软件是如何驱动硬件的（什么是软件驱动的价值）

香卡马拉迪、杰森格里芬和塞巴斯蒂安克里斯蒂安

为什么需要预测性维护？

在当今的工厂中，仅美国的系统故障就导致了1400 万小时的计划外停机，造成了数十亿美元的损失。为了防止此类事件发生，工厂通常采用昂贵的基于路径的方法，其中需要专家收集数据来评估设备健康状况，或者使用一系列次优检测解决方案，这些解决方案无法可靠地检测系统中可能发生的所有潜在故障。

现在，工业4.0（也称为工业物联网或IIoT）浪潮正如火如荼地进行，工业客户更加注重部署解决方案以增加设备正常运行时间、降低运营成本、延长设备寿命并提高工人生产力。预测性维护解决方案结合检测技术来收集设备数据，并采用先进的分析和算法来获得有关设备健康状况的可行见解。因此，这种方法预计将使整体工业生产率提高30% 以上。

一个常见的要求是需要一个完整的交钥匙无线解决方案，该解决方案结合了硬件和软件，并且易于安装和使用。许多行业需要一种不需要专家手动收集数据和/或安装和维护专用网络的解决方案。

智能电机传感器(SMS) 及其工作原理

智能电机传感器(SMS) 是一种灵活、开箱即用的端到端安全无线预测性维护(PdM) 解决方案，结合了ADI 的软件、硬件和电机领域专业知识，为电机提供预测性维护。创建安全且可扩展的产品。

智能电机传感器(SMS) 与Android 和iOS 移动应用程序配合使用，可以轻松设置传感器、提供部署数据的可见性，并提供关键事件的应用内通知和警报。云托管的仪表板提供了机器健康诊断和故障检测的完整概述，包括每个电机状态的详细信息和可视化以及基于人工智能(AI) 的分析，以检测电机的常见故障。

该电池供电的SMS 器件结合了ADI 的MEMS 传感器、精密转换器和信号链。 SMS 设备中嵌入的固件可捕获电机的各种参数（例如振动、温度、速度和磁通量），并通过Wi-Fi 连接安全地将这些数据发送到后端云进行处理。在云端运行并集成到网络应用程序中的人工智能(AI) 引擎可分析数据并监控电机的健康状况。

该系统可以预测电机中的九种常见电气和机械故障，如果检测到故障，它将发送推送通知或电子邮件，告知用户要采取适当的措施。智能电机传感器产品套件可作为端到端解决方案或通过REST API 向客户提供。

传感器到云的软件构建块

图3 展示了ADI 的传感器到云软件框架，该框架用于构建SMS 解决方案所需的软件。传感器到云安全软件框架有助于满足对完整解决方案的需求，消除了将完整系统组合在一起以从实际数据中获取可操作见解所带来的挫败感和复杂性。

图3. 传感器到云安全软件框架

该框架还具有更高的可重用性，有助于缩短上市时间，并使软件团队能够专注于为给定产品提供特定于领域的解决方案。

除了功能和可扩展性之外，形式化的最佳实践和流程也是框架的重要组成部分，以确保解决方案的稳健和安全。该软件框架体现了推荐的最佳实践和经过验证的流程，从以用户为中心的角度引导每个新客户，并自动化DevOps 原则以实现高效率和合规性。

短信云和网络

OtoSense SMS 云后端构建并扩展了安全软件框架。图4 显示了云基础架构的组件。该应用程序是多租户的，支持多个客户并确保数据隔离，如图5 所示。独特的自定义标签合作伙伴版本还允许汽车维修店、汽车经销商和其他客户等客户轻松添加他们的徽标和品牌并进行销售直接向客户发送短信。合作伙伴只需点击几下即可无缝创建新租户，所有必要的架构都会自动生成，并向客户发送一封电子邮件，邀请他们加入。

图5. 多租户确保客户数据隔离

短信移动应用程序

ADI OtoSense SMS 移动应用程序的架构以代码重用为优先考虑。核心应用由多个模块组成，包括短信通信模块、API通信模块和核心应用模块（视图和导航），如图6所示。

