùn)行情況。
圖2 起重機(jī)智慧管理平臺(tái)整體統(tǒng)計(jì)功能
2.2公告管理功能
主要實(shí)現(xiàn)對(duì)公告信息、榮譽(yù)信息和曝光信息的發(fā)布、瀏覽和管理。
圖3起重機(jī)智慧管理平臺(tái)公告管理功能
2.3實(shí)時(shí)監(jiān)控功能
主要實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，包括運(yùn)行數(shù)據(jù)、報(bào)警數(shù)據(jù)、視頻圖像、安裝位置等信息，并通過(guò)3D仿真的形式對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行直觀展示。
圖4 起重機(jī)智慧管理平臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)控功能
2.4歷史查詢功能
對(duì)歷史的違章數(shù)據(jù)、故障數(shù)據(jù)、報(bào)警數(shù)據(jù)、工作循環(huán)數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)和100ms的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢和同步回放。實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程一鍵調(diào)取現(xiàn)場(chǎng)100ms歷史數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行3D仿真，同時(shí)結(jié)合歷史視頻圖像，進(jìn)行直觀的歷史狀態(tài)還原。
圖5 起重機(jī)智慧管理平臺(tái)歷史查詢功能
2.5數(shù)據(jù)分析功能
對(duì)工作等級(jí)、異常數(shù)據(jù)、傳感器故障等數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，并結(jié)合行業(yè)專家，實(shí)現(xiàn)專家診斷。
圖6 起重機(jī)智慧管理平臺(tái)數(shù)據(jù)分析功能
2.6企業(yè)管理功能
滿足各種行業(yè)內(nèi)相關(guān)單位的管理需要，對(duì)不同類型企業(yè)、不同類型工作人員提供個(gè)性化功能。
圖7起重機(jī)智慧管理平臺(tái)企業(yè)管理功能
2.8移動(dòng)終端管理
通過(guò)手機(jī)、平板等移動(dòng)設(shè)備，在任何時(shí)間任何地點(diǎn)都可對(duì)系統(tǒng)的整體運(yùn)行數(shù)據(jù)以及單臺(tái)塔機(jī)的運(yùn)行情況進(jìn)行全面監(jiān)控，使管理變得更加的簡(jiǎn)單、便捷。
圖8 起重機(jī)智慧管理平臺(tái)移動(dòng)終端界面
3. 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)架構(gòu)
圖9起重機(jī)智慧管理平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)架構(gòu)
3.1基本特點(diǎn)
高可用性、高擴(kuò)展性、高實(shí)時(shí)性、高安全性。
3.2彈性云計(jì)算
根據(jù)平臺(tái)不斷變化的服務(wù)架構(gòu)、業(yè)務(wù)體量和業(yè)務(wù)需求，快速提供動(dòng)態(tài)、靈活、彈性、虛擬、共享和高效的計(jì)算資源服務(wù)。
4. 數(shù)據(jù)架構(gòu)和應(yīng)用
圖10起重機(jī)智慧管理平臺(tái)數(shù)據(jù)架構(gòu)和應(yīng)用
平臺(tái)數(shù)據(jù)分三層結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)：
1）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層
平臺(tái)采用雙數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)方案，高速數(shù)據(jù)庫(kù)主要用于高速的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)展示，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)主要用于存儲(chǔ)大量設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)挖掘分析后的結(jié)果。
2）數(shù)據(jù)邏輯層
采用WebService為數(shù)據(jù)核心，同時(shí)向外輻射和擴(kuò)展多個(gè)WebService為不同應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支持。
3）數(shù)據(jù)展示層
平臺(tái)展示層相當(dāng)于數(shù)據(jù)的展示皮膚，僅僅將不同的數(shù)據(jù)展示出來(lái)即可。展示層目前提供網(wǎng)頁(yè)端、安卓端、蘋(píng)果端三大類主流軟件應(yīng)用服務(wù)方式為客戶提供便捷的使用體驗(yàn)。
5.安全及可靠性
4.1基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)安全
