刘辉 张全金
中电科仪器仪表有限公司信息化部 山东省青岛市 266555
摘 要： 计量检测是保障工业生产正常进行的基石之一。结合当前智能制造、数字化转型、云计算技术的快速发展，为对计量检测设备进行有效管理，提出了基于云计算的计量检测设备综合管理平台方案，分析了平台的基本架构、关键技术和应用模式，开发了相关的软件系统，并对其应用场景和效果进行了分析。
关键词： 云计算；计量检测；数字化转型；资产效能管理；
引言
计量检测是国民经济的一项重要技术基础，对产品的性能、寿命、质量，以及成本方面都起着至关重要的作用。计量检测设备包括测试与测量仪器、环境试验设备、检测设备等，是典型的贵重设备，其有效管理成为实现企业业务目标和管理创新的重要因素。对于集团型企业而言，计量检测设备普遍存在忙闲不匀、重复投资、利用率不高等问题，急需进行综合管理，对设备使用率、设备状态、试验活动等进行数据采集，获取真实信息，切实提高业务水平和设备使用率。随着云计算技术的普及，基于云计算构建计量检测设备管理平台，具备独特的优势。
1基于云计算的计量检测设备综合管理平台架构
计量检测设备综合管理平台的基本要求包括开放性、可扩展性、对多种计量检测设备的兼容性等。云计算具备动态可扩展、灵活性高、可靠性高、按需部署等优势，非常适于构建大型信息系统。基于云计算的计量检测设备综合管理平台具有完整的云计算架构，面向不同应用场景，为用户提供包含IaaS、PaaS、SaaS等多个层面的云服务。以计算与存储资源的弹性管理技术为基础实现IaaS；基于微服务架构和软件容器技术，以服务注册与发现、消息与接口管理、数据处理、数据存储等为抓手构建PaaS；以计量检测业务协同、计量检测资产管理、数据管理与应用等服务构建SaaS。
平台基于开放式架构，严格遵循模块化、组件化与标准化的设计原则，以求实现核心框架的稳定可靠、功能服务的柔性可扩展以及交互接口的松耦合。平台采用通用的云计算架构作为云基础设施，搭建面向多维用户的资源汇聚、资源共享、能力互补与运营管控的云服务通用基础框架。整个平台架构自底而上由边缘层、平台层与应用层组成，如图1所示。各个层的功能分配设计如下：
边缘层主要实现对设备、环境等边缘要素的数据采集、数据缓存、数据上传处理，满足综合管理平台在设备连接、实时控制、调度优化、安全保护等方面的关键需求。
平台层包括IaaS子层和PaaS子层。IaaS子层基于通用的云计算架构实现按需调配、即需即用、弹性扩展的云主机服务，具备高可靠、高扩展性、高性能的存储服务，并提供高防护、高安全、可定制的安全服务等。PaaS子层基于关系数据库、NoSQL和文件系统，实现用户、仪器资源、设备资源、业务流程等各类基础数据的分类存储、管理与融合处理，通过应用中间件、消息队列、算法库、企业服务总线等将企业现有各种业务能力进行整合。
应用层面向一线用户，提供设备效能管理、检测数据管理、试验业务协同、数据报表等应用服务。
图 1 平台技术架构示意图
通过平台进行硬件资源、数据资源的互联、实现计量、检测、试验设备资源共享，整合分散于不同地点的设备资源，实现对分散设备资源的统一管理。推进智能实验室的建设工作，实现计量检测设备的数字化、网络化和信息化，实现计量检测数据和计量检测报告的数据存储，优化计量检测流程，提高劳动效率。通过平台进行多成员单位资源状态的采集、挖掘与分析，掌握设备的运行状态和利用率，从而实现相关计量检测业务的调度和协同，提高设备利用率，实现复杂检测业务的调度和协同。
2 平台关键技术
2.1智慧试验技术
通过对仪器设备状态和业务数据的采集、统计、挖掘、分析，充分整合现有设备资源，实现计量检测任务的智能排班和业务协同，实现从任务发起、接收与分解、任务排班、任务执行、任务监控、报告生成的全过程智能管理，提升计量检测业务的工作效率。同时还要提供灵活的可视化流程定义工具，方便根据不同业务需要，定制相应的审批流程。并提供多样化的技术手段，实现各级领导对计量检测任务进展的实时把握和多维度汇总统计展示。
2.2面向检测与测试设备的开放体系架构技术
综合集成平台包括三大逻辑组件群，分别是数据采集现场组件、平台组件、应用层组件。同时平台要具备网络安全防护能力。为保证平台的适应性，应基于开放式系统进行系统架构的搭建，遵循“模块化、组件化与标准化”原则进行关键要素的设计开发，需要从计量、检验、测试能力的智慧互联出发，建立面向计量检测的物联网开放体系架构；通过基于XML的设备建模解决物体描述问题；通过P2P、边缘测试平台、智能网关解决测试设备互联问题；通过物体解析、能力注册、物体发现、数据订阅等机制实现物体发现能力；通过多层次的安全手段保证系统安全可靠。
2.3设备物联与数据采集技术
设备物联包括两个层面的工作，一是设备已提供总线接口，这种情况可根据具体协议选择合适的物联网网关将设备接入平台。二是没有总线接口的老旧设备，需要进行改造，增加通讯模块和网络模块，使设备具备通讯能力，从而可以使设备具备数据采集和远程控制功能。
3 应用场景与应用效果
平台能加快计量检测设备互联进程，实现设备上线和开放共享，实现设备状态查询、实时监控、故障诊断以及数据分析等功能，并通过统一的数据标准和规范，在平台上实现业务协同，提高计量检测设备使用效率，可为建立开放的计量检测产业链生态路径和机制奠定技术基础。具体应用场景包括实验室信息管理系统、试验数据管理系统、仪器资产管理系统等。
平台可提供简单实用的实验室信息管理服务。包括待测件管理、产品检验、仪器仪表管理，设备的使用、维修、校准、计量等管理，实现检验记录、检验报告录入、审批、溯源和打印等功能。
平台可实现计量检测资源的连接整合，通过物联技术实现实时数据采集、设备远程测控，并通过大数据分析，实现智能任务编排和计量检测业务协同，提高服务管理效率，实现服务的智能化管理。
平台通过整合仪器设备使用的规章制度和管理流程，紧密围绕设备状态的监测、维修、使用和现场环境等信息，运用智能传感技术对涉及设备健康的因素进行全面采集和管控，运用智能技术对数据进行筛选、分析及优化，通过信息可视化、预测性算法来提高设备的可靠性和产能效率，减少设备停机造成的生产延误。
4 结束语
通过云计算与物联网技术，进行计量、检测、试验、测试等资源软整合，可为计量检测行业提供多层次全方位的工业互联网应用解决方案，助推构建计量检测服务生态圈。但也面临着网络互联互通、数据隐私保护、异构设备的物联问题等若干难题，这些都需要在未来的工作中进行深入研究。