1GB/TXXXXX—XXXX智能服務(wù)預(yù)測性維護分布式系統(tǒng)架構(gòu)本文件規(guī)定了預(yù)測性維護分布式系統(tǒng)架構(gòu)的基本組成、基本要求、數(shù)據(jù)獲取與存儲、數(shù)據(jù)分析與挖掘、系統(tǒng)集成與應(yīng)用、系統(tǒng)管理與數(shù)據(jù)安全等。本文件適用于預(yù)測性維護分布式系統(tǒng)的設(shè)計、開發(fā)、運行和維護。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T40571-2021智能服務(wù)預(yù)測性維護通用要求3術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1狀態(tài)監(jiān)測conditionmonitoring檢測與收集反映機器狀態(tài)的信息和數(shù)據(jù)。[來源：GB/T20921-2007，2.5]3.2故障診斷faultdiagnosis為確定故障或失效的性質(zhì)(種類、狀況、程度),而檢驗癥狀和癥候群。［來源：GB/T20921-2007,2.6］3.3壽命預(yù)測lifeprediction對故障的癥狀進行分析，以預(yù)估剩余使用壽命。[來源：GB/T20921-2007，2.16，有修改]GB/TXXXXX—XXXX23.4預(yù)測性維護predictivemaintenance根據(jù)觀測到的狀況而決定的連續(xù)或間斷進行的維護，以監(jiān)測、診斷或預(yù)測構(gòu)筑物、系統(tǒng)或部件的狀態(tài)指標。[來源：GB/T40571-2021，3.5，有修改]3.5分布式系統(tǒng)distributedsystem以應(yīng)用計算機、網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)為基礎(chǔ),對一個及以上分布式運維模塊進行集中實時監(jiān)視與控制的系統(tǒng)。[來源：GB/T42316-2023，3.1，有修改]3.6元數(shù)據(jù)metadata定義和描述其他數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)。注：其他數(shù)據(jù)包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)從設(shè)備上獲取的未經(jīng)處理的監(jiān)測數(shù)據(jù)[來源:GB/T18391.1-2009,3.2.16]3.7云端傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心[來源：GB/T44271-2024，3.1，有修改]3.8邊緣端靠近事物、數(shù)據(jù)源頭的網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)[來源：GB/T44271-2024，3.2，有修改]4總則4.1基本組成預(yù)測性維護分布式系統(tǒng)架構(gòu)面向地域分散、相互協(xié)作的群組化設(shè)備，提供云端和邊緣端協(xié)同的狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷、壽命預(yù)測、維護決策等智能維護服務(wù)。GB/TXXXXX—XXXX3預(yù)測性維護分布式系統(tǒng)架構(gòu)由分布式數(shù)據(jù)獲取與存儲層、分布式數(shù)據(jù)分析與挖掘?qū)?、功能云邊集成與應(yīng)用層組成。通過云端和邊緣端相互協(xié)作，全方位調(diào)度運算與加密數(shù)據(jù)傳輸資源，實現(xiàn)群組化設(shè)備的預(yù)測性維護。預(yù)測性維護分布式系統(tǒng)架構(gòu)如圖1。