基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的工業(yè)機器人故障檢測

1、基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺和新一代無線技術(shù)的工業(yè)機器人故障檢測測試床引言北京航天智造科技發(fā)展有限公司（以下簡稱公司），隸屬于中國航天科工集團公司，是航天云網(wǎng)科技發(fā)展有限責任公司的總體部與技術(shù)研究院，是航天科工集團公司云制造技術(shù)研發(fā)中心，中國“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟”標準化組組長單位， 中國信息系統(tǒng)集成及服務行業(yè)聯(lián)盟智能制造專業(yè)委員會主任委員單位和秘書處單位，科技部復雜產(chǎn)品智能制造系統(tǒng)技術(shù)國家重點實驗室的核心組成單位，工信部首批智能制造試點示范單位和工信部首批中德智能制造合作試點示范企業(yè)。公司秉承“信息互通、資源共享、能力協(xié)同、開放合作、互利共贏”的核心理念， 積極響應“中國制造 2025”和“互聯(lián)網(wǎng)+行動

2、計劃”國家戰(zhàn)略規(guī)劃，致力于打造世界首批、中國首個工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺航天云網(wǎng)（INDICS 平臺），積極推進基于“互聯(lián)網(wǎng)+先進制造業(yè)”的云制造業(yè)務模式。公司研發(fā)的航天云網(wǎng)（INDICS 平臺）是根據(jù)中國國情以及信息化時代工業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展大趨勢，所設(shè)計的中國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)使命框架，平臺高效整合和共享國內(nèi)外高、中、低端產(chǎn)業(yè)要素與優(yōu)質(zhì)資源， 以資源虛擬化、能力服務化的云制造為核心業(yè)務模式，針對當前我國制造企業(yè)水平參差不齊，工業(yè) 1.0、工業(yè) 2.0 和工業(yè) 3.0 并存的現(xiàn)狀，以提供覆蓋產(chǎn)業(yè)鏈全過程和全要素的生產(chǎn)性服務為主線，面向企業(yè)、政府、創(chuàng)業(yè)者提供完善的“互聯(lián)網(wǎng)+先進制造業(yè)”解決方案，有效促進中國制造業(yè) 1.

3、0/2.0/3.0/4.0 的全面提升， 獲得了第 17 屆中國國際工業(yè)博覽會創(chuàng)新金獎。一、關(guān)鍵詞工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺、新一代無線通信網(wǎng)絡技術(shù)、CarbonData二、測試床項目概述基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺和新一代無線技術(shù)的工業(yè)機器人故障檢測測試床是由天智公司、華為公司和華數(shù)公司共同打造的基于新一代無線技術(shù)低功耗廣域通信技術(shù)和大數(shù)據(jù)等互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的綜合解決方案。測試床的建設(shè)地點位于北京市和廣東省佛山市。在北京市建設(shè)測試床中的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺及大數(shù)據(jù)部分，在廣東省佛山市建設(shè)測試床中的工業(yè)機器人設(shè)備接入部分。該測試床滿足基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的工業(yè)機器人智能故障診斷的需求，幫助工業(yè)機器人公司完成企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，共同推

4、進新型機器人智能化管控建設(shè)，推進故障預測的規(guī)?；统B(tài)化，共同打造智能機器人智能服務的示范樣板和行業(yè)標桿，并有廣泛適用性，未來可在行業(yè)中推廣應用。三、測試床項目解決方案解決方案架構(gòu)本測試床通過INDICS 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺和Carbondata 技術(shù)獲取匯總機器人的實時任務信息和狀態(tài)信息，形成智能機器人的數(shù)據(jù)知識庫，通過數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)， 選擇合適的預測模型對工業(yè)機器人的健康狀況進行預測，并給出最佳維護、檢修工作方案；對機器人產(chǎn)線可能出現(xiàn)的復雜故障，利用機器人工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺提供的工業(yè)機器人交互式故障診斷，為用戶提供交互式的故障診斷定位方式，大大提升故障定位并解決的效率，降低因機器人故障帶來的生產(chǎn)損失

5、。應用架構(gòu)如下圖所示：圖 1 測試床應用架構(gòu)主要包括三個部分：平臺層：測試床依托 INDICS 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺進行數(shù)據(jù)接入、存儲、管理與分析，利用大數(shù)據(jù)架構(gòu)及 CarbonData 進行機器人故障檢測建模。運用數(shù)據(jù)挖掘與分析技術(shù)對數(shù)據(jù)進行處理，應用面向分析的數(shù)據(jù)存儲和快速檢索技術(shù)，實現(xiàn)工業(yè)機器人的實時狀態(tài)監(jiān)控和故障檢測?；ヂ?lián)網(wǎng)層：由包括 NB-IoT、WIA 等在內(nèi)的新一代工業(yè)無線通信網(wǎng)絡、傳統(tǒng)以太網(wǎng)絡及 IOT 智能網(wǎng)關(guān)組成，完成收集設(shè)備層信息并向平臺層傳輸數(shù)據(jù)的功能。設(shè)備層：包括華數(shù)機器人及其數(shù)據(jù)采集模塊支持無線通信接入的智能終端測試床的硬件組成包括智能工業(yè)機器人等終端硬件、以及無線通信網(wǎng)

