基于IoT数据分析快速构建产线数字孪生

实验内容

华为云IoT数据分析服务基于物联网资产模型，整合IoT数据集成、清洗、存储、分析、可视化，为IoT数据开发者提供一站式服务，降低开发门槛，缩短开发周期，快速实现IoT数据价值变现。

本实验将指导您使用IoTA服务资产模型能力快速构建SMT数字工厂孪生体，并计算得出数字化产线和设备的OEE指标。实验主要包括如下几个部分：

创建SMT产线资产

创建SMT产线下的设备资产

通过设备模拟器上报设备属性数据

通过应用查看设备OEE/关键指标/告警数据

关闭数据上报/回退已创建资产

实验操作步骤

实验准备

创建产品和设备并上报设备数据

进入设备接入控制台，点击快速体验

点击向导式极速体验

自定义产品名称，创建产品。

选择C#语言，下载设备演示包，双击其中的exe文件运行

即可看到开始数据上报。

创建数据源

进入IoT数据分析控制台，页面预览如下图所示。

左侧导航栏选择数据源，进入数据源点击“添加数据源”

创建IoTDA实时数据源，将设备接入上报的设备数据进行在线分析

数据源名称：填写名称如IoT接入数据源

实例：共享实例

产品：勾选刚刚创建的hello

点击确定后提示添加数据源成功

创建数据管道

点击左侧导航栏选择数据管道，点击“创建数据管道”

输入管道信息创建管道作业，点击“确定”进入作业编辑页面。

作业名称：SMT产线设备数据接入

描述：SMT产线设备数据接入作业

选择数据源：IoTDA

进入管道作业编辑页面，系统默认为作业配置了“IoT设备接入数据源“，“产品过滤”，“数据存储输出”
3个算子，如下图所示

点击“hello存储输出”，右侧配置存储组名称中选择默认的”资产模型存储“，在”数据存储名称“中点击添加，输入存储名称”hello1“点击右侧图标，保存配置。

添加”数据计算算子“，右键点击算子图标，弹出菜单中选择”数据计算“算子，如下图所示

算子配置如下图所示:

算子名称：转换时间格式

变量名称：event_time_s

取值：body.services[0].event_time

属性名称：event_time

表达式：TimeFunction.stringToLong(event_time_s)

1. 再添加”数据计算算子“，右键点击算子图标，弹出菜单中选择”数据计算“算子，如下图所示

算子的配置如下图所示：

算子名称：增加output和quality属性

变量：

变量名称：event_time

取值：event_time

变量名称：quality_result

取值：body.services[?(@.service_id==‘profile2’)].properties.result

计算配置：

属性名称：body.services[?(@.service_id==‘profile2’)].properties.is_plan_work_period

表达式：TimeFunction.shiftCheck(event_time, “07:00:00”,
“12:00:00”) || TimeFunction.shiftCheck(event_time,
“13:30:00”, “18:00:00”) ||
TimeFunction.shiftCheck(event_time, “19:00:00”,
“23:59:00”)

属性名称：body.services[?(@.service_id==‘profile2’)].properties.quality

表达式：quality_result>=1 && quality_result <= 9 ?1:0

属性名称：body.services[?(@.service_id==‘profile2’)].properties.output

表达式：1

2. 再添加“数据过滤”算子，右键点击算子图标，弹出菜单中选择”数据计算“算子，如下图所示

算子配置如下图所示:

