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行业聚焦

工业互联网时代,智能硬件和软件中间件在制造业迅速崛起
2015-09-23

制造业两大痛点,劳动力成本攀升、管理效率的制约,正在被逐一攻克。


针对劳动力成本的问题,“机器换人”成为愈演愈烈的风潮。昨天笔者读到一篇新闻,东莞长安镇诞生了东莞地区的首个无人工厂,每天60台机械手臂没日没夜的打磨一个个手机结构件,只有3名工人负责看线和检查,节省了90%的人力,近600人不需要在工厂上班了。


多地政府相继出台补贴鼓励企业“机器换人”,仅东莞一地不足一年受理相关项目530个,将减少用工约3.6万人,加上白电企业美的、格力、海尔等高调进入工业机器人制造领域。一时间工业机器人成为新型蓝领,代替传统劳动力,在制造业生产线上呼风唤雨。


由于机器人的引入,工厂操作现场的装备水平获得大幅提升,使得管理效率的制约成为了更为突出的制造业痛点。


这个痛点解决起来并没有那么容易,能否突破IT与OT之间的断层,将操作现场中传感器与执行器的数据直接上传到信息层,成为突破管理效率制约的有效手段之一。


工业互联网时代,稳定可靠的智能硬件和软件中间件在IT与OT断层的衔接中起到了决定性作用,然而在这方面具备深厚行业积累并且做过成功实施的公司少之又少…还好最近笔者听闻了智能制造圈里正在盛传几个经典案例,而主导这些项目的人物正是笔者的微信好友,杨鹏宇。


为了进一步了解突破管理效率制约的方案,于是便有了下面的对话。


彭昭:把工厂操作现场层面的传感器和执行器的数据直接上传到IT系统,将信息系统和传统工控系统彻底融合,是怎么做到的?


鹏宇:现在有两种不同的做法,都代表大的趋势。


❶我们现在的做法是采用分布式控制结构,通过成熟的中间件,衔接IT系统和传统的传感器和控制设备。


❷另一种做法是直接将传感器数据接入云端,据我了解IBM正在做相关的方案。现在联网的成本已经降到足够低,无论是WiFi模块还是通讯技术,都在持续发展,促进了物联网在制造业的落地。


这两种做法都可以进行尝试。工业系统和商业系统的融合,强调安全性和可靠性,我们的实施方案已经有了大量的安装实例,软件架构,数据管理和安全加密对于IT人来说非常容易理解。


互联网能够如此易于扩展,如此强大,很重要的一点就是开放和模块化。无论是云平台还是各种应用软件,都有完善的API接口。不管你开发任何东西,一定要有比较完整的开放接口支持,准备好跟第三方去打交道,才能形成生态圈,快速实现各种功能,解决痛点需求,但是很不幸,传统的工业自动化系统这种概念并不普遍,大都比较封闭。


解决这个问题需要一个过渡过程,从原来的完全封闭状态,到现在逐步在某些行业有了通信标准。但是这种通信标准也不能保证完全互联互通,不能解决统一设备模型之类的问题,还是属于局部的互联状态。我们所提供的中间件起到了一个过渡作用,向上有比较完善的API供各种IT系统调用,向下支持开放驱动框架,拥有众多标准和非标准的通信协议,能够跟传统设备直接打交道。这套方案已经有了十几年的历史,从大量的实践经验中总结提炼得来。


彭昭:如果采用第一种做法,所有的商业系统都能实现和工业系统无缝对接吗?


鹏宇:是的。比如MES管理系统,本身是信息系统,对接的是事件和流程,关键需要的就是数据。但是传统的工业数据存在于传感器和执行器那些封闭的盒子里面,而信息系统是没办法拿到这些数据的,或者获取数据的代价比较高昂。所以就需要成熟的中间环节去破解这些数据,而且是使用相对低的成本破解数据,否则没有意义。


我们的定位就是要解决中间这个环节,让工厂底层所有的数据都能汇总到IT系统进行处理。我们正在做一些独特的项目,顶层采用IBM等提供的设施管理信息平台,中间层使用我们从工厂到信息系统的采集和传输平台,底层采用传统的控制系统。


以我们在福特汽车实施的项目为例,直接从各种机械设备上面提取数据,采集之后把所有的数据变成福特规定的数据模型,汇总到全球统一的数据中心。比如工厂里的空压机如何规范,有多少个监控点,命名规则,运行参数和报警,以及数据记录都在我们提供的智能硬件中完成并接入IT网络传输。这个项目是IT部门发起的,因此要求所有传输数据和联网设备可以被IT理解和管理,不允许使用原有的自动化协议,这就需要建立整套的规范。


这个过程并不容易,工厂设备中的变量是很难直接翻译成IT语言的。福特项目的核心是建立数据的企业标准,福特采用了强大的顾问团队的建议,在各个国家的各个工厂,推进信息的全球化集中管理。如何跟不同的设备通信,如何还原通信对象,如何在网络中配置通信对象,福特都做出了明确的标准要求。


彭昭:福特项目最终实现了什么价值?