圖1預(yù)測性維護分布式系統(tǒng)架構(gòu)GB/TXXXXX—XXXX44.2基本要求分布式系統(tǒng)架構(gòu)面向群組化設(shè)備提供預(yù)測性維護服務(wù)，滿足分布性、對等性、自治性和并發(fā)性的基本要求：a）分布性。在不同設(shè)備的邊緣端服務(wù)器以及設(shè)備群組的云端服務(wù)器同時部署；b）對等性。各個邊緣端服務(wù)器之間無主從關(guān)系，且與云端服務(wù)器的問答請求對等；c）自治性。各個邊緣端服務(wù)器具有獨立的數(shù)據(jù)分析能力，能夠利用共享的通信線路傳遞模型參數(shù)、中介數(shù)據(jù)、特征分布等加密數(shù)據(jù)；d）并發(fā)性。云端服務(wù)器能夠同時響應(yīng)多個邊緣端服務(wù)器的問答請求。5分布式數(shù)據(jù)獲取與存儲層5.1分布式數(shù)據(jù)獲取分布式數(shù)據(jù)獲取通過多源傳感器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)建立設(shè)備群組的監(jiān)測數(shù)據(jù)及其數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)之間的通道，是分布式系統(tǒng)架構(gòu)的基礎(chǔ)。分布式數(shù)據(jù)獲取采用的裝置或系統(tǒng)宜包括：a）傳感系統(tǒng)：振動、溫度、壓力、流量等多源傳感器及儀器儀表；b）調(diào)理系統(tǒng)：高精度多通道數(shù)據(jù)采集卡或PLC系統(tǒng)等；c）軟件模塊：數(shù)據(jù)采集配置與執(zhí)行軟件。采樣周期等參數(shù)進行配置，實現(xiàn)設(shè)備個體多源數(shù)5.2分布式數(shù)據(jù)存儲分布式數(shù)據(jù)存儲通過云端服務(wù)器與邊緣端服務(wù)器相互應(yīng)答，完成設(shè)備群組多源數(shù)據(jù)存儲，并能夠根據(jù)用戶需求，執(zhí)行增、刪、改、查等操作功能。實現(xiàn)分布式數(shù)據(jù)存儲功能的數(shù)據(jù)庫宜包括：a）邊緣端監(jiān)測數(shù)據(jù)庫：按照設(shè)備個體的子系統(tǒng)構(gòu)成、傳感器測點及類型信息，存儲多源異構(gòu)的監(jiān)測數(shù)據(jù)，要求設(shè)置多級主鍵，便于數(shù)據(jù)索引與修改；b）云端元數(shù)據(jù)庫：記錄設(shè)備群組運維過程中產(chǎn)生的靜態(tài)元數(shù)據(jù)以及動態(tài)元數(shù)據(jù)，其中，靜態(tài)元數(shù)據(jù)包括設(shè)備群組個體的型號、關(guān)鍵部件尺寸等主要技術(shù)參數(shù)；動態(tài)元數(shù)據(jù)包括設(shè)備群組節(jié)點信息、模型參數(shù)、特征指標等動態(tài)元數(shù)據(jù)，云端元數(shù)據(jù)存儲和管理應(yīng)符合GB/T31916.1-2015的要求；c）云邊協(xié)同的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)：要求邊緣端數(shù)據(jù)庫在完成一次數(shù)據(jù)存儲的同時，向云端發(fā)送響應(yīng)信息，并按照群組節(jié)點信息，錄入模型參數(shù)、特征指標等動態(tài)元數(shù)據(jù)。6分布式數(shù)據(jù)分析與挖掘?qū)?.1邊緣端分布式計算引擎邊緣端服務(wù)器使用多臺計算機協(xié)同工作，通過大規(guī)模計算資源的調(diào)度，完成設(shè)備群組個體的海量數(shù)據(jù)分析與計算。邊緣端分布式計算宜滿足如下要求：a）中心節(jié)點能夠?qū)?shù)據(jù)分析任務(wù)分割為若干個子任務(wù)，并分配給多臺計算機處理；b）邊緣端用戶能夠根據(jù)工作負載的變化，在分布式計算引擎中可添加新節(jié)點，擴展計算能力，并根據(jù)運算需求的變化，選擇不同節(jié)點處理不同任務(wù)；GB/TXXXXX—XXXX5c）分布式計算引擎的設(shè)計宜具有容錯性，不會因為某一計算節(jié)點出現(xiàn)故障而導(dǎo)致整個運算崩潰；d）分布式計算引擎中各個計算機節(jié)點之間可共享邊緣端數(shù)據(jù)，計算引擎能夠自動管理不同計算機的數(shù)據(jù)格式，實現(xiàn)數(shù)據(jù)一致性。