基于物联网的工厂工业设备数据可视化管理系统及方法与流程

1.本发明特别涉及一种基于物联网的工厂工业设备数据可视化管理系统及方法，属于数据分析和可视化技术领域。


背景技术：

2.随着互联网和人工智能技术的不断发展，企业都建立了基础的信息化应用系统，经过长时间的积累存储了大量的业务数据，企业迫切需求对历史及实时业务数据进行统计分析与实时展示、智能挖掘以此来指导企业生产经营和管理决策。
3.随着数据分析统计与可视化技术的发展，企业基础信息化应用系统中集成了大量的可视化信息图表。然而现有的可视化管理系统及方法多存在诸如过程漫长且耗力、耗时，报表太多，无法关注重点，选择灵活性差，维度单一，无关联性，不能给管理者全面、可靠的分析结果，不能及时响应企业实际生成过程中的异常，无法将生产实时信息与历史分析数据有机结合等缺点，现有技术中的缺点导致分析结果出来时已经失去了数据分析与可视化的应用价值，无法给企业生产经营与管理提供有效的数据支撑，使企业蒙受经济损失。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的在于提供一种基于物联网的工厂工业设备数据可视化管理系统及方法，以克服现有技术中的不足。
5.为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
6.本发明实施例提供了一种基于物联网的工厂工业设备数据可视化管理系统，其包括：数据采集和存储单元、安全检查监控单元、综合信息数据单元和数据可视化单元；
7.所述数据采集和存储单元至少用于采集工厂工业设备的基础数据，将采集的基础数据以及指定的关键数据存储于数据库中，同时，将所采集的基础数据、指定的关键数据传输至综合信息数据单元；
8.所述安全检查监控单元至少用于采集工厂工业设备的安全检查数据，同时对所述安全检查数据进行分析、统计、处理及存储，并实时显示安全检查设备的检测状态；
9.所述综合信息数据单元至少用于收集所述的基础数据、关键数据，对所述的基础数据、关键数据进行计算和分析，并将计算和分析结果传输至数据可视化单元；
10.所述数据可视化单元至少用于从所述综合信息数据单元中获取指定的源数据，并通过可视化技术将所述源数据适配形成的可视化的视图在显示界面上显示出来。
11.本发明实施例还提供了一种基于物联网的工厂工业设备数据可视化管理方法，其包括：
12.提供所述的基于物联网的工厂工业设备数据可视化管理系统；
13.以所述数据采集和存储单元采集工厂工业设备的基础数据，将采集的基础数据以及指定的关键数据实施传输给综合信息数据单元，同时，将所采集的基础数据、指定的关键数据存储在数据库中；
14.以所述安全检查监控单元采集工厂工业设备的安全检查数据，同时对所述安全检查数据进行分析、统计、处理及存储，并实时显示安全检查设备的检测状态；
15.以所述综合信息数据单元对所述基础数据、关键数据进行收集，对所述的基础数据、关键数据进行计算和分析，并将计算和分析结果传输至数据可视化单元；
16.以所述数据可视化单元自所述综合信息数据单元中获取指定的源数据，采用可视化处理方式对获取的指定的源数据进行可视化处理，并将适配形成的可视化的视图在显示界面上显示出来。
17.与现有技术相比，本发明实施例提供的一种基于物联网的工厂工业设备数据可视化管理系统及方法通过对运行数据进行连续监测和智能分析，预测设备维护工作的最佳时间点，可以提供维护周期的参考依据，有效提升设备级产品在设计、生产、维护及维修等环节的工作效能。
具体实施方式
18.鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
19.物联网随着时代的发展高速推进，基于大数据的数据可视化技术的逐渐成熟，透明化管理的应用范围也不断扩大，将基于物联网技术、大数据的数据可视化应用于传统设备管理中实现了统一的、实时的设备管理。
20.为了解决工厂生产型企业的工业设备维护效率底，以及系统之间存在的“信息孤岛”问题，结合工厂生产管理的实际需求，利用opc实时数据交换技术和odbc数据源访问技术，实现生产控制系统和设备数据可视化生命周期管理系统的无缝连接，构建了由实时数据库支撑的综合信息数据平台与数据可视化系统；本发明主要围绕数据可视化技术对工业设备可视化管理的实现方法以及其形成的可视化管理系统进行说明。