图6. 移动应用程序架构

这些模块代表可在所有自定义标签合作伙伴应用程序中重复使用的所有内容。对于每个新的自定义标签应用程序，都会创建一个新的配置集，其中包含合作伙伴的品牌UI 组件和API 配置。该软件架构使移动应用程序开发团队能够快速轻松地创建新的合作伙伴应用程序，并高效地向所有合作伙伴应用程序发布新功能和更新。

短信人工智能引擎

ADI OtoSense AI 平台可以解决任何检查解释挑战。该平台已用于实现智能电机传感器解决方案的机器学习组件。

Analog Devices 对电机的深入了解已被用来创建电机最佳行为的数字蓝图，涵盖全负载、速度和温度范围。然而，每台电机一旦售出，都会偏离这个初始型号。环境、使用和维护实践使其独一无二。

安装到电机上后，ADI OtoSense SMS 首先会获取数据来了解该电机与蓝图有何不同，并创建SMS 边缘设备所连接的电机的独特数字孪生。然后，OtoSense SMS 将该电机的数据与在完全相同的操作条件下运行的数字孪生数据进行比较。如果实际电机与其数字孪生之间的行为存在显着差异，OtoSense SMS 会分析差异以确定最可能的不一致根本原因，并通知用户故障的存在、原因和对策。

系统能够检测以下9种常见问题：

电机供电系统故障，可能造成电机电流不对称。

电机转动部件重心位移引起的机器转子不平衡。

电机和电机负载之间未对准。

电机定子引起的故障导致电机电流不对称。

由于定子和转子之间未能保持同心度而引起的电机故障。

在电机具有独立通风的情况下，电机冷却系统存在问题，例如通风口堵塞或风扇停转。

转子故障，例如转子运动部件（例如转子条或短路环）的不连续性，或铜转子焊缝的问题。

轴承故障，如缺乏润滑或内外圈、保持架、滚动体有缺陷。

将电机固定到控制台的系统存在问题，例如支撑脚薄弱或松动。

短信固件

SMS 中嵌入的固件捕获所连接电机的各种参数（例如振动、温度、速度和磁通量），并通过Wi-Fi 连接安全地将这些数据发送到后端云进行处理。 SMS 固件通过Wi-Fi 接口与iOS 或Android 智能手机连接，以支持设备安装和配置。该固件提供诊断信息，用于在部署期间和部署后对设备进行故障排除，并且可以通过无线方式安全更新。

SMS 固件是利用基于便携式服务架构的框架构建的。该框架由模块化、可重用的功能模块组成，这些模块被打包到独立于应用程序的服务API 中，以支持在其他物联网应用程序中的重用。它还使应用程序开发人员能够轻松地将特定于应用程序的信号处理功能和算法以及服务API 集成到产品中。图7是该框架的功能框图。

图7. 安全固件框架功能框图

端到端安全

ADI OtoSense SMS 采用业界最佳的安全协议和控制进行端到端设计，确保SMS 数据和见解保持准确和精确、可靠处理、不间断传送，并且始终且仅由授权的OtoSense SMS 用户访问。

每个SMS 客户在OtoSense Cloud 上都有一个专用帐户，所有数据（传感器数据、见解、帐户信息等）均使用客户ID 作为顶级分区键进行分区。对客户数据的访问仅限于客户帐户的成员，并且访问授权由主要云服务提供商提供的身份和访问管理服务强制执行。

用户帐户创建、管理和用户名/密码登录安全（包括密码重置功能） 利用主要身份和登录服务提供商提供的可信用户管理和身份验证服务，确保用户通过移动应用程序和Web 仪表板安全登录。

SMS 设备和Web 应用程序之间的会话仅通过相互验证的TLS 建立。所有传入和传出SMS 设备的数据均通过MQTT-over-TLS 协议进行加密和传输，包括传感器数据、发送到SMS 设备的命令以及传输到已部署SMS 设备的无线更新。

综上所述

所有软件构建模块与Analog Devices 的先进技术（如MEMS 传感器、精密转换器、信号链和电机专业知识）相结合，为电机预测性维护提供了完整的开箱即用解决方案。端到端安全解决方案旨在提供值得信赖的见解，从而延长设备正常运行时间、降低运营成本、延长设备寿命并提高员工生产力。

审稿编辑：郭婷