算子名称：过滤掉非工作时间段的数据

条件关系： AND

过滤条件

属性：body.services[?(@.service_id==‘profile2’)].properties.is_plan_work_period

计算符号：EQUAL

数值：true

3. 在hello存储输出中添加三个属性

属性配置如下

属性名称：isPlanWorkPeriod

属性类型：String

源属性：body.services[?(@.service_id==‘profile2’)].properties.is_plan_work_period

属性名称：Output

属性类型：INTEGER

源属性：body.services[?(@.service_id==‘profile2’)].properties.output

属性名称：Quality

属性类型：INTEGER

源属性：body.services[?(@.service_id==‘profile2’)].properties.quality

4. 增加计划工作状态属性，
   右键点击IoTDA数据源算子弹出“添加产品过滤”算子图标

产品过滤算子的参数可参考上面的hello1分支进行相同配置

5. 增加超时插补算子，右键点击增加“超时插补”算子

算子配置及解释说明如下：

分区键：header.device_id
即使用消息头中的设备ID字段，用于给每个设备插补设备的计划工作状态。

插补时间类型：ABOLUTELY，
绝对类型，即每个周期都会固定插入设备的计划工作状态属性。

插补周期： * * * * * ?
Cron表达式，表示每秒钟都插补设备的计划工作状态。

等待时长 ： 0 表示不等待

6. 增加“数据计算”算子，用于转换时间格式，配置方法与步骤5相同，

7. 增加“数据计算”算子，用于增加增加PlanningWorkStatus属性

​

配置数据计算算子

算子名称：增加PlanningWorkStatus属性

变量：

变量名称：event_time

取值：event_time

计算配置：

属性名称：PlanningWorkStatus

表达式：TimeFunction.shiftCheck(event_time, “07:00:00”,
“12:00:00”) || TimeFunction.shiftCheck(event_time,
“13:30:00”, “18:00:00”) ||
TimeFunction.shiftCheck(event_time, “19:00:00”,
“23:59:00”)

8. 增加数据输出算子，用于将设备计划工作状态数据输出到存储中

算子配置如下：

存储组：资产模型存储

数据存储名称：hello1

设备id来源：header.device_id

属性：

输出属性名称：PlanningWorkStatus

属性类型：String

源属性：PlanningWorkStatus

9. 点击右上角保存，并启动作业。

启动成功后，约1分钟左右，作业状态为“运行中”表示作业正常运行。

创建SMT产线和设备资产模型

创建设备模型：印刷机模型，在IoTA
ConsoleIoT数据分析-总览 (huaweicloud.com)中左侧导航栏中选择“资产建模”，“模型”，点击上方“新建”

输入模型名称： smokedetector， 显示名称： “烟雾传感器”，点击“确定”保存。

为传感器增加属性，点击属性信息下方“快速添加”按钮，可从数据存储中快速导入印刷机属性字段，减少手工操作。

在数据存储中下拉选择“hello1”存储名称，勾选所有导入的属性，然后点击“确定”保存。

导入后效果如下

为传感器增加静态类型和分析任务类型的属性，通过界面“手动添加”方式，按照"设备公共性属性列表"的参数进行配置。

设备共性属性列表

属性名称	显示名称	属性类别	数据类型	单位	备注
PlanningWorkPeriod	设备计划工作时长	分析任务	double	min
ActualWorkPeriod	设备实际工作时长	分析任务	double	min
ProductPeriod	指定数量产品的理想生产时长	分析任务	double	min
PlanningOutputPeriod	设备理想产品生产时长	静态配置	double	min	属性值0.06
TimeUsage	时间利用率	分析任务	double	%
PerformanceUtilization	性能利用率	分析任务	double	%
QualificationRatio	合格率	分析任务	double	%
OEE	OEE	分析任务	double	%
TemperatureState	温度状态	分析任务	string	NA
HumidityState	湿度状态	分析任务	string	NA
TemperatureUpLimit	温度上限	静态配置	double	°C	属性值为：35
TemperatureDownLimit	温度下限	静态配置	double	°C	属性值为：25
HumidityUpLimit	湿度上限	静态配置	double	%	属性值为：63
HumidityDownLimit	湿度下限	静态配置	double	%	属性值为：45

