如何有效的实施工业物联网与工业4.0

如何有效的实施工业物联网与工业4.0,第1张

一、将真实的加工制造连接到工业40

如果使用了工业40技术,一个新的加工制造生产线可以实现多达25种的产品变化,同时将产量提高10%,库存减少30%。工业40架构的应用让制造商在生产过程中可以获得更丰厚的投资回报率。

工业40是一场工业的革命,目的是将信息技术(IT)的虚拟世界、机器的物理世界以及互联网合为一体。其中心是将具有IT功能的所有工业领域都整合起来。

工业物联网(IIoT)设备要想创建工业40生产制造环境需要注意以下5个方面。

在工业40中,对机器工具或一组机器的 *** 作,应该允许使用诸如智能手机或平板电脑这样的智能设备进行简单的连接。

1分布式智能

这里说的分布式智能是指在智能传动和控制技术网络的机器设备中,加入尽可能多的智能和控制功能、或者单独的传动轴,而不是从一个中央处理单元(CPU)来处理所有的动作。

2快速连接

在决定应该使用现场总线的什么功能时,应该看一下生产平台是否支持例如OPC UA(来自于OPC基金会)这样的标准。消除不同供应商系统的障碍,而且对通讯和控制平台采取一种更加开放的方式很重要。

3开放标准和系统

开放标准允许基于软件的解决方案可以更加灵活地集成,并有可能将新的技术移植进现有的自动化架构中。

4实时数据整合

可能利用实时的机器和工厂性能数据来改变自动化系统和生产工艺的管理方式。不用捕捉并分析数月以来有价值的关于生产率、机器停机时间或者能源消耗的数据,支持工业40的平台能够将数据整合到常规的工厂管理报告之中。这会让制造商和机器具备详细的信息来执行快速的工艺和生产变更,以实现产品满足特定客户需求的愿景。

5自适应性

科技帮助生产线变得主动。目标就是让工作站和模块可以适应个性化的客户或产品需求。

二、让工业40和IIoT在智能工厂里运行

工业40和工业物联网(IIoT)能够为设备(从传感器到大规模控制系统)、数据和分析之间提供更好的连接性,Beckhoff自动化的TwinCAT产品专家Daymon Thompson这样认为。传感器和系统需要网络连接来共享数据,分析有助于做出更明智的决策。

物联网主要包括4个基本元素实体的设备、与设备之间的双向连接、数据以及分析设备可以是小到一个传感器大到一个大规模控制系统中的任何一种。传感器和系统需要与更大的网络进行连接,以共享由传感器或系统产生的数据。对此数据进行的分析会产生可执行的信息,其结果是让人们做出精明的决策。

关于智能工厂的3个思考

在决定实施工业40之前,要对智能工厂提出的3个问题是:

1你是否想要自动完成快速的产品转换,以及对市场需求的响应更好?

2你是否想通过识别出可以进行持续改进的区域来提升你的设备综合效率(OEE)以及生产总产量?

3你是否想要根除浪费,例如能源、原材料和闲置时间?

在确定和完善真实世界里智能工厂的目标之后,采用基于PC控制的硬件和软件有助于帮助你早日成功。

三、为什么要部署工业物联网?

因为在工业世界里普遍使用了联网的传感器而比商业的物联网(IoT)更加先进,这些传感器就是物联网里面的“物”。数以亿计的联网的有线及无线压力、液位、流量、温度、震动、声波、位置、分析仪表以及其他传感器被用于工业领域,而且每年以数百万台的速度增加,为工厂提供了更多的监控、分析和优化。

IIoT通过将传感器连接到分析和其他系统中,来自动提高性能、安全性、可靠性和能源效率,具体方式为:

