基于工业互联网平台的工业机器人故障检测方案规划

一、测试背景

北京航天智造科技发展有限公司（以下简称公司），隶属于中国航天科工集团公司，是航天云网科技发展有限责任公司的总体部与技术研究院，是航天科工集团公司云制造技术研发中心，公司秉承“信息互通、资源共享、能力协同、开放合作、互利共赢”的核心理念，积极响应“中国制造2025”和“互联网+行动计划”国家战略规划，致力于打造属于中国的工业互联网平台——航天云网（INDICS平台），积极推进基于“互联网+先进制造业”的云制造业务模式。

二、测试床项目概述

基于工业互联网平台和新一代无线技术的工业机器人故障检测测试床是由天智公司、华为公司和华数公司共同打造的基于新一代无线技术低功耗广域通信技术和大数据等互联网技术的综合解决方案。测试床的建设地点位于北京市和广东省佛山市。在北京市建设测试床中的工业互联网平台及大数据部分，在广东省佛山市建设测试床中的工业机器人设备接入部分。

该测试床满足基于工业互联网平台的工业机器人智能故障诊断的需求，帮助工业机器人公司完成企业的转型升级，共同推进新型机器人智能化管控建设，推进故障预测的规模化和常态化，共同打造智能机器人智能服务的示范样板和行业标杆，并有广泛适用性，未来可在行业中推广应用。

三、测试床项目解决方案

3.1解决方案架构

本测试床通过INDICS工业互联网平台和Carbondata技术获取汇总机器人的实时任务信息和状态信息，形成智能机器人的数据知识库，通过数据挖掘技术，选择合适的预测模型对工业机器人的健康状况进行预测，并给出最佳维护、检修工作方案；对机器人产线可能出现的复杂故障，利用机器人工业互联网平台提供的工业机器人交互式故障诊断，为用户提供交互式的故障诊断定位方式，大大提升故障定位并解决的效率，降低因机器人故障带来的生产损失。应用架构如下图所示：

图1 测试床应用架构

主要包括三个部分：

平台层：测试床依托INDICS工业互联网平台进行数据接入、存储、管理与分析，利用大数据架构及CarbonData进行机器人故障检测建模。运用数据挖掘与分析技术对数据进行处理，应用面向分析的数据存储和快速检索技术，实现工业机器人的实时状态监控和故障检测。

互联网层：由包括NB-IoT、WIA等在内的新一代工业无线通信网络、传统以太网络及IOT智能网关组成，完成收集设备层信息并向平台层传输数据的功能。

设备层：包括华数机器人及其数据采集模块

1. 支持无线通信接入的智能终端

测试床的硬件组成包括智能工业机器人等终端硬件、以及无线通信网络硬件，以及无线通信平台服务器硬件，应用服务器硬件。

图 2测试床硬件组成

2. 机器人智能服务数据处理流程

图3基于工业互联网平台和新一代工业无线技术的工业机器人故障检测

测试床数据处理流程：获取的工业机器人电流、位置、故障信息、工作计划、工作状态、维护输入、工作环境温度、湿度等数据，经由基于无线通信技术的智能硬件上传至INDICS数据采集网关，接入大数据平台，根据不同的计算需求将数据经由规则引擎分发至不同的数据流，包含实时数据分析流和离线数据分析流。

实时数据分析过程：所有数据实时发送至实时数据存储，实现机器人实时状态监测；机器人故障信息数据由实时计算引擎利用工业机器人故障算法模型计算后发送至实时数据存储，实现机器人故障报警功能。

离线数据分析过程：电流数据、位置数据、机器人工作计划数据进入离线数据分析过程，经过数据清洗，进入CarbonData储存，进行过滤查询、组合查询实现机器人OEE分析；电流数据、位置数据、工作环境温度、湿度数据，采用数据挖掘手段建立工业机器人设备故障预测模型，通过数据样本不断训练模型，提高模型对机器人故障预测的精度，实现机器人故障预测。

3.2 测试床预期效果

1.经济效益

基于工业互联网平台和新一代无线技术的工业机器人故障检测测试床可以实现对工业机器人故障的智能化监测和预测，结合工业任务分配和维修，可大幅度优化工业的管控流程，提高工作效率和降低故障率。无线网络、INDICS工业互联网平台和大数据技术可以帮助企业构建互联网业务通道，拓宽信息来源，能够有效减少工业机器人维护时间，提高可用性，能为企业带来可观的经济效益。

2.商业价值

基于工业互联网平台和新一代无线技术的工业机器人故障检测测试床提供动态易扩展的资源、能力集成接入，可满足机器人生产制造商的数字化表征需求，使机器人工业设备可通过安全可靠的通信方式接入工业互联网平台，并实现工业机器人制造加工数据以及制造能力状态信息准确获取。进而建立一套覆盖全面、技术先进的无线设备管理工业互联网平台，为企业提供智能化、可视化的管理应用平台，为企业管理和商业决策提供有效的信息技术支撑和服务。

3.社会价值

工业互联网和工业互联网大数据技术等技术的融合应用已经成为全球主要国家工业互联网时代共同关注的重点，建设推广基于工业互联网平台和新一代工业无线技术的工业机器人故障检测测试床，满足机器人智能管控要求，联合工业机器人公司推进机器人故障预测的规模化和常态化，共同打造智能机器人故障监测的示范样板和行业标杆，并有广泛适用性，未来可在行业中推广应用。

四、测试床当前情况

4.1测试床当前建设情况

现已完成基于工业互联网平台和新一代工业无线技术的工业机器人故障检测测试床建设方案规划与设计，形成本测试床技术框架。正在开展工业机器人车间场地建设、智能设备接入、无线通信网络建设、硬件资源建设工作。