21.本发明实施例提供了一种基于物联网的工厂工业设备数据可视化管理系统，其包括：数据采集和存储单元、安全检查监控单元、综合信息数据单元和数据可视化单元；
22.所述数据采集和存储单元至少用于采集工厂工业设备的基础数据，将采集的基础数据以及指定的关键数据存储于数据库中，同时，将所采集的基础数据、指定的关键数据传输至综合信息数据单元；
23.所述安全检查监控单元至少用于采集工厂工业设备的安全检查数据，同时对所述安全检查数据进行分析、统计、处理及存储，并实时显示安全检查设备的检测状态；
24.所述综合信息数据单元至少用于收集所述的基础数据、关键数据，对所述的基础数据、关键数据进行计算和分析，并将计算和分析结果传输至数据可视化单元；
25.所述数据可视化单元至少用于从所述综合信息数据单元中获取指定的源数据，并通过可视化技术将所述源数据适配形成的可视化的视图在显示界面上显示出来。
26.进一步的，所述数据采集和存储单元包括数据采集设备、现场集控数据采集模块和数据库服务器，其中，
27.所述数据采集设备至少用于采集工厂工业设备的基础数据，以及，至少将所述的基础数据传输至综合信息数据单元；
28.所述现场集控数据采集模块至少用于在所述数据库服务器建立用于存储所述基
础数据的历史数据库、用于存储关键数据的核心数据库。
29.进一步的，所述数据采集设备包括监视器、无线功率传感器和信号收发器；优选的，所述基础数据包括工厂工业设备的状态参数、工作进度信息，所述关键数据包括用户指定的数据和故障报警数据。
30.进一步的，所述现场集控数据采集模块包括ifix组态软件。
31.进一步的，所述安全检查监控单元包括多个安全检查终端、智能处理终端，所述多个安全检查终端与所述智能处理终端连接，所述智能处理终端用于对安全检查终端采集的工厂工业设备的安全检查数据进行处理，对安全检查数据进行分析、统计、处理、存储，并实时显示安全检查设备的检测状态。
32.进一步的，所述综合信息数据单元包括数据处理设备、平台模块和业务模块，
33.其中，所述平台模块用于所述现场集控数据采集模块进行数据的上下行通讯，存储自所述现场集控数据采集模块发送的原始数据，并对所述的原始数据进行计算和分析，同时，所述平台模块还可向第三方业务系统的标准接口输出数据，并开放相应的接口；
34.所述业务模块用于根据用户的需求进行定制开发，并将所述平台模块的计算和分析结果传输至数据可视化单元。
35.进一步的，所述数据处理设备包括服务器、存储设备、网络设备、交换机和路由器。
36.进一步的，所述数据可视化单元包括可视渲染和数据驾驶舱模块、可视渲染和分析计算模块、可视分析和行业业务决策需求模块、数字孪生模块中的任意一种。
37.进一步的，所述源数据包括结构化数据，非结构化数据或者是单维数据、线性数据、三维模型数据以及多维数据。
38.本发明实施例还提供了一种基于物联网的工厂工业设备数据可视化管理方法，其包括：
39.提供所述的基于物联网的工厂工业设备数据可视化管理系统；
40.以所述数据采集和存储单元采集工厂工业设备的基础数据，将采集的基础数据以及指定的关键数据实施传输给综合信息数据单元，同时，将所采集的基础数据、指定的关键数据存储在数据库中；
41.以所述安全检查监控单元采集工厂工业设备的安全检查数据，同时对所述安全检查数据进行分析、统计、处理及存储，并实时显示安全检查设备的检测状态；
42.以所述综合信息数据单元对所述基础数据、关键数据进行收集，对所述的基础数据、关键数据进行计算和分析，并将计算和分析结果传输至数据可视化单元；
43.以所述数据可视化单元自所述综合信息数据单元中获取指定的源数据，采用可视化处理方式对获取的指定的源数据进行可视化处理，并将适配形成的可视化的视图在显示界面上显示出来。
44.进一步的，所述基础数据包括工厂工业设备的状态参数、工作进度信息，所述关键数据包括用户指定的数据和故障报警数据。
45.进一步的，所述基础数据包括工厂工业设备的运行情况信息、运行数据、工厂工业设备的位置信息、在线情况信息、设备离线状态信息、设备售后服务信息、设备保养信息、设备报修信息、派工管理信息中的任意一种或两种以上的组合。
46.进一步的，所述基于物联网的工厂工业设备数据可视化管理方法具体包括：
47.通过平台模块对自所述现场集控数据采集模块发送的原始数据进行存储，并对所述的原始数据进行计算和分析，同时，通过所述平台模块向第三方业务系统的标准接口输出数据，并开放相应的接口；