1从传感器上采集数据比以往经济有效得多,因为传感器很多都是电池供电和无线通讯的

2使用大数据分析和其他技术将这些数据翻译成可以理解的信息。

3将这些可 *** 作的信息在正确的时间呈献给正确的人员,要么是工厂人员,要么是远程专家。

4如果工作人员采取了正确的 *** 作,将带来性能上的提升。

四、基于平台的工具克服了IIoT的复杂性

基于平台的方式提供了一种灵活的硬件架构,可以部署在许多不同的应用场合中,消除了硬件的复杂性,并让每一个新的问题基本上都成为软件方面的挑战。系统设计师选择的平台应该基于一个对信息技术(IT)友好的 *** 作系统(OS),这样它们可以安全地进行供给和配置,进而来正确地认证和授权用户维护系统的整体性,并让系统最大程度地可用。

五、基于数据的工业物联网

如果没有数据,就没有大数据、云和分析功能,也没有区别于物联网(IoT)的工业物联网(IIoT);PI北美组织的副总监Carl Henning说,IIoT中的“物”造就了IoT中的“物”。IIoT需要开放的标准,以太网和软件标准可以为控制和制定决策所需要的信息提供数据。

其中一部分)时,大多数人认为最有用的特性是实时功能。

六、优化布线是提升工业物联网性能的基石

通过将信息、自动化、以及运行在工业物联网上的生产系统之间不断融合,物联网正在积极地影响着未来的工业自动化,Softing 有限公司市场部副总裁Mark Knebusch指出。随着以太网速度越来越快,电缆系统的集成更加重要,而电缆的认证有助于提升工业网络的性能。

物联网人才需求攀升,人才供不应求矛盾凸显

物联网产业的迅速发展,使得相关产业人才也备受关注。有调查显示,未来五年,物联网人才需求量将达到1000万人以上。其中,智能交通、车联网市场人才需求约为20万;智能物流、物流于智能仓储方市场人才需求约20万;智能电网、智能于系能源店里产业人才需求将达百万;智能医疗、智能医疗设备支持于技术服务、智能医护管理等人才需求将超百万。总体来看,由于物联网涉及领域广泛,可以在众多的应用领域实现就业,因此,各个应用领域均对物联网人才有一定的需求,物联网人才的职业前景一片向好。但与此同时,全国开设物联网专业的院校有1000多所,每年毕业生规模不足10万人,供不应求态势很明显。

一方面,从BOSS直聘2019年春招人才需求数据可以看到,与物联网相关的嵌入式工程师人才需求同比增速超过46%,同时,光传输工程师和无线射频工程师的需求同比增幅也均超过80%。表明物联网人才紧缺程度高于其他技术职位,市场对该类人才的需求旺盛。

另一方面,从薪酬水平来看,2019年春招旺季,与物联网相关的嵌入式工程师的平均招聘薪酬达到18132元,部分物联网嵌入式工程师的薪资在23万元/月以上,均处于相对较高的水平。而市场愿意给予物联网人才更好的薪资待遇,也与市场上人才相对稀缺密切相关。

此外,在2019年4月3日,我国人力资源社会保障部、市场监管总局、统计局正式向社会发布的13个新职业中,物联网工程技术人员、物联网安装调试员就在其中。预计未来在行业发展带动下,物联网相关人才需求还将日益增长。

具体来看,对于物联网工程技术人员来说,该职业是物联网行业最新诞生的、也是相对热门的一大人才需求。其定义及主要工作任务如下:

而对于物联网安装调试员来说,从2018年8月,支付宝宣布刷脸支付大规模商业化之后,不到一年时间已在全国300多个城市落地,这种连手机都不用掏“靠脸吃饭”的支付方式迅速占领了年轻人的市场。现在无人商店、刷脸支付已经成为未来的趋势,对物联网安装调试员的需求顺势产生。

值得一提的是,在物联网产业中,在与刷脸支付相关的产业链上下游,诞生的研发生产和安装调试人员就已经达到50万,且规模还在不断扩大中。据统计,支付宝刷脸设备、无人货柜的安装调试员平均年薪达到15-20万。而尽管未来物联网产业将蓬勃兴起,但物联网产业人才缺口却较大,尤其需要技能型、应用型人才。未来几年,物联网领域的安装调试员需求量在20万以上,职业前景备受看好。

