工业互联网智能高端装备预测性维护

上海电气集团股份有限公司

一、建设背景

结合上海电气集团多行业的业务特性，基于人工智能技术打造集团统一的星云智汇工业互联网平台，赋能高端装备产业发展。在平台建设过程中充分考虑通用性和专业性， 构建多行业兼容、跨行业应用的工业互联网平台，为集团内火电、燃机、风电、机床、电机、轨交、环保、分布式能源、康复医疗等产业提供服务。

二、建设内容

（一）平台总体架构

上海电气星云智汇工业互联网平台主要分为接入层、平台层、应用层 3 层架构体系， 具体如下图所示：

 上海电气工业互联网平台总体架构图

1、接入层

通过大范围、深层次的数据采集，以及异构数据的协议转换与边缘处理，构建工业互联网平台的数据基础。一是通过各类通信手段接入不同设备、系统和产品，采集生产现场所产生的海量数据；二是依托协议转换技术实现多源异构数据的归一化和边缘集成； 三是利用边缘计算设备实现底层数据的汇聚处理，并实现数据向云端平台的集成。

2、平台层

基于虚拟化、分布式存储、并行计算、负载调度等技术，实现网络、计算、存储等计算机资源的池化管理，根据需求进行弹性分配。基于通用 PaaS 叠加大数据处理、工业数据分析、工业微服务等创新功能，构建可扩展的开放式云操作系统。一是提供工业数据管理能力，帮助制造企业构建工业数据分析能力，实现数据价值挖掘；二是把技术、知识、经验等资源固化为可移植、可复用的工业微服务组件库，供开发者调用； 三是构建应用开发环境，借助微服务组件和工业应用开发工具，帮助用户快速构建定制化的工业 APP。

3、应用层

形成满足不同行业、不同场景的工业 SaaS 和工业 APP，形成工业互联网平台的最终价值。提供生产过程管理及增值服务等一系列创新性业务应用，构建良好的工业 APP 开发环境，使开发者基于平台数据及微服务功能实现应用创新。

（二）人工智能平台建设

上海电气星云智汇工业互联网平台将大数据及人工智能相结合，打造工业化人工智能平台。AI 平台根据不同用户群体，提供自动化、半自动化、开发 IDE 等环境。其中AutoML 自动建模可帮助用户轻松实现 AI 算法模型搭建，降低人工智能入门难度。“ 拖拉拽 ” 式半自动化建模使技术人员专业分析流程更为简洁。IDE 开发环境则为专业数据分析人员提供自编译程序平台。

AI 平台提供算法模型训练、模型统计管理、应用发布、知识图谱等服务。AI 算法模块提供通用工业算法工具包，如时频域变化、数据转换、统计分析、特征分析、机器学习、深度学习、决策分析等。支持常用主流框架，如 sklearn、Keras、Tensorflow、Caffe、Pytorch 等。图片数据标注工具更能帮助用户生成自动化配置文件，实现海量数据标签，可应用于引导定位、外观检测、图像识别、高精度检测等典型工业领域。模块统计管理负责对已建模型进行精度及性能分析；应用发布模块将算法模型进行 Docker 部署并将其运行在工业互联网平台。知识图谱则将企业的行业知识进行收集整理，将设计信息 - 部件信息 - 故障信息进行关联，以帮助业务人员快速定位和排除故障。此外， 上海电气还将企业自身训练成熟的行业算法模型部署于平台上，形成异常检测、寿命预测、健康管理等一系列创新 AI 应用场景，切实打造工业 AI 算法平台。

（三）行业应用案例

1. 基于人工智能的电机应用

基于人工智能的电机应用案例

在电机状态监控及故障诊断应用中，进行电机状态监控（包括电流、电压、频率、振动、噪音、温度等），以及电机启停时间、故障报警、运行时间、电机利用率等监控。基于状态监测数据，提供详细的故障发生瞬间的机组信息，再现故障场景，为发电机维修提供科学的依据；基于大数据和 AI 进行预测性维护提示，提前部署检修任务，减少非正常停机；建立基于 AI 技术的知识图谱，为维修人员提供极大的便利。

2. 基于人工智能的火电行业应用

针对火电设备特殊性，开发了 Ellumix 智能化运维系统，基于大数据分析和 AI 的设备状态预警和性能监测，管理设备运行状态和健康状态；基于专家系统和专业诊断模块，自动实现设备故障诊断，有效减少机组非计划停机；基于深度学习的智能控制，实现设备控制优化，提高设备稳定性和运行效率；基于大数据分析的设备健康管理，实现设备全生命周期管理。

基于人工智能的火电应用案例

3. 基于人工智能的风电应用案例

基于人工智能的风电应用案例

物理引擎对接风机实时数据，实现风场数字化运维，降低运维成本；基于发电指标预测的大数据分析，对风机可能发生的故障进行预测分析，实现预测性维护；利用监测数据的统计分析，对风机进行可靠性分析，为机型设计优化提供参考；利用 AI 和机器视觉技术，将中尺度历史大数据分析、微观选址等技术的完美融合，实现虚拟测风塔创建、区域风资源评估、保护区自动识别等规划功能，实现风场智能选址。