物联网的挑战:在各个行业中整合 M2M 通信

 

媒体每天都会发布有关物联网的 (IoT) 的新闻,这些新闻的重点通常在于实现机器间自主通信的承诺和危险性。 机器拥有自主意识或机器被黑客远程攻击从而对人类造成威胁是众多此类新闻的主要关注点,但鲜有物联网新闻会提及这些配备传感器,由人类按照规则进行编程的机器可如何有效地向其他机器传达特定数据集,反之,获得数据的机器可利用数据高效、精确且安全地执行某些关键步骤。这一理念旨在建立由自我监控的自适应学习机器(具备实时生成和传输数据的能力)组成的网络,实现直接而复杂的互操作性,满足人类的特定要求,进而发展我们所认识的机器对机器 (M2M) 通信概念。

 

对于制造商而言,机器间无法传递数据无疑是错失了协调生产活动的良机。

 

然而,实现这一水平的整合性能与如今司空见惯的实例相比还存在相当大的差距。 目前,有关物联网的讨论多出现于消费类产品领域,在该领域中,对物联网的讨论涉及设备如何为简化日常工作提供便利:例如,如果我们想更换电视频道、转换无线电台、调节照明亮度或室内温度,只需按下移动设备上的按钮即可。这种级别的连接与远程功能有关,而非 M2M 整合。

 

互操作性的基础

 

在结合能够学习人类行为以及自身环境的机器去看待物联网时,则会出现巨大的可能性。 NEST 自动调温器就是其中一个例子。然而,检测并处理有关人类偏好设置的信息,并运用这些信息预测建筑物的室内温度,这仅仅是这款自动调温器功能的冰山一角。我们来设想一下这种级别的连接方案是否可以这样进一步提高:您通常在每天下午 6:00 到家,您的 NEST 自动调温器获取该信息后作出响应,在合适的时间供暖,从而确保室内温度可在您到家时达到设定值。然而有一天,您从单位驱车回家时遭遇交通阻塞,延误了您的行程,导致您在途中所花时间比以往多了近 20 分钟。您的汽车系统检测到这种延迟情况并计算其影响,然后将新的到达时间传输至自动调温器,自动调温器便会自行重新编程,从而根据您的预期到达时间以及当前和预测天气情况,同步预热/预冷至设定温度的操作。这样做的结果就是降低了家庭能耗,为您节约能源成本。这样的方案,尤其在整个建筑群和城市等大规模环境中,展现了将智能连接嵌入机器所产生的巨大益处。这时,物联网成为支配性战略的一部分,有利于改善长期成本效益、资源配置和整体便利性。

 

 

目前在工业环境中,M2M 通信较为少有。 当前我们具备的多数机器需要依靠人力来完成单一的、重复的工作。我们可用足球队进行类比:如果场上球员之间缺乏沟通,每个人都单独行动,那他们就无法共同达成目标,赢得比赛。将该比喻类推至工业环境,如今您的工厂中具备的机器(和机器人)之间无法交流,这些机器生成的数据只能各自用于每台机器。这种非集成式系统缺乏灵活性,无法根据需要执行高价值任务。对于制造商而言,机器间无法传递数据无疑是错失了协调生产活动的良机。这种功能上的缺失会导致流程过多、生产变革停机频繁以及机器的不必要运转。

 

及时且正确的方法对成功、经济地实现这一目标来说是不可或缺的,支持物联网的 M2M 通信可助您一臂之力。

 

智能工厂中的机器和机器人配备支持 M2M 通信和互操作性的技术(硬件和软件)。 这种技术有助于同一间工厂中机器间的数据传输,也有助于机器向基础设施,以及通过互联网或智能手机和智能服装等所有其他设备连接的用户传输数据。借助这种传输(即智能连接),机器生成原始数据并将数据传输至其他机器(以及网络和云端),然后借助大数据分析等技术将其转换为生产的实时可视化形式。从这些信息来看,机器可在特定模式和规则(工程师将其编入了机器的操作系统程序中)的参数范围内自主决定可行措施,从而改善特定类型的运营效率,例如在完成生产工作后立即切换至暂停模式,从而降低能耗。这些规则和模式也在生产中带来了前所未有的灵活性。

 

 

在相连接的工作区中,机器人可安全地执行常对人类构成威胁的操作。

 

 

配备传感器的机器人实现了机器间的交流,从而创建了一种智能且节能高效的环境。

从工厂最高阶层的观点来看,一切都由消费者控制。 作为消费者,我们都希望产品的每个新版本能够更为优质、快速、实惠、高效,我们也希望产品能够具有更多符合个人偏好和要求的定制功能,因为每个人都想在大批量生产的世界中彰显自己的个性。MINI 乘用车就是此类定制的最佳范例,客户可以从种类繁多的选项中进行选择,从而制造出一辆在他们眼中独一无二的车辆,由于客户亲自参与了设计过程,所以车辆彰显了他们的个性。若要在大批量生产中实现这一水平的定制,则需要一种全新的生产方式。为此,我们需要单件批量生产 (Batch Size One) 等生产方式,单件批量生产是最终极的目标,不适用于手机等特殊产品。及时且正确的方法对成功、经济地实现这一目标来说是不可或缺的,支持物联网的 M2M 通信可助您一臂之力。如果没有这种方法,而是凭借现有的生产方法实现定制,则制造一部独特的移动电话需高额的成本。

 

关键先决条件

 

让改变早日到来

传统工厂过渡至智能工厂需满足四个关键先决条件:

 