采用可信網(wǎng)絡(luò)連接機(jī)制，對(duì)檢驗(yàn)連接到通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備進(jìn)行可信，以防止非法接入用戶。基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)安全可以實(shí)現(xiàn)隨著業(yè)務(wù)發(fā)展需要，靈活的制定安全策略、入侵防御、流量監(jiān)管、負(fù)載均衡等安全功能，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)安全高度融合。
4.2業(yè)務(wù)安全性
通過(guò)劃分云安全區(qū)域邊界，進(jìn)行邊界訪問(wèn)控制、包過(guò)濾及安全審計(jì)及完整性保護(hù)，可有效保障平臺(tái)服務(wù)的安全性。
4.3數(shù)據(jù)安全性
針對(duì)核心的數(shù)據(jù)安全性問(wèn)題，我們提供異地災(zāi)備、數(shù)據(jù)服務(wù)冗余及數(shù)據(jù)訪問(wèn)的安全審計(jì)等多種應(yīng)對(duì)方案，以保障數(shù)據(jù)的可用性及安全性。
4.4數(shù)據(jù)傳輸安全性
平臺(tái)與設(shè)備通過(guò)TCP的加密私有協(xié)議進(jìn)行通訊，第一保證網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定、第二保證數(shù)據(jù)不會(huì)被監(jiān)聽(tīng)而盜用。平臺(tái)內(nèi)部通訊均采用加密的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及固定IP、服務(wù)號(hào)、校驗(yàn)位等手段防止其他外圍的監(jiān)聽(tīng)盜用。同時(shí)也保證了內(nèi)部通訊的穩(wěn)定性和可靠性。
6. 智慧管理終端
新一代全數(shù)字式起重機(jī)智慧管理終端是集微處理器技術(shù)，數(shù)字通信技術(shù)，數(shù)字傳感器技術(shù)，智能分析技術(shù)等多種高新技術(shù)為一體的新型高科技產(chǎn)品，產(chǎn)品的主要技術(shù)特點(diǎn)：標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、高精度、結(jié)構(gòu)緊湊、高穩(wěn)定性、高可靠性、自校準(zhǔn)、系統(tǒng)的適應(yīng)性強(qiáng)、性價(jià)比更好。是新形勢(shì)下起重機(jī)應(yīng)用提高安全保障，預(yù)防重大安全事故，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管理的必備產(chǎn)品，亦是模擬式起重機(jī)安全監(jiān)理系統(tǒng)的更新替代產(chǎn)品，是當(dāng)前各主管部門(mén)提高監(jiān)管效率，降低監(jiān)管成本，提高監(jiān)管覆蓋率切實(shí)有效的監(jiān)管手段。
1、主要功能：
l 監(jiān)控項(xiàng)目：可對(duì)吊鉤高度、小車(chē)行程、環(huán)境風(fēng)速、實(shí)時(shí)吊重、大臂轉(zhuǎn)角、塔身傾斜 、力矩、視頻等數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控。
l 數(shù)據(jù)記錄：以100ms為間隔儲(chǔ)存3個(gè)月的數(shù)據(jù) ，滿足GBT28264標(biāo)準(zhǔn)。
l 數(shù)據(jù)顯示：通過(guò)主機(jī)上的顯示屏，實(shí)時(shí)顯示監(jiān)控的數(shù)據(jù)，以便司機(jī)隨時(shí)了解塔機(jī)的工作狀態(tài)
l 制動(dòng)控制：當(dāng)塔機(jī)各項(xiàng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)控制各路輸出，只允許塔機(jī)向安全方向運(yùn)動(dòng)。
l 遠(yuǎn)程監(jiān)控：利用3G/4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和完善的遠(yuǎn)程監(jiān)控管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程在線管理監(jiān)控。
l 傳感器自校準(zhǔn)：利用數(shù)字式傳感器的自校準(zhǔn)功能可實(shí)現(xiàn)塔機(jī)運(yùn)行中的自校準(zhǔn)保證安全裝置運(yùn)行可靠。
l 視頻監(jiān)控：實(shí)現(xiàn)對(duì)塔機(jī)吊鉤的實(shí)時(shí)監(jiān)控，本地保存7天以上歷史圖像。
2、技術(shù)特點(diǎn)：
1) 高精度：所有傳感器都為0.3級(jí)傳感器，保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。拉力、幅度綜合誤差2%以內(nèi)。
2) 數(shù)字化：所有傳感器為數(shù)字傳感器、避免傳輸過(guò)程中干擾。力矩綜合誤差在3%以內(nèi)。
3) 高實(shí)時(shí)性：采樣速度100ms，數(shù)據(jù)保存速度100ms。數(shù)據(jù)保存時(shí)間3個(gè)月以上。
4) 網(wǎng)絡(luò)化：設(shè)備之間采用以太網(wǎng)和4G網(wǎng)絡(luò)傳輸，實(shí)時(shí)性強(qiáng)、擴(kuò)展性強(qiáng)、可傳輸視頻。
5) 視頻集成：視頻可自動(dòng)追蹤吊鉤，視頻保存時(shí)間120小時(shí)以上。
6) 自校準(zhǔn)：系統(tǒng)可自校準(zhǔn)，避免運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生累積誤差。