6.2云邊協(xié)同的預(yù)測性維護模型6.2.1概述云邊協(xié)同的預(yù)測性維護模型包括：云邊協(xié)同的狀態(tài)監(jiān)測、云邊協(xié)同的故障診斷、云邊協(xié)同的壽命預(yù)測、云邊協(xié)同的運維決策，共同完成設(shè)備群組的智能維護。其中，狀態(tài)監(jiān)測是云邊協(xié)同的預(yù)測性維護模型的基礎(chǔ)，實現(xiàn)設(shè)備群組故障節(jié)點的自動判斷和狀態(tài)識別；故障診斷是云邊協(xié)同的預(yù)測性維護模型的核心，智能識別故障節(jié)點的故障位置、故障類型、故障程度；壽命預(yù)測模塊是云邊協(xié)同的預(yù)測性維護模型的關(guān)鍵，在診斷出設(shè)備群發(fā)生故障之后，預(yù)測設(shè)備群個體的剩余使用壽命；運維決策是云邊協(xié)同的預(yù)測性維護模型的目標，根據(jù)設(shè)備群的診斷與預(yù)測結(jié)果，制定合理的維修以及備件倉儲管理策略。6.2.2云邊協(xié)同的狀態(tài)監(jiān)測云邊協(xié)同的狀態(tài)監(jiān)測宜滿足以下功能：a）邊緣端可支持噪點、失真、缺失等異常數(shù)據(jù)剔除與修復(fù)；b）邊緣端可支持多源高質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)的分布式存儲管理；c）邊緣端可支持高質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)的多域健康指標構(gòu)建與融合；d）邊緣端可支持設(shè)備群組個體的健康狀態(tài)多級預(yù)警/報警；e）云端可支持設(shè)備群組異常數(shù)據(jù)的特征融合；f）云端可支持設(shè)備群組的閾值初始化；g）云端與邊緣端之間可支持閾值的交互更新與個體適配。6.2.3云邊協(xié)同的故障診斷云邊協(xié)同的故障診斷宜滿足以下功能：a）邊緣端可支持個體監(jiān)測數(shù)據(jù)的時域、頻域、時頻域分析；b）邊緣端可支持故障特征評估及篩選；c）邊緣端可支持基于故障特征的智能診斷模型構(gòu)建與故障識別；d）云端可支持智能診斷模型參數(shù)、故障特征等加密元數(shù)據(jù)融合；e）云端可支持加密元數(shù)據(jù)的自動管理；f）云端與邊緣端之間可支持智能診斷模型的協(xié)同訓(xùn)練與參數(shù)更新。6.2.4云邊協(xié)同的壽命預(yù)測云邊協(xié)同的壽命預(yù)測宜滿足以下功能：a）邊緣端可支持設(shè)備個體的退化預(yù)測模型構(gòu)建；b）邊緣端可支持變工況下的退化指標變換與剩余壽命預(yù)測；c）邊緣端可支持預(yù)測模型保存與調(diào)用；d）云端可支持多設(shè)備退化預(yù)測模型的最優(yōu)化參數(shù)估計；e）云端可支持多設(shè)備預(yù)測模型參數(shù)融合；f）云端與邊緣端之間可支持壽命預(yù)測模型的協(xié)同訓(xùn)練與參數(shù)更新。6.2.5云邊協(xié)同的運維決策GB/TXXXXX—XXXX6云邊協(xié)同的運維決策宜滿足以下功能：a）邊緣端可支持設(shè)備群個體的維護策略制定；b）云端可支持設(shè)備群維護策略的聯(lián)合制定；c）云端與邊緣端之間可支持多目標優(yōu)化與參數(shù)協(xié)同更新。