智能服务 预测性维护 分布式系统架构 征求意见稿

1GB/TXXXXX—XXXX智能服务预测性维护分布式系统架构本文件规定了预测性维护分布式系统架构的基本组成、基本要求、数据获取与存储、数据分析与挖掘、系统集成与应用、系统管理与数据安全等。本文件适用于预测性维护分布式系统的设计、开发、运行和维护。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T40571-2021智能服务预测性维护通用要求3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1状态监测conditionmonitoring检测与收集反映机器状态的信息和数据。[来源：GB/T20921-2007，2.5]3.2故障诊断faultdiagnosis为确定故障或失效的性质(种类、状况、程度),而检验症状和症候群。［来源：GB/T20921-2007,2.6］3.3寿命预测lifeprediction对故障的症状进行分析，以预估剩余使用寿命。[来源：GB/T20921-2007，2.16，有修改]GB/TXXXXX—XXXX23.4预测性维护predictivemaintenance根据观测到的状况而决定的连续或间断进行的维护，以监测、诊断或预测构筑物、系统或部件的状态指标。[来源：GB/T40571-2021，3.5，有修改]3.5分布式系统distributedsystem以应用计算机、网络和通信技术为基础,对一个及以上分布式运维模块进行集中实时监视与控制的系统。[来源：GB/T42316-2023，3.1，有修改]3.6元数据metadata定义和描述其他数据的数据。注：其他数据包括数据采集系统从设备上获取的未经处理的监测数据[来源:GB/T18391.1-2009,3.2.16]3.7云端传统数据中心[来源：GB/T44271-2024，3.1，有修改]3.8边缘端靠近事物、数据源头的网络边缘侧[来源：GB/T44271-2024，3.2，有修改]4总则4.1基本组成预测性维护分布式系统架构面向地域分散、相互协作的群组化设备，提供云端和边缘端协同的状态监测、故障诊断、寿命预测、维护决策等智能维护服务。GB/TXXXXX—XXXX3预测性维护分布式系统架构由分布式数据获取与存储层、分布式数据分析与挖掘层、功能云边集成与应用层组成。通过云端和边缘端相互协作，全方位调度运算与加密数据传输资源，实现群组化设备的预测性维护。预测性维护分布式系统架构如图1。图1预测性维护分布式系统架构GB/TXXXXX—XXXX44.2基本要求分布式系统架构面向群组化设备提供预测性维护服务，满足分布性、对等性、自治性和并发性的基本要求：a）分布性。在不同设备的边缘端服务器以及设备群组的云端服务器同时部署；b）对等性。各个边缘端服务器之间无主从关系，且与云端服务器的问答请求对等；c）自治性。各个边缘端服务器具有独立的数据分析能力，能够利用共享的通信线路传递模型参数、中介数据、特征分布等加密数据；d）并发性。云端服务器能够同时响应多个边缘端服务器的问答请求。5分布式数据获取与存储层5.1分布式数据获取分布式数据获取通过多源传感器、数据采集系统建立设备群组的监测数据及其数据管理系统之间的通道，是分布式系统架构的基础。分布式数据获取采用的装置或系统宜包括：a）传感系统：振动、温度、压力、流量等多源传感器及仪器仪表；b）调理系统：高精度多通道数据采集卡或PLC系统等；c）软件模块：数据采集配置与执行软件。采样周期等参数进行配置，实现设备个体多源数5.2分布式数据存储分布式数据存储通过云端服务器与边缘端服务器相互应答，完成设备群组多源数据存储，并能够根据用户需求，执行增、删、改、查等操作功能。实现分布式数据存储功能的数据库宜包括：a）边缘端监测数据库：按照设备个体的子系统构成、传感器测点及类型信息，存储多源异构的监测数据，要求设置多级主键，便于数据索引与修改；b）云端元数据库：记录设备群组运维过程中产生的静态元数据以及动态元数据，其中，静态元数据包括设备群组个体的型号、关键部件尺寸等主要技术参数；动态元数据包括设备群组节点信息、模型参数、特征指标等动态元数据，云端元数据存储和管理应符合GB/T31916.1-2015的要求；c）云边协同的数据库管理系统：要求边缘端数据库在完成一次数据存储的同时，向云端发送响应信息，并按照群组节点信息，录入模型参数、特征指标等动态元数据。6分布式数据分析与挖掘层6.1边缘端分布式计算引擎边缘端服务器使用多台计算机协同工作，通过大规模计算资源的调度，完成设备群组个体的海量数据分析与计算。