行业主要企业:大富科技(300134)、梦网集团(002123)、共进股份(603118)、胜宏科技(300476)、润和软件(300339)、立昂技术(300603)

行业概况

1、定义

所谓“物联网”(Internet of
Things,IOT),又称传感网,指的是将各种信息传感设备,如射频识别(RFID)装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等种种装置与互联网连接起来并形成一个可以实现智能化识别和可管理的网络。

早期的物联网是指依托射频识别技术的物流网络,随着技术和应用的发展,物联网的内涵已经发生了较大的变化。现阶段,物联网是指在物理世界的实体中部署具有一定感知能力、计算能力和执行能力的各种信息传感设备,通过网络设施实现信息传输、协同和处理,从而实现广域或大范围的人与物、物与物之间信息交换需求的互联。物联网依托多种信息获取技术,包括传感器、射频识别(RFID)、二维码、多媒体采集技术等。物联网的几个关键环节可以归纳为“感知、传输、处理”。

2、产业链剖析:共有四大层面

所谓产业链,是以生产相同或相近产品的企业集合所在产业为单位形成的价值链,是承担着不同的价值创造职能的相互联系的产业围绕核心产业,通过对信息流、物流、资金流的控制,在采购原材料、制成中间产品以及最终产品、通过销售网络把产品送到消费者手中的过程中形成的由供应商、制造商、分销商、零售商、最终用户构成的一个功能链结构模式。

从产业链条来看,物联网的产业链条由上而下可以分为感知层、传输层、平台层和应用层四个层级。

自2018年中美贸易摩擦以来,美国加大了对中国高新技术出口的限制,不断扩大实体清单,影响了中国一些科技主导型企业的发展,这从侧面警示了中国在全球供应链中地位的脆弱性。物联网通过传感器把物理世界与数字世界联系起来,实现物与物、物与人的泛在连接,实现对物品和过程的智能化感知、识别和管理。其中传感器作为数据采集的源头,已经成为各种应用能力所需的数据来源所在。目前中国国内也涌现出了一些传感器芯片重点生产企业,如:高德红外、西人马、士兰微、敏芯微电子、博通、全志科技、大唐微电子、复旦微电子等。

行业发展历程:处于市场验证期

物联网是通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等 信息传感设备,按约定的协议,把任何物体与因特网连接起来,进行信息交换
和通信,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网发 展历史悠久,可分为三个阶段:

行业政策背景:政策大力推进

“十三五”以来,国家重视物联网产业建设及物联网成果应用,出台多度政策意见来推动物联网产业发展。在“十三五”以来发布的行业政策中,以推动物联网成果应用为主,利用物联网技术加强信息交换、提高监督管理水平等。

根据最新发布的《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》,在“十四五”期间,明确新基建,还要让5G用户普及率提高到56%。并且5次提到关于物联网的规划发展,除了划定数字经济的7大重点产业外,其余4次提到的场合均体现出对物联网发展重点的表述。

十四五规划中划定了7大数字经济重点产业,包括云计算、大数据、物联网、工业互联网、区块链、人工智能、虚拟现实和增强现实,这7大产业也将承担起数字经济核心产业增加值占GDP超过10%目标的重任。

以上数据参考前瞻产业研究院《中国物联网行业细分市场需求与投资机会分析报告》。

乐清智能装备科技加速与河北工业大学共同创建了大数据中心、5G网络技术、物联网应用、无人驾驶及情景感知等研发平台,以及激光非接触表面测试、可穿戴式生物传感器、半导体测试设备等检测设备平台。

工业物联网是指在工业中应用物联网技术,实现工业特有的价值增值的技术模式。

所有物联网都是为了实现万物互联,特别是物与物的互联,但是工业物联网又有其专有属性,原因是与工业物联网相对的消费物联网本身的联网密度、联网的实时性、联网物的异质化要求都不高,而工业物联网的要求主要表现在联网密度、联网实时性及联网异质化三个方面。

思考所有问题都需要从宏观到微观的细化过程,工业物联网也不能例外,我认为对工业物联网进行深度思考,需要从以下五个维度进行分析,否则将会要么带来一叶障目,要么带来好高骛远。