48.通过业务模块对用户的需求进行定制开发，并将所述平台模块的计算和分析结果传输至数据可视化单元。
49.进一步的，所述基于物联网的工厂工业设备数据可视化管理方法具体包括：
50.根据业务需求对获取的源数据进行调度服务统计，将调度服务统计的结果存入缓存数据库；
51.配置业务规则，并将业务指标与业务规则进行匹配，将匹配成功的源数据动态推送至数据可视化平台；
52.采用可视化处理方式将不同纬度的源数据自动适配对应的可视化视图，并将形成的可视化视图在显示界面显示出来。
53.进一步的，所述基于物联网的工厂工业设备数据可视化管理方法具体包括：将不同纬度的源数据处理形成可视分析图表，并通过可视化页面将所述可视分析图表呈现出来。
54.如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
55.本发明实施例提供的一种基于物联网的工厂工业设备数据可视化管理系统主要包括：数据采集和存储单元、综合信息数据单元和数据可视化单元。
56.智能设备数据的采集管理主要包括监控中心、无线功率传感器和信号收发器等，监控中心包括多个监视器，各个功能单元的构成、运行与应用都有着紧密的联系，属于环环相扣的关系。
57.具体的，将智能化设备应用于现代企业管理中，需要在有关的工厂工业设备上安装无线功率传感器，以利用无线功率传感器的无线射频通信功能收集有关数据，在监控需求范围内也将安装监视器，包含监控中心采集的所有信息都将通过信号接收器转发至综合信息数据单元。
58.具体的，在需要进行监控的不同品牌、型号以及控制系统的设备进行联网，以采集设备的状态参数、工作进度信息等基础数据。
59.具体的，所述数据采集和存储单元包括数据采集设备、现场集控数据采集模块和数据库服务器，现场集控数据采集模块采用ifix组态软件，通过ifix组态软件在实时数据库服务器中建立一个历史数据库，用于存储采集的历史数据(包括前述的基础数据)，并将用户要求的关键数据、故障报警等数据存入核心数据库；并且，该现场集控数据采集模块具有实时数据转发、故障报警与设备状态等关键数据转存、历史数据库访问的功能；通过实时数据交换和历史数据访问接口，能够实现工业实时数据采集模块与其他应用系统的无缝连接，可以方便地进行调度管理平台应用集成。
60.具体的，如下将从工业设备的综合信息数据平台(单元)的建设方法方面来说明。
61.平台架构设计：工厂的工业设备数据量规模大，根据平台要求，可以采用云计算架构，对此架构设计了设备层、平台层、业务层三层，此架构整合了智能制造的多层次需求，即所述综合信息数据单元包括数据处理设备、平台模块和业务模块。
62.具体的，所述设备层(即数据处理设备)主要包括服务器、存储设备、网络设备、交
换机、路由器等；平台层(即平台模块)主要负责与数据采集和存储单元进行数据的上下行通讯；业务层(即业务模块)采用了多级均衡设计，具有较高的可靠性和伸缩性，同时可以根据用户的需求进行定制开发，业务层可以将平台层的计算和分析结果进行输出和展示。
63.具体的，平台层能够存储自数据采集系统(可以理解为数据采集和存储单元)发送过来的设备原始数据，在业务系统崩溃时，可进行数据的恢复，同时平台层还可向第三方业务系统的标准接口输出数据，并开放相应的接口。
64.具体的，业务层可以根据用户的差异化需求进行需求结果输出，综合信息数据平台(单元)将数据运算和业务处理进行隔离，数据运算在平台层进行，业务处理在业务层进行，通过这样的设计来保障数据的安全可靠，同时也可降低业务系统的开发周期及成本。
65.业务设计：业务系统主要结合业务需求和云计算的系统架构进行定制开发，远程实时检测设备的运行情况、运行数据，实时定位设备的工作位置，记录设备在线情况、设备离线状态、设备售后服务、设备保养、设备报修、派工管理，以实现维修历史查询、设备工时统计、能耗统计、故障统计、健康分析、实时故障统计与推送、故障点数据查询与同步回放、自定义故障触发规则、故障预测与主动防护等功能，利用大数据模型进行数据分析、故障统计、运行统计、报表生成等。
66.具体的，所述数据可视化单元至少用于从所述综合信息数据单元中获取指定的源数据，并通过可视化技术将所述源数据适配形成的可视化的视图在显示界面上显示出来。