6、絡硬件， 以及無線通信平臺服務器硬件，應用服務器硬件。圖 2 測試床硬件組成實時狀態(tài)監(jiān)測OEE計算機器人故障報警機器人故障預測機器人智能服務數(shù)據(jù)處理流程實時數(shù)據(jù)分析離線數(shù)據(jù)分析規(guī)則引擎基礎(chǔ)數(shù)據(jù)存儲離線數(shù)據(jù)分析CarbonData實時計算引擎應用引擎離線數(shù)據(jù)存儲實時數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)采集接口基于NB-IOT的智能硬件機器人N機器人4機器人3機器人2機器人1數(shù)據(jù)源圖3 基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺和新一代工業(yè)無線技術(shù)的工業(yè)機器人故障檢測測試床數(shù)據(jù)處理流程獲取的工業(yè)機器人電流、位置、故障信息、工作計劃、工作狀態(tài)、維護輸入、工作環(huán)境溫度、濕度等數(shù)據(jù)，經(jīng)由基于無線通信技術(shù)的智能硬件上傳至 INDICS 數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)，接

7、入大數(shù)據(jù)平臺，根據(jù)不同的計算需求將數(shù)據(jù)經(jīng)由規(guī)則引擎分發(fā)至不同的數(shù)據(jù)流，包含實時數(shù)據(jù)分析流和離線數(shù)據(jù)分析流。實時數(shù)據(jù)分析過程：所有數(shù)據(jù)實時發(fā)送至實時數(shù)據(jù)存儲，實現(xiàn)機器人實時狀態(tài)監(jiān)測；機器人故障信息數(shù)據(jù)由實時計算引擎利用工業(yè)機器人故障算法模型計算后發(fā)送至實時數(shù)據(jù)存儲，實現(xiàn)機器人故障報警功能。離線數(shù)據(jù)分析過程：電流數(shù)據(jù)、位置數(shù)據(jù)、機器人工作計劃數(shù)據(jù)進入離線數(shù)據(jù)分析過程，經(jīng)過數(shù)據(jù)清洗，進入 CarbonData 儲存，進行過濾查詢、組合查詢實現(xiàn)機器人 OEE 分析；電流數(shù)據(jù)、位置數(shù)據(jù)、工作環(huán)境溫度、濕度數(shù)據(jù)，采用數(shù)據(jù)挖掘手段建立工業(yè)機器人設(shè)備故障預測模型，通過數(shù)據(jù)樣本不斷訓練模型，提高模型對機器人故障

8、預測的精度，實現(xiàn)機器人故障預測。測試床預期效果經(jīng)濟效益基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺和新一代無線技術(shù)的工業(yè)機器人故障檢測測試床可以實現(xiàn)對工業(yè)機器人故障的智能化監(jiān)測和預測，結(jié)合工業(yè)任務分配和維修，可大幅度優(yōu)化工業(yè)的管控流程，提高工作效率和降低故障率。無線網(wǎng)絡、INDICS 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺和大數(shù)據(jù)技術(shù)可以幫助企業(yè)構(gòu)建互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務通道，拓寬信息來源，能夠有效減少工業(yè)機器人維護時間，提高可用性，能為企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟效益。商業(yè)價值基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺和新一代無線技術(shù)的工業(yè)機器人故障檢測測試床提供動態(tài)易擴展的資源、能力集成接入，可滿足機器人生產(chǎn)制造商的數(shù)字化表征需求， 使機器人工業(yè)設(shè)備可通過安全可靠的通信方式接入工業(yè)互

9、聯(lián)網(wǎng)平臺，并實現(xiàn)工業(yè)機器人制造加工數(shù)據(jù)以及制造能力狀態(tài)信息準確獲取。進而建立一套覆蓋全面、技術(shù)先進的無線設(shè)備管理工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，為企業(yè)提供智能化、可視化的管理應用平臺，為企業(yè)管理和商業(yè)決策提供有效的信息技術(shù)支撐和服務。社會價值工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)技術(shù)等技術(shù)的融合應用已經(jīng)成為全球主要國家工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時代共同關(guān)注的重點，建設(shè)推廣基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺和新一代工業(yè)無線技術(shù)的工業(yè)機器人故障檢測測試床，滿足機器人智能管控要求，聯(lián)合工業(yè)機器人公司推進機器人故障預測的規(guī)?；统B(tài)化，共同打造智能機器人故障監(jiān)測的示范樣板和行業(yè)標桿，并有廣泛適用性，未來可在行業(yè)中推廣應用。四、測試床當前情況測試床當前建設(shè)情況現(xiàn)已完成基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺和新一代工業(yè)無線技術(shù)的工業(yè)機器人故障檢測測試床建設(shè)方案規(guī)劃與設(shè)計，形成本測試床技術(shù)框架。正在開展工業(yè)機器人車間場地建設(shè)、智能設(shè)備接入、無線通信網(wǎng)絡建設(shè)、硬件資源建設(shè)工作。測試床合作伙伴組成及各自提供組件描述合作伙伴