以上特點(diǎn)保證了系統(tǒng)的高精度，高速度和視頻管理功能，完全滿足GBT28264標(biāo)準(zhǔn)。由于采用以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)具有極大的擴(kuò)展性，為行業(yè)發(fā)展預(yù)留升級(jí)空間。
三、下一步實(shí)施計(jì)劃
打通整個(gè)起重設(shè)備數(shù)據(jù)服務(wù)，全面實(shí)現(xiàn)起重機(jī)“智慧管理”
四、項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)和實(shí)施效果
1. 項(xiàng)目先進(jìn)性及創(chuàng)新點(diǎn)
GB/T 28264-2012《起重機(jī)械安全監(jiān)控管理系統(tǒng)》中明確提出了數(shù)據(jù)的采集和存儲(chǔ)的時(shí)間周期為100ms,目前市場(chǎng)上沒(méi)有能夠滿足這個(gè)要求的產(chǎn)品，為了達(dá)到產(chǎn)品能夠全面滿足國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過(guò)半年堅(jiān)持不懈的努力成功開(kāi)發(fā)TC核心板。
1.2采集模塊
采集模塊采用并行方式同時(shí)讀取多個(gè)傳感器數(shù)據(jù)，可以完美對(duì)接市場(chǎng)上絕大部分的傳感器。通過(guò)數(shù)據(jù)總線與MCU進(jìn)行傳感器讀取命令和和傳感器響應(yīng)數(shù)據(jù)的交互，從而實(shí)現(xiàn)每100ms一次的高速采集頻率。
傳感器讀取波形（周期為100ms 每個(gè)周期左為讀取命令，右為響應(yīng)數(shù)據(jù)）
1.3儲(chǔ)存模塊
數(shù)據(jù)儲(chǔ)存方面，采用了獨(dú)家的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存算法，并已申請(qǐng)專利。該算法通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)儲(chǔ)存方式，尋址方式的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了對(duì)儲(chǔ)存器的高度讀寫(xiě)，以滿足高效的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存及所需數(shù)據(jù)的快速讀取。儲(chǔ)存器的容量支持?jǐn)U展，通過(guò)對(duì)儲(chǔ)存器容量的擴(kuò)展，可以最多支持長(zhǎng)達(dá)360自然日的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存。
1.4通訊接口
本產(chǎn)品通訊接口，支持以太網(wǎng)口，RS-485接口，RS-232接口，均可以實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，報(bào)警數(shù)據(jù)及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視。與數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)交互通過(guò)以太網(wǎng)口，采用TCP/IP協(xié)議，保證了數(shù)據(jù)的可靠性。數(shù)據(jù)上傳速率和頻率都可配置，適應(yīng)不同的帶寬和數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性的要求。
1.5 GPS模塊
本產(chǎn)品配備GPS模塊，一般條件下，均可實(shí)現(xiàn)快速的設(shè)備定位。并可以提供衛(wèi)星授時(shí)功能，確保本產(chǎn)品與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的同步。
2. 實(shí)施效果
經(jīng)過(guò)18個(gè)月的規(guī)劃開(kāi)發(fā)，硬件產(chǎn)品順利通過(guò)遼寧安科院檢驗(yàn)，起重機(jī)智慧管理云平臺(tái)及硬件產(chǎn)品多次和國(guó)家質(zhì)檢總局特種設(shè)備處、北京起重運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)研究院、中國(guó)建筑科學(xué)研究院、浙江省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院等國(guó)家管理部門(mén)及科研院所進(jìn)行技術(shù)交流，得到了各位領(lǐng)導(dǎo)和專家的高度認(rèn)可，并獲得中國(guó)通信工業(yè)協(xié)會(huì)“2017中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)優(yōu)秀解決方案獎(jiǎng)”。經(jīng)過(guò)近半年推廣，目前已經(jīng)有遼寧、江蘇、河南、湖南四省的八個(gè)城市的500臺(tái)起重機(jī)設(shè)備已接入我公司的起重機(jī)智慧管理系統(tǒng)平臺(tái)，常州市安監(jiān)站已把該平臺(tái)作為本地建筑塔機(jī)安全監(jiān)控管理的總平臺(tái)，現(xiàn)場(chǎng)安全管理人員對(duì)手機(jī)APP中的報(bào)警管理和違章管理等功能給與了高度好評(píng)。