67.具体的，数据可视化系统的实现方法主要依据数字孪生理论，根据这些业务需求，从综合信息数据平台(单元)中获取需要的源数据，根据业务需求对所述源数据进行调度服务统计，并将调度服务统计的结果存入缓存数据库，通过配置业务规则，并将业务指标与业务规则进行匹配，将匹配成功的数据动态推送至数据可视化平台，使用可视化技术将不同纬度的数据自动适配对应可视化视图在前端界面显示出来；其中所述源数据包括结构化数据、非结构化数据或者是单维数据、线性数据、三维模型数据(地理坐标数据)以及多维数据。
68.具体的，将不同纬度的数据自动适配对应可视化视图在前端界面显示出来的实现方法主要分为如下几个方面：
69.1)可视渲染技术
70.可视渲染技术主要包括基础可视渲染技术和数据驾驶舱两部分内容，其中，基础可视渲染技术包括基础可视渲染图、地理空间可视渲染图、组态图等；数据驾驶舱则是将这些分析视图组合起来进行综合呈现。
71.基础可视渲染技术是可视化手段里最基础的技术实现能力，其中包括基础可视渲染图(单态图、统计图、分布图、关系图)；地理空间可视渲染图(分布图、统计图、关系图)以及组态图等视图，并可基于时间、空间等多个维度进行呈现。
72.数据驾驶舱是指把基础可视渲染技术中的各类可视分析图表组合起来，通过一个可视化页面来呈现。它可以集成单态图、统计图、分布图、空间图、组态图等多大类、近百种可视分析视图，对数据进行多维联动分析，实现数据的多维度并行展示、分析；适用于需要并列监测多类数据的决策领域，例如企业管理者判定企业的设备运行状况的场景，通过对各类，不同位置，不同时间的运行状况的综合呈现，全面掌握设备运行态势。
73.2)可视分析：可视渲染 分析计算模块
74.可视分析技术是在渲染技术的基础上，结合一定的分析计算模块，对最基本的数据进行处理、运算，挖掘深层次的价值、规律，再将数据规律、关系等指标以最佳视觉表现形式进行呈现的技术；使复杂晦涩的数据态势、规律，清晰易懂、一目了然，为管理者提供充分的决策支持，具体表现形式有数据统计分析、关系挖掘分析、推演仿真分析、活动规律、分布热区、最优中心等众多可视分析方法。
75.3)可视决策支持：可视分析 行业业务决策需求
76.可视化的最终价值是要应用到行业中去，为行业决策提供科学依据。可视决策支持是在可视渲染技术、可视分析技术的基础上再结合上行业业务决策的需求，面向特定的行业业务领域，为用户提供决策支持的技术。
77.4)设备级数字孪生技术：所述数据可视化单元的核心技术就是构建设备级数字孪生，通过导入三维数据生成三维模型，能够高度还原设备的外形、材质、纹理细节等精密显示细节以及复杂内部结构，实现高精度、超精细的可视化渲染；支持设备组态结构、复杂动作的全数据驱动显示，对设备位置分布、类型、运行环境、运行状态进行真实复现，不仅可以看到产品外部的变化，更重要的是可以看到产品内部的每一个零部件的工作状态，对设备运行异常(故障、短路冲击、过载、过温等)实时告警，辅助管理者直观掌握设备运行状态，及时发现设备安全隐患。
78.本发明实施例提供的一种基于物联网的工厂工业设备数据可视化管理系统至少具体如下功能：一是设备档案管理功能，即完整的保存设备档案所有记录，包括采购时间、维修情况、使用频率等；二是设备使用管理功能，包括设备的使用与归还、维修与保修等过程；三是设备采购和库存管理，以便有关工作人员在此数据上做到有效的监控并制定合理的采购计划；四是无线跟踪实时定位功能，使用地理信息技术可实时定位查询，监视器中产生的数据将通过无线功率传感器发送至控制中心；五是工作状态监视功能，所有设备的运行状态都将通过监视设备记录下来，管理人员将在第一时间得知设备异常；六是查询历史记录功能，这一功能的实现是基于科学统计上的，与设备有关的运行数据，比如维修率、故障原因、折旧率等都将综合性的归纳为图表；七是智能化盘点功能，由于无线功率传感器的作用，实现电子漫游巡检，管理系统可以在无人操作的情况下完成设备盘点。
79.本发明实施例提供的一种基于物联网的工厂工业设备数据可视化管理系统及方法通过对运行数据进行连续监测和智能分析，预测设备维护工作的最佳时间点，可以提供维护周期的参考依据，有效提升设备级产品在设计、生产、维护及维修等环节的工作效能。
80.应当理解，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。