通過軟件驅(qū)動的安全電機(jī)預(yù)測性維護(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)測性維護(hù)？

在當(dāng)今的工廠中，僅在美國，由于系統(tǒng)故障就發(fā)生了1400萬小時的計劃外停機(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)行時間、降低運(yùn)營成本、擴(kuò)展的解決方案 設(shè)備使用壽命長，提高工人生產(chǎn)力。預(yù)測性維護(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 高級分析和算法，可對 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，以創(chuàng)建安全的 用于電機(jī)預(yù)測性維護(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。云托管儀表板提供 機(jī)器健康診斷和故障檢測的完整概述 每個電機(jī)狀態(tài)的詳細(xì)信息和可視化以及 基于 AI 的分析，用于檢測電動機(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、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，一旦檢測到，就會發(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完整解決方案的需求， 沒有將一個完整的系統(tǒng)放在一起的挫敗感和復(fù)雜性 從真實數(shù)據(jù)中獲取切實可行的見解。

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，并允許軟件團(tuán)隊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) 實踐和經(jīng)過驗證的流程，從從以用戶為中心的角度處理每個新客戶參與到DevOps原則的自動化 實現(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)都會自動生成，同時 載入電子郵件邀請將發(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。

短信移動應(yīng)用程序

ADI OtoSense SMS移動應(yīng)用的架構(gòu)具有代碼重用功能 作為優(yōu)先事項。核心應(yīng)用程序由多個模塊組成，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。對于每個新的自定義標(biāo)簽應(yīng)用程序，都會創(chuàng)建一個新的配置集，其中包含合作伙伴的品牌 UI 組件和 API 配置。此軟件架構(gòu)使移動應(yīng)用程序開發(fā)團(tuán)隊能夠快速輕松地創(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平臺可以解決任何檢測解釋挑戰(zhàn)。 該平臺已被用于實現(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。如果行為存在實質(zhì)性差異 在物理電機(jī)及其數(shù)字孿生之間，OtoSense SMS對此進(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)能夠檢測以下九個常見問題：

電機(jī)動力系統(tǒng)中可能導(dǎo)致不對稱的故障 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)載之間失去對準(zhǔn)。

電機(jī)定子故障，導(dǎo)致電機(jī)不對稱 電流。

定子與定子同心度時電機(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，例如缺乏潤滑或內(nèi)部和外部缺陷 比賽、保持架或滾動體。

電機(jī)固定系統(tǒng)與操作臺上的問題，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、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，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SMS客戶在OtoSense云上都有一個專用帳戶，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 作為頂級分區(qū)鍵。對客戶數(shù)據(jù)的訪問僅限于會員 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)提供商的身份驗證服務(wù)， 確保用戶從兩個移動應(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)換器和信號鏈以及電氣專業(yè)知識 電機(jī)，為電機(jī)的預(yù)測性維護(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，可延長設(shè)備正常運(yùn)行時間、降低運(yùn)營成本、擴(kuò)展 設(shè)備使用壽命長，提高工人生產(chǎn)力。

審核編輯：郭婷