1. 为传感器模型增加分析任务，通过界面“添加分析任务”，按照"设备公共分析任务列表"的参数进行配置。

设备共性分析任务列表

任务名称	显示名称	类型	表达式	输出	引用模型
calc_TimeUsage	计算时间利用率	转换计算	ActualWorkPeriod/PlanningWorkPeriod*100	TimeUsage	–
calc_PerformanceUtilization	计算性能利用率	转换计算	ProductPeriod/ActualWorkPeriod*100	PerformanceUtilization	–
calc_QualificationRatio	计算产品合格率	聚合计算	TS_Sum(Quality)/TS_Sum(Output)*100	QualificationRatio	–
calc_ProductPeriod	计算实际数量产品的理想生产时长	聚合计算	TS_Sum(Output)*PlanningOutputPeriod	ProductPeriod	–
calc_PlanningWorkPeriod	计算计划工作时长	聚合计算	StateTime(PlanningWorkStatus,“true”)/(1000*60)	PlanningWorkPeriod	–
calc_ActualWorkPeriod	计算实际工作时长	聚合计算	StateTime(ActualWorkStatus,“Run”)/(1000*60)	ActualWorkPeriod	–
calc_TemperatureState	计算温度状态	转换计算	If(Temperature >= TemperatureDownLimit && Temperature <= TemperatureUpLimit, “normal”, “abnormal”)	TemperatureState	–
calc_HumidityState	计算湿度状态	转换计算	If(Humidity >= HumidityDownLimit && Humidity <= HumidityUpLimit, “normal”, “abnormal”)	HumidityState	–
calc_OEE	计算OEE	转换计算	TimeUsage*PerformanceUtilization*QualificationRatio/10000	OEE	–

创建完成后如下所示

创建产线模型，点击新建，弹出模型对话框，输入模型名称：“ProductLine”，显示名称：“产线”，点击“确定”。

创建SMT产线资产

创建SMT工厂资产，在左侧导航栏，选择“资产”，点击“新建资产”

输入资产名称：SMTFactoryDemo，显示名称：SMT数字工厂 模型：ProductLine

创建SMT产线资产

点击SMTFactoryDemo资产进入资产编辑页面，右键点击工厂资产，选择“添加子资产”

输入 资产名称：ProductLine01, 显示名称： SMT产线1， 模型：ProductLine，
设备ID：不填

点击“确定”创建完成。

创建完成如下图所示：

创建SMT产线下的设备资产

右键点击厂线资产节点，点击“添加子资产”

输入资产名称 “ProductLine01_LaserMarking01”

显示名称：“产线01_印刷机01”

选择模型：“smokedetector”

输入设备ID：XXXX （参见附录:如何从IoTDA上获取设备ID）

（获取设备ID如下图）

完成所设备资产创建后的效果图如下：

点击右上角的“发布”按钮发布资产

发布成功后进入监控界面，可以看到属性的实时数据更新

点击可以进入时序探索中查看详细的历史数据，更多属性数据可以自行体验查看

附录：如何在IoTDA上查询设备ID

访问设备接入IoTDA服务产品首页，链接如下：https://www.huaweicloud.com/product/iothub.html，单击“立即使用”。

进入设备接入控制台，选择左侧导航栏的“设备”>“所有设备”，在右侧选择需要查看设备对应的产品类型，比如“Mouter1”表示查看所有的贴片机设备。

镭雕机：HDCLaserMarking1

印刷机：Printing1

贴片机：Mounter1

锡膏检测仪：SPI1

AOI光学检测仪：AOI1

回流炉：RefluxFurnace1

选择需要查看的设备，比如选择“ProductLine02_Mounter01”，点击右侧“查看”，进入设备详情页面，如下图所示：

在设备详情页面中，可看到设备ID信息，点击设备ID右侧的复制图标即可完成设备ID的复制。

至此，本实验体验内容完成。请参考后续章节释放资源。

实验资源释放

关闭数据上报/删除创建的产线和设备资产

体验关闭设备模拟器上报数据。

关闭了最开始下载的exe命令提示符，然后过一段时间后会自动停止上报。

进入资产编辑工作台页面，选择上面体验过程中创建的产线资产“ProductLine01”，点击右键选择“删除”。

删除父资产时会自动删除父资产下的所有子资产，即删除产线时会自动删除整个产线和产线下所有设备。

注：删除资产是为了后续重复体验做好准备。

点击右上角的“发布”按钮使之生效。

确认资产是否已删除。

刷新页面，查看监控页签，确认资产模型已删除。

停止数据管道

在左侧导航栏，选择“数据管道”，点击管道进入界面

点击右上角“停止作业”

点击“确认”

停止管道作业成功后，作业处于就绪状态

至此，本次体验全部完成。