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一、項目概況
1. 項目背景
為貫徹落實《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十三個五年規(guī)劃綱要》和《促進大數(shù)據(jù)發(fā)展行動綱要》，加快實施國家大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略，推動大數(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）》針對規(guī)劃結(jié)合起重機在工業(yè)、建筑業(yè)和港口運輸?shù)确矫嬗兄豢商娲淖饔茫鹬貦C的安全生產(chǎn)和正常運行的要求更加嚴(yán)格。起重機屬于特種設(shè)備，國家規(guī)范管理的重大危險源，納入特種設(shè)備安全管理法，是設(shè)備管理的重中之重。全國范圍內(nèi)每年起重機事故近500起，造成的直接經(jīng)濟損失數(shù)十億元。每年有數(shù)十萬臺起重機因管理不善，造成故障甚至報廢。在現(xiàn)行的管理模式下，缺乏確實有效的起重機管理工具，需要對起重設(shè)備進行“全生命周期管理”為此，由中國聯(lián)通，大連理工大學(xué)，大連久鵬電子聯(lián)合研制開發(fā)的起重機智慧管理系統(tǒng)讓起重機智慧起來。
2. 項目簡介
該起重機智慧管理系統(tǒng)應(yīng)用對象包括：橋式起重機、門式起重機、流動式起重機、塔式起重機、門座起重機、纜索起重機、桅桿起重機、架橋機、升船機、施工升降機，是嚴(yán)格依據(jù)GB/T 28264-2012《起重機械安全監(jiān)控管理系統(tǒng)》、TSG Q7015–2016《起重機械定期檢驗規(guī)則》、TSG Q7016-2016《起重機械安裝改造重大維修監(jiān)督檢驗規(guī)則》、GB12602-2009《起重機機械超載保護裝置安全技術(shù)規(guī)范》成功開發(fā)的起重機械智慧管理系統(tǒng)。獨創(chuàng)的物聯(lián)網(wǎng)、“云”計算的設(shè)計理念使該產(chǎn)品處于業(yè)內(nèi)絕對領(lǐng)先地位。其主要技術(shù)特點：平臺云端化、用戶多樣化、系統(tǒng)開放化、硬件數(shù)字化、攝像自動化、圖像同步化、保養(yǎng)便捷化。
3. 項目目標(biāo)
隨著系統(tǒng)的不斷升級最終將把起重機智慧管理系統(tǒng)打造成為一個集安全監(jiān)控、設(shè)備維護保養(yǎng)、備品備件、壽命評估、專家診斷為一體的全國性起重機綜合服務(wù)平臺。通過起重機全生命周期的管理，最終建立中國首個起重機行業(yè)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。

二、項目實施概況

目前，起重機行業(yè)存在設(shè)備檔案普遍缺失而且更新不及時，采購或租用的設(shè)備存在著品質(zhì)風(fēng)險，零配件供應(yīng)混亂，質(zhì)量參差不齊，設(shè)備維修、保養(yǎng)、檢測未有效落實，設(shè)備狀態(tài)及使用過程的信息不透明，健康狀況不能預(yù)知，存在安全隱患，缺乏數(shù)據(jù)支撐，無法有效管理決策等問題，只有有效利用移動互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等新的信息技術(shù)，才能對起重機進行全面監(jiān)管，避免事故。通過本項目的開發(fā)，可實現(xiàn)設(shè)備信息實時監(jiān)控，對行業(yè)不同用戶提供差異化的信息服務(wù)，從而使設(shè)備質(zhì)量和使用過程可控性提高70%，人員、財產(chǎn)安全性提高50%，管理效率提高20%。
1. 項目總體架構(gòu)和主要內(nèi)容
起重機智慧管理平臺搭建在聯(lián)通“沃云”上，采用了分布存儲、集中管理的系統(tǒng)架構(gòu)，實現(xiàn)多用戶差異化信息服務(wù)，滿足起重機監(jiān)管部門和使用單位對設(shè)備的監(jiān)管需要；并且平臺接口開放，可對接市場上不同品牌硬件產(chǎn)品，通過一鍵獲取現(xiàn)場存儲的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)、視頻、3D動畫同步回放，實現(xiàn)完全掌握設(shè)備運行狀態(tài)；根據(jù)平臺大數(shù)據(jù)，結(jié)合專家知識實現(xiàn)起重機壽命評估、故障診斷，消除安全隱患，為設(shè)備保駕護航。可向客戶提供電腦版和手機版兩種類型平臺，其架構(gòu)如圖1所示：

圖1 起重機智慧管理平臺總體架構(gòu)

2. 平臺主要功能
2.1整體統(tǒng)計功能
主要實現(xiàn)對指定企業(yè)或指定區(qū)域的特種設(shè)備運行狀態(tài)進行宏觀統(tǒng)計，便于掌握所有設(shè)備整體運行情況。