边缘端分布式计算宜满足如下要求：a）中心节点能够将数据分析任务分割为若干个子任务，并分配给多台计算机处理；b）边缘端用户能够根据工作负载的变化，在分布式计算引擎中可添加新节点，扩展计算能力，并根据运算需求的变化，选择不同节点处理不同任务；GB/TXXXXX—XXXX5c）分布式计算引擎的设计宜具有容错性，不会因为某一计算节点出现故障而导致整个运算崩溃；d）分布式计算引擎中各个计算机节点之间可共享边缘端数据，计算引擎能够自动管理不同计算机的数据格式，实现数据一致性。6.2云边协同的预测性维护模型6.2.1概述云边协同的预测性维护模型包括：云边协同的状态监测、云边协同的故障诊断、云边协同的寿命预测、云边协同的运维决策，共同完成设备群组的智能维护。其中，状态监测是云边协同的预测性维护模型的基础，实现设备群组故障节点的自动判断和状态识别；故障诊断是云边协同的预测性维护模型的核心，智能识别故障节点的故障位置、故障类型、故障程度；寿命预测模块是云边协同的预测性维护模型的关键，在诊断出设备群发生故障之后，预测设备群个体的剩余使用寿命；运维决策是云边协同的预测性维护模型的目标，根据设备群的诊断与预测结果，制定合理的维修以及备件仓储管理策略。6.2.2云边协同的状态监测云边协同的状态监测宜满足以下功能：a）边缘端可支持噪点、失真、缺失等异常数据剔除与修复；b）边缘端可支持多源高质量监测数据的分布式存储管理；c）边缘端可支持高质量监测数据的多域健康指标构建与融合；d）边缘端可支持设备群组个体的健康状态多级预警/报警；e）云端可支持设备群组异常数据的特征融合；f）云端可支持设备群组的阈值初始化；g）云端与边缘端之间可支持阈值的交互更新与个体适配。6.2.3云边协同的故障诊断云边协同的故障诊断宜满足以下功能：a）边缘端可支持个体监测数据的时域、频域、时频域分析；b）边缘端可支持故障特征评估及筛选；c）边缘端可支持基于故障特征的智能诊断模型构建与故障识别；d）云端可支持智能诊断模型参数、故障特征等加密元数据融合；e）云端可支持加密元数据的自动管理；f）云端与边缘端之间可支持智能诊断模型的协同训练与参数更新。6.2.4云边协同的寿命预测云边协同的寿命预测宜满足以下功能：a）边缘端可支持设备个体的退化预测模型构建；b）边缘端可支持变工况下的退化指标变换与剩余寿命预测；c）边缘端可支持预测模型保存与调用；d）云端可支持多设备退化预测模型的最优化参数估计；e）云端可支持多设备预测模型参数融合；f）云端与边缘端之间可支持寿命预测模型的协同训练与参数更新。6.2.5云边协同的运维决策GB/TXXXXX—XXXX6云边协同的运维决策宜满足以下功能：a）边缘端可支持设备群个体的维护策略制定；b）云端可支持设备群维护策略的联合制定；c）云端与边缘端之间可支持多目标优化与参数协同更新。7分布式系统集成与应用层7.1分布式系统集成分布式系统集成要求建立的分布式系统架构能够面向设备群完成预测性维护的执行功能，并基于云端服务器与边缘端服务器分别部署功能模块集成系统，系统集成功能宜包括：a）边缘端服务器集成设备群个体的监测数据库创建与管理功能，支持边缘端多源数据的存储、索引、修改，完成分布式监测数据的获取与存储；b）边缘端服务器集成设备群个体的状态监测、故障诊断、寿命预测、运维决策等功能模块，支持边缘端的数据采集、数据存储、数据分析，面向设备群提供预测性维护的执行功能；c）云端服务器集成元数据库创建与管理功能，支持边缘端服务器上传元数据的存储与索引；d）云端服务器集成元数据分析与融合功能，支持边缘端模型参数、特征分布等加密元数据的自适应融合；e）边缘端与云端服务器之间拥有元数据的传输通道，支持问答响应及加密元数据传输。7.2分布式系统应用分布式系统面向设备群维护工程师及系统管理工程师提供应用接口，实现用户与模块的交互。分布式系统应用宜包括：a）边缘端服务器搭载的系统宜具有数据采集、模型训练、状态监测、故障诊断、寿命预测、结果呈现、报表生成等应用接口；b）云端服务器搭载的系统宜具有预测性维护模型协同训练、设备群组维护结果呈现、报表生成等应用接口；c）分布式系统宜具有设备群组节点的管理应用接口，可根据设备群个体数量的变化，自适应调整系统覆盖范围；d）系统应针对用户需求提供系统的结果可视化，宜包括：——云端系统界面直观地呈现设备群组的数量、节点位置、服役状态、健康状态、运维建议等信息，并能够根据监测、诊断与预测结果统计设备群组健康状态的变化规律或趋势；——边缘端系统界面直观地呈现所接入的设备群个体的关键部件/子系统的运行状态、故障位置、故障类型、故障程度、剩余寿命等信息。e）系统应根据设备群组的健康状态，生成可供维护工程师参考的维护报表，宜包括：——设备群组的个体数量、节点位置等基本信息；——设备群组的健康状态综合分析；——故障节点的位置等基本信息、发生故障的时间、故障模式及剩余寿命等；——建议的维护时间、维护策略及备件调用策略制定。8系统管理与数据安全8.1系统账户与权限管理7分布式系统面向不同用户设置账户，并设置功能权限，宜包括：a）系统管理员：支持访问边缘端以及云端系统的全功能；b）设备维护工程师：支