首先需要我们思考的问题是,工业物联网的价值、意义和目的是什么;第二个是工业物联网需要连什么的问题,这是一个范围的概念;第三个需要我们思考的是连入物联网的物的层级问题,也就是深度的问题;第四个需要我们思考的是实现物联的价值成本分析;第五个需要我们思考的是如何建设工业物联网。
互联网实现了计算机与计算机的连接,或者说实现了人与人的连接,这个连接带来了人的交互的便利,在这个基础上涌现出很多全新的、颠覆性的商业模式,例如,电子商务、即时通讯,社交媒体等等;而物联网将实现人与物、物与物的连接,同样我们也期望带来全新的、颠覆性的商业模式,甚至更进一步,期望带来人类生活、生产方式的全新的颠覆性的模式。

作为物联网主战场的工业物联网,人们对其的期许是在工业设计、制造、流通环节带来革命性的变革,为传统工业注入新的活力,提供新的势能,驱动工业在更高维度上发展、创新、乃至变革。随着计算、存储能力的提升,特别是大数据、人工智能的发展,任何行业对数据获取手段都提出了前所未有的要求。对数据获取手段的要求主要表现在四个特征,第一是高效性;第二是准确性;第三是实时性;第四是经济型;在当前技术能力下,能够同时满足这四个特征的就是工业物联网,首先,芯片技术已经发展到一个具有较强计算能力的MCU在美元以下,RFID芯片价格甚至已经到美分这个量级,使得工业物联网有了物质基础,同时满足了经济性要求;近三十年的通讯技术的发展,从模拟到数字,从简单调制到复杂调制技术的商用化,使无线通讯可以很廉价地覆盖几百米甚至数公里的范围,满足了数据获取的密集部署要求,同时由于工业物联网的永久在线的特征,使工业物联网满足数据获取的高效性、实时性要求;微电子技术在近年也发生了突飞猛进的发展,不论在价格上还是在进度上都有了长足的突破,满足了数据获取的准确性。

总而言之,工业物联网的出现是在以下几个条件成熟时涌现出来的不可逆转的趋势:

1、快速变化的市场需要数据支撑,产生了市场对数据获取的急切要求;

2、MCU的发展使得计算能力快速提升;

3、以调制技术为核心的通讯技术发展为联网建立的管道基础;

4、传感技术,特别是以MEMS为标志的微电子技术的发展给予感知世界提供的保证;

工业物联网不是规划出来的,是各种技术与需求发展进化的产物,是生活、生产、经济发展到一定高度后自然而然出现的,是在需求的驱动下,众多行业创新带了的自然产物。

通过工业物联网,可以把传统经济中不可数字化之物数字化,可以把传统不可数字化之行为数字化,可以把传统不可能变为可能,甚至变为容易获得、解决的方案。
这个问题是第一个问题的延续,如果不考虑经济性,那么我们可以说工业物联网连接一切可连接之物,但是,当我们在做一个务实的、有价值的方案时就不能不考虑可行性及经济性,那么工业物联网连什么呢?我们认为这是一个从哪里来到哪里去的问题,我们通过上面对价值、意义和目的分析可知,我们应该从目的反推,一切从目的出发,时刻盯紧企业需要弥补的最关键环节,例如,如果对量化OEE有需求,那么我们就要连接设备状态;如果要减少在制品,那么我们就要对在制品进行追踪;如果能源消耗对企业是重中之重,那么我们就要把能效物联化,等等。世界上不存在同样的两片树叶,同样地,世界上也不存在同样的两个企业,我们只能对企业本身进行深入分析,紧紧聚焦于企业价值,在保证经济性的基础上,确定工业物联网的实施范围方案。联网范围一个核心点是连入物的属性,也就是说我们通过分析连入物的属性与企业建设工业物联网目标的耦合度,决定需要实施工业物联网的广度。
通过分析工业物联网连什么后,我们得到了连入物的内容,接下来需要我们决定是对每个/每类连入物我们该数字化哪些属性,这里遇到工业物联网特有的一个障碍,需要连入工业物联网的物的可连通性问题, 特别是在设备互联时,可连通性表现的特别突出,例如,有的设备具有开放的通讯协议和可用的通讯接口,有的设备不开放协议等等,那么可连通性就是对方案供应商的很大的考验,我们的经验是有四种方案可供选择:

1、使用设备开放的协议;

2、使用设备自带的传感器;

3、添加新的传感器;

4、改变观察侧面及维度,使用全新的采集模式;

其中第四条,改变观察的侧面和维度,使用全新的连接方式是使用第一性原理,避开设备不开放协议或接口的阻碍,避开被设备供应商牵着鼻子走的方向,从本质上获取数据。例如:通过能效检测获得设备的使用状态,通过震动传感分析设备部件的故障、甚至是转速等,只要通过第一性原理从你需要的信息入手,而不是被动地从设备可以提供的数据入手来提供物联解决方案的方式。直接把我们需要的信息做为目标,观察除了直接连接设备外,我们还能够如何获得需要的信息,因为只有我们获得的数据能够与设备提供的数据在信息上能够“同构”即可。例如,我们可以在我们的物联设备上安装一个震动传感器,从传感器获得的数据中,我们即得到了设备是否开机,又得到了是否启动工作,同时还得到设备的转速。如果不用第一性原理,而是硬要跟设备互联,那至少要采集三个数据,并且未必设备能够给你。这就是典型的边缘计算的案例,边缘计算的计算规则一定要具有定制能力,可以说边缘计算一定是一个知识容器,可以方便地把客户、厂家,甚至是第三方的知识融入的容器,我们开发的支持脚本的设备已经具有了初步的边缘计算的功能,我们需要在这个方面继续加大支持力度。

所以,通过分析企业价值和物的可连通性,我们就可以明确定义需要连入物层级,也就明确了连入物的连接深度;

在连入物联网的物的层级中一个重要的概念是管理粒度,对于制造业来说,连入物的管理粒度大概分为如下几个层级:

1、传感级;

2、设备级;

3、产线级;

4、车间级;

5、企业级;

也就是说我们要在经济性可行的前提下定义数据获取的粒度。理论上讲,细粒度一定比粗粒度更好,更有价值,但是当加入成本分析后,可能并不一定粒度越细越好,需要按照各种制约因素找到一个平衡点。
价值成本永远在企业行为中持有权值最高的赞同或者否决的一票,通过前三项分析,我们仅剩下最后一个问题没有解决,这也是关乎价值成本的关键:管理粒度问题,我们到底需要在多细的粒度下进行管理?这带来了一个哲学问题:世界是不是需要黑盒子。什么意思呢?当我们确定一个管理粒度后,比管理粒度更细的信息将被隐藏在黑盒子中,这个黑盒子将成为我们分析深度或者认知深度的制约因素和约束条件。我们可以通过价值成本分析来找到这个平衡点,从而明确黑盒子的大小,并最终确定连入工业物联网的物的特性。
我们的期许是工业物联网建设的价值观,其他一起都是方法论。首先,我们在规划物联网时要本着既要有高瞻远瞩,又要有务实可行的精神。在思考黑盒子的大小时我们要高瞻远瞩,设计方案尽可能地以黑盒子尽量小为目标,而实施方案则按照价值成本分析选择合适的黑盒子的大小,也就是选择合适的管理粒度,从而保证投入收益的平衡,甚至我们可以把黑盒子尽量定义的大些,用以验证工业物联网的可行性,最大可能地降低工业物联网实施的风险。

总之,我们应该从以几个方案来确定工业物联网的建设原则:

1、期望获得什么结果?

2、期望用什么方式获得想要的结果?

3、需要信息基础提供什么?

4、工业物联网是否能够获得这些信息?

5、工业物联网如何获得这些信息?

6、获得这些信息的性价比如何?

7、回归分析,评估预期结果是否符合经济利益?

8、落地实施。


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