圖2 起重機智慧管理平臺整體統(tǒng)計功能

 
2.2公告管理功能
主要實現(xiàn)對公告信息、榮譽信息和曝光信息的發(fā)布、瀏覽和管理。

圖3起重機智慧管理平臺公告管理功能

 
2.3實時監(jiān)控功能
主要實現(xiàn)設(shè)備運行狀態(tài)的實時監(jiān)控，包括運行數(shù)據(jù)、報警數(shù)據(jù)、視頻圖像、安裝位置等信息，并通過3D仿真的形式對設(shè)備的運行狀態(tài)進行直觀展示。

圖4 起重機智慧管理平臺實時監(jiān)控功能

 
2.4歷史查詢功能
對歷史的違章數(shù)據(jù)、故障數(shù)據(jù)、報警數(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)進行查詢和同步回放。實現(xiàn)遠程一鍵調(diào)取現(xiàn)場100ms歷史數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行3D仿真，同時結(jié)合歷史視頻圖像，進行直觀的歷史狀態(tài)還原。

圖5 起重機智慧管理平臺歷史查詢功能

 
2.5數(shù)據(jù)分析功能
對工作等級、異常數(shù)據(jù)、傳感器故障等數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和分析，并結(jié)合行業(yè)專家，實現(xiàn)專家診斷。

圖6 起重機智慧管理平臺數(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，對不同類型企業(yè)、不同類型工作人員提供個性化功能。

圖7起重機智慧管理平臺企業(yè)管理功能

 
2.8移動終端管理
通過手機、平板等移動設(shè)備，在任何時間任何地點都可對系統(tǒng)的整體運行數(shù)據(jù)以及單臺塔機的運行情況進行全面監(jiān)控，使管理變得更加的簡單、便捷。

圖8 起重機智慧管理平臺移動終端界面

 
3. 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)架構(gòu)

圖9起重機智慧管理平臺網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)架構(gòu)

 
3.1基本特點
高可用性、高擴展性、高實時性、高安全性。
3.2彈性云計算
根據(jù)平臺不斷變化的服務(wù)架構(gòu)、業(yè)務(wù)體量和業(yè)務(wù)需求，快速提供動態(tài)、靈活、彈性、虛擬、共享和高效的計算資源服務(wù)。
4. 數(shù)據(jù)架構(gòu)和應(yīng)用

圖10起重機智慧管理平臺數(shù)據(jù)架構(gòu)和應(yīng)用

 
平臺數(shù)據(jù)分三層結(jié)構(gòu)實現(xiàn)：
1）數(shù)據(jù)存儲層
平臺采用雙數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)方案，高速數(shù)據(jù)庫主要用于高速的實時數(shù)據(jù)展示，存儲數(shù)據(jù)庫主要用于存儲大量設(shè)備運行數(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，同時向外輻射和擴展多個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)展示出來即可。展示層目前提供網(wǎng)頁端、安卓端、蘋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。
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)連接機制，對檢驗連接到通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備進行可信，以防止非法接入用戶。基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)安全可以實現(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
通過劃分云安全區(qū)域邊界，進行邊界訪問控制、包過濾及安全審計及完整性保護，可有效保障平臺服務(wù)的安全性。
4.3數(shù)據(jù)安全性
針對核心的數(shù)據(jù)安全性問題，我們提供異地災(zāi)備、數(shù)據(jù)服務(wù)冗余及數(shù)據(jù)訪問的安全審計等多種應(yīng)對方案，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
平臺與設(shè)備通過TCP的加密私有協(xié)議進行通訊，第一保證網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定、第二保證數(shù)據(jù)不會被監(jiān)聽而盜用。平臺內(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、校驗位等手段防止其他外圍的監(jiān)聽盜用。同時也保證了內(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：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、性價比更好。是新形勢下起重機應(yīng)用提高安全保障，預(yù)防重大安全事故，實現(xiàn)遠程管理的必備產(chǎn)品，亦是模擬式起重機安全監(jiān)理系統(tǒng)的更新替代產(chǎn)品，是當(dāng)前各主管部門提高監(jiān)管效率，降低監(jiān)管成本，提高監(jiān)管覆蓋率切實有效的監(jiān)管手段。
1、主要功能：
l   監(jiān)控項目：可對吊鉤高度、小車行程、環(huán)境風(fēng)速、實時吊重、大臂轉(zhuǎn)角、塔身傾斜 、力矩、視頻等數(shù)據(jù)進行監(jiān)控。
l   數(shù)據(jù)記錄：以100ms為間隔儲存3個月的數(shù)據(jù) ，滿足GBT28264標(biāo)準(zhǔn)。
l   數(shù)據(jù)顯示：通過主機上的顯示屏，實時顯示監(jiān)控的數(shù)據(jù)，以便司機隨時了解塔機的工作狀態(tài)
l   制動控制：當(dāng)塔機各項監(jiān)控數(shù)據(jù)達到預(yù)設(shè)值時，系統(tǒng)自動控制各路輸出，只允許塔機向安全方向運動。
l   遠程監(jiān)控：利用3G/4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和完善的遠程監(jiān)控管理平臺，實現(xiàn)遠程在線管理監(jiān)控。
l   傳感器自校準(zhǔn)：利用數(shù)字式傳感器的自校準(zhǔn)功能可實現(xiàn)塔機運行中的自校準(zhǔn)保證安全裝置運行可靠。
l   視頻監(jiān)控：實現(xiàn)對塔機吊鉤的實時監(jiān)控，本地保存7天以上歷史圖像。
 