鹏宇:收益包含十几个方面,比如能源节省25%左右,操作成本节约5%而且可持续等等,非常多。这个项目主要解决的就是管理效率问题,原来很多封闭的系统根本没法管理,没法提取数据,现在这些难点都被攻克了。企业建立了统一的标准,以前全球各地的现场自控体系比较复杂,不同的工厂所使用的设备系统大相径庭,而且对于报表等有不同的要求,甚至还有很多报表依靠手工制作,效率很低,现在全部实现了通过IT系统进行实时管理。


彭昭:直接把现场层的数据接入信息系统,不怕影响现场控制系统的可靠性吗?


鹏宇:福特在这方面进行了充分的论证,他们根据可靠性把系统划分为4种方案。第1种是把现场所有设备直接联网接入云端,这种当然可靠性最低。第2种是就地接入我们提供的服务器,然后再接入云端,第3种和第4种是利用我们提供的分布式智能硬件——JACE,把数据采集处理逐步移到操作现场的更前端,从管理层,到控制层,再到现场层,使用可靠稳定的智能硬件替代现有的管理监控器件、现场控制器件,乃至直接连入现场执行层面的输入输出信号,系统方案越来越完善,系统架构越来越简单。


从方案2到方案4,经过福特的论证,系统的可靠性事实上随着方案的推进而逐步提升,初始投入和系统生命周期的逐年投入越来越均衡,最终福特选择的是第3种和第4种方案的混搭。


我们提供技术,可以把传统设备的数据转化成可以被IT理解的数据,然后上传到互联网,这就是我们的角色定位。我们把所有的方法公开出来,以便不同行业的系统集成商使用。



彭昭:福特的项目,如果在其他的制造业企业中推广,具备工业化大批量复制性吗?


鹏宇:这要看企业是否下定决心解决痛点问题。福特做全球大范围工厂联网的重点是要建立整个企业的中央管理系统,要第一时间拿到所有工厂的数据进行分析和评测,提升管理效率。如果没有大范围联网,全球的报表汇总起来需要很长的时间,时间成本很高,而且报表的质量、精度和规范性都是问题。通过中央管理系统,使用成熟的IT方案极大的压缩了时间成本,报表的质量也大幅上升。汽车厂虽然大批量的采用机械手臂进行生产,生产线很先进,但是在辅助系统、能源管理系统和信息管理系统方面,提升的空间仍旧很大。


国内企业如果也能下定决心,就能复制这套做法,这其中最大的难度在于企业标准。国外的企业往往先建立标准,再决定具体投资和实施。一旦进入具体的实施流程,目标已经非常明确。第一步是把所有的数据采样先做好,存储下来作为标准模型,至于这些数据怎么挖掘和分析,慢慢再跟IT公司探讨,这是第二步、第三步的事情。前期有个周密的计划,对于国内企业来说非常重要。


编制企业标准这个事情,国外是靠专业的顾问咨询公司,国内更多时候是靠企业自己的部门或者相关供应商。


彭昭:所以国内如果想打通商业系统和工业系统,最大的难度在于找不到顾问咨询公司,只能依靠企业自己?


鹏宇:专业顾问咨询公司缺乏是事实,但也并不完全是找不到的问题,如果找到的话,制造企业愿意为这个事情买单吗?因为咨询公司提供的是专业服务,是无形的东西,国内企业仅仅只为看得见摸不着的服务买单还没有形成一种成熟环境。


顾问咨询公司的角色在国内往往被分化在系统集成商、设计院和企业内部的I工程师团队身上,很少有专业的公司承担这个任务,这是在提工业互联网的时候,国内和国外差别最大的一点。


另外补充一点,其实在工业互联网的推进阶段,我们应该意识到每个公司只需要聚焦在自己擅长的一段,比如有些公司擅长云端技术,有些擅长传输技术,有些擅长传感技术,有些擅长芯片技术,把每个公司的长项组合起来,形成生态圈,才是适合工业互联网发展的思路。


via 物联网智库