7分布式系統(tǒng)集成與應(yīng)用層7.1分布式系統(tǒng)集成分布式系統(tǒng)集成要求建立的分布式系統(tǒng)架構(gòu)能夠面向設(shè)備群完成預(yù)測性維護的執(zhí)行功能，并基于云端服務(wù)器與邊緣端服務(wù)器分別部署功能模塊集成系統(tǒng)，系統(tǒng)集成功能宜包括：a）邊緣端服務(wù)器集成設(shè)備群個體的監(jiān)測數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建與管理功能，支持邊緣端多源數(shù)據(jù)的存儲、索引、修改，完成分布式監(jiān)測數(shù)據(jù)的獲取與存儲；b）邊緣端服務(wù)器集成設(shè)備群個體的狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷、壽命預(yù)測、運維決策等功能模塊，支持邊緣端的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)分析，面向設(shè)備群提供預(yù)測性維護的執(zhí)行功能；c）云端服務(wù)器集成元數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建與管理功能，支持邊緣端服務(wù)器上傳元數(shù)據(jù)的存儲與索引；d）云端服務(wù)器集成元數(shù)據(jù)分析與融合功能，支持邊緣端模型參數(shù)、特征分布等加密元數(shù)據(jù)的自適應(yīng)融合；e）邊緣端與云端服務(wù)器之間擁有元數(shù)據(jù)的傳輸通道，支持問答響應(yīng)及加密元數(shù)據(jù)傳輸。7.2分布式系統(tǒng)應(yīng)用分布式系統(tǒng)面向設(shè)備群維護工程師及系統(tǒng)管理工程師提供應(yīng)用接口，實現(xiàn)用戶與模塊的交互。分布式系統(tǒng)應(yīng)用宜包括：a）邊緣端服務(wù)器搭載的系統(tǒng)宜具有數(shù)據(jù)采集、模型訓(xùn)練、狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷、壽命預(yù)測、結(jié)果呈現(xiàn)、報表生成等應(yīng)用接口；b）云端服務(wù)器搭載的系統(tǒng)宜具有預(yù)測性維護模型協(xié)同訓(xùn)練、設(shè)備群組維護結(jié)果呈現(xiàn)、報表生成等應(yīng)用接口；c）分布式系統(tǒng)宜具有設(shè)備群組節(jié)點的管理應(yīng)用接口，可根據(jù)設(shè)備群個體數(shù)量的變化，自適應(yīng)調(diào)整系統(tǒng)覆蓋范圍；d）系統(tǒng)應(yīng)針對用戶需求提供系統(tǒng)的結(jié)果可視化，宜包括：——云端系統(tǒng)界面直觀地呈現(xiàn)設(shè)備群組的數(shù)量、節(jié)點位置、服役狀態(tài)、健康狀態(tài)、運維建議等信息，并能夠根據(jù)監(jiān)測、診斷與預(yù)測結(jié)果統(tǒng)計設(shè)備群組健康狀態(tài)的變化規(guī)律或趨勢；——邊緣端系統(tǒng)界面直觀地呈現(xiàn)所接入的設(shè)備群個體的關(guān)鍵部件/子系統(tǒng)的運行狀態(tài)、故障位置、故障類型、故障程度、剩余壽命等信息。e）系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)設(shè)備群組的健康狀態(tài)，生成可供維護工程師參考的維護報表，宜包括：——設(shè)備群組的個體數(shù)量、節(jié)點位置等基本信息；——設(shè)備群組的健康狀態(tài)綜合分析；——故障節(jié)點的位置等基本信息、發(fā)生故障的時間、故障模式及剩余壽命等；——建議的維護時間、維護策略及備件調(diào)用策略制定。8系統(tǒng)管理與數(shù)據(jù)安全8.1系統(tǒng)賬戶與權(quán)限管理7分布式系統(tǒng)面向不同用戶設(shè)置賬戶，并設(shè)置功能權(quán)限，宜包括：a）系統(tǒng)管理員：支持訪問邊緣端以及云端系統(tǒng)的全功能；b）設(shè)備維護工程師：支