2、技術(shù)特點：
1)   高精度：所有傳感器都為0.3級傳感器，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、避免傳輸過程中干擾。力矩綜合誤差在3%以內(nèi)。
3)   高實時性：采樣速度100ms，數(shù)據(jù)保存速度100ms。數(shù)據(jù)保存時間3個月以上。
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，實時性強、擴展性強、可傳輸視頻。
5)   視頻集成：視頻可自動追蹤吊鉤，視頻保存時間120小時以上。
6)   自校準(zhǔn)：系統(tǒng)可自校準(zhǔn)，避免運行過程中產(chǎn)生累積誤差。
 
以上特點保證了系統(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)具有極大的擴展性，為行業(yè)發(fā)展預(yù)留升級空間。
 

三、下一步實施計劃
打通整個起重設(shè)備數(shù)據(jù)服務(wù)，全面實現(xiàn)起重機“智慧管理”

四、項目創(chuàng)新點和實施效果

1. 項目先進性及創(chuàng)新點
GB/T 28264-2012《起重機械安全監(jiān)控管理系統(tǒng)》中明確提出了數(shù)據(jù)的采集和存儲的時間周期為100ms,目前市場上沒有能夠滿足這個要求的產(chǎn)品，為了達到產(chǎn)品能夠全面滿足國家的標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過半年堅持不懈的努力成功開發(fā)TC核心板。
1.2采集模塊
采集模塊采用并行方式同時讀取多個傳感器數(shù)據(jù)，可以完美對接市場上絕大部分的傳感器。通過數(shù)據(jù)總線與MCU進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 每個周期左為讀取命令，右為響應(yīng)數(shù)據(jù)）

1.3儲存模塊
數(shù)據(jù)儲存方面，采用了獨家的數(shù)據(jù)儲存算法，并已申請專利。該算法通過對數(shù)據(jù)儲存方式，尋址方式的優(yōu)化，實現(xiàn)了對儲存器的高度讀寫，以滿足高效的數(shù)據(jù)儲存及所需數(shù)據(jù)的快速讀取。儲存器的容量支持?jǐn)U展，通過對儲存器容量的擴展，可以最多支持長達360自然日的數(shù)據(jù)儲存。
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，均可以實現(xiàn)對實時數(shù)據(jù)，報警數(shù)據(jù)及設(shè)備運行狀態(tài)的監(jiān)視。與數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)交互通過以太網(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)實時性的要求。
1.5 GPS模塊
本產(chǎn)品配備GPS模塊，一般條件下，均可實現(xiàn)快速的設(shè)備定位。并可以提供衛(wèi)星授時功能，確保本產(chǎn)品與國際標(biāo)準(zhǔn)時間的同步。
2. 實施效果
經(jīng)過18個月的規(guī)劃開發(fā)，硬件產(chǎn)品順利通過遼寧安科院檢驗，起重機智慧管理云平臺及硬件產(chǎn)品多次和國家質(zhì)檢總局特種設(shè)備處、北京起重運輸機械設(shè)計研究院、中國建筑科學(xué)研究院、浙江省特種設(shè)備檢驗研究院等國家管理部門及科研院所進行技術(shù)交流，得到了各位領(lǐng)導(dǎo)和專家的高度認(rèn)可，并獲得中國通信工業(yè)協(xié)會“2017中國物聯(lián)網(wǎng)優(yōu)秀解決方案獎”。經(jīng)過近半年推廣，目前已經(jīng)有遼寧、江蘇、河南、湖南四省的八個城市的500臺起重機設(shè)備已接入我公司的起重機智慧管理系統(tǒng)平臺，常州市安監(jiān)站已把該平臺作為本地建筑塔機安全監(jiān)控管理的總平臺，現(xiàn)場安全管理人員對手機APP中的報警管理和違章管理等功能給與了高度好評。