标准化

标准化是一把双刃剑。一方面,标准需实现方法的专业化发展并保证互操作性,但确定和建立标准也需花费一定时间。这种延时可能会降低标准的采用速度。在这种情况下,如果一种方法成为了一项标准,则可能会阻碍创新的发展,因为人们可能会反对背离标准的行为(尤其是在大数据成为交际的一部分时)。我们所面临的挑战是,技术发展和成熟的速度很快,通常,这些标准无法跟上创新的速度。所出现的结果可能是这些标准会抑制发展的机会。然而,制定一些恰当的标准才有可能推动我们向前发展,而不是重复做无用功。 

 

智能连接

智能连接(也包括互操作性)有助于各种设备和机器提供简单便捷的解决方案。智能连接的构件包括传感和连接。传感器创建数字神经系统,连接实现网络化输入。这些网络化输入指的是传输至网络和/或云端的数字输入(来自于传感器),这些输入信息必须与机器和操作集成,从而为员工、流程和系统提供支持,实现改善决策制定的目标。在当今的工业环境中,许多机器之间没有连接,因此无法传递信息。如果您开始着手连接这些机器,您需要考虑这些机器生成的数据数量。如今,在大多数情况下,数据仍然受限。若要在生产中使用物联网充分获益,则制造商需加强其机器内部的感应性能,且需要开放所有的数据,以便于将这些数据融入至网络化输入中以改善决策制定。

 

通过开展可快速产生所需质量、预期成果和显著投资回报率的小规模计划,工程师可制定明确的路径来推进对物联网的改善。

 

 

安全

当提及大数据、云端和物联网时,人们对机器和数据的安全性及保护措施表现出极大的担忧。据说,曾有黑客夺取无人驾驶汽车的控制权,并远程控制车辆的加速或刹车。这些案例令人胆战心惊。这方面需要更多的关注。在关注保护措施的同时也要考虑数据。有必要规划与数据相关的立法,尤其是数据持有者以及数据传输和管理方式等信息。

 

短期 ROI

小规模投资带来的显著回报有助于赢得对大规模改进 M2M 长期支持和认可。在工业环境下,人们普遍认为投资回报率 (ROI) 较高,但却难以有效而具体地向高层领导进行预报或阐述,因此以小做起并快速验证商业案例至关重要。传统工厂转型为智能工厂需要配备全新的基础设施、连接能力、云端和分析工具,成本极为高昂。高成本以及缺乏明确的投资回报率预期常常难以获得认可。通过开展可快速产生所需质量、预期成果和显著投资回报率的小规模计划,工程师可制定明确的路径来推进对物联网的改善。

 

主要优点

 

尽管大多数有关物联网的讨论都有炒作和夸张成分,但人们对于制造商可从智能连接中获得的潜在显著 ROI 的认识有所提高。 这是制造商使传统工厂转型为智能工厂或连接工厂的关键。为了实现这一目标,高层领导需要可成功达成的目标的现实实施方案,他们还需要了解物联网如何直接导致产量显著增加和浪费显著减少。为了满足这些所需信息,工程师在证明物联网投资切实可行时首先需提出一个至关重要的问题:预期的绩效提升是否由物联网直接导致,还是物联网仅仅有助于更轻松地提升绩效?要回答这个问题,需要围绕物联网投资的三点益处提出令人信服的论据。

 

节省成本

运营效率中的收益在成本节约中占主要比重。随着对这种方法的采用逐渐稳定且大规模盛行,工厂转型的成本(采用和实施)也将降低。 

 

透明原则

更深入地了解运营有助于制造商确定何处存在改善的可能性。例如,通过跟踪产品的整个生产周期,您可以掌握制造每个独立装置的实际成本,从而设定更精准的价格,您也可以收集有关对生命周期或产品性能产生影响的变化数据。您还可以根据产品使用情况判断产品是否符合正确规格(高于或低于规格)。此外,您可以在整个生命周期中监测产品并跟踪产品在变化情况下运行的方式。借助这种透明原则,您可以向用户提供有关产品性能的信息,包括产品可能在何时出现故障,以便于用户在故障发生前及时预订和更换产品。有助于他们避免计划外的停工期。 

 

能效

使用连接物联网的机器是对能源使用更负责的表现。通过连接所有机器,您可以测量某些运行状态下的机器所需的运行时间总量:这意味着根据机器网络在相连接工厂中传递的数据,各台机器将只在必要时运行。此外,如果一台机器遇到故障并停机,其他机器则能够立即作出响应,并随之根据需要和编程解决方法,降低生产速度或更改生产流程。

 

 

在相连接的工厂中,机器可衡量并传递提高响应时间的信息。

在未来几年,对制造商来说,投资物联网技术将成为一种需要。 为了实现这一目标,工程领域中的专业人士需要彼此交流个人成功经验,并在组织和更大的商业领域中推广这些经验。目前,在德国,人们将工业 4.0(即工业物联网)视为第四次工业革命。这令人想起了 Henry Ford 的故事。Ford 先生的事业刚起步时,他面临的竞争对手是马车,许多人曾表示汽车永远不可能取代马车,因为在那时马车是日常出行的标准交通工具。但正如我们现在所知,这种传统的做事方法被另一种新颖而更好的出行及思考出行的方式所取代。 

 

打造您的成功案例

为了证明物联网的潜在益处,工程师需要展示物联网革命对于经营业绩来说意味着什么。在打造成功的案例的过程中,请从小处着手,基于可证明的数据提出证据翔实的观点;可从一台机器着手,记录所节省的成本,然后精心策划成功故事并在整个组织内推广潜在收益。这些成功故事有助于改变人们对物联网的普遍偏见和恐惧,反之还可以为物联网、智能连接和相连工厂树立信心。我们可通过展示连接机器的优势向商业领导者证明,他们的组织只需改善生产线上所有接触点的连接和整合情况,即可生产更优质的产品,缩短计划外停工期,提升运营灵活性并提高产量。

 



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