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分享 互联网+先进制造业工业互联网智能转型升级中的三大巨坑
suruide 2019-10-17 08:43
作为新一轮工业革命的关键支撑与深化“互联网 + 先进制造业”的重要基石,工业互联网正成为制造企业进行智能化转型升级的重要抓手与关键动力。 但正像其他重大技术进步一样,工业互联网之路也不可能是正道坦途,一帆风顺,注定是曲曲折折、坑坑洼洼,甚至是遍布深坑。作为工业互联网的基础与前提,数据采集环节就有很多的关键技术与实施技巧,事关工业互联网实施的成败,也是一个长期探索与经验积累的过程。 速锐得科技自 2011 年成立以来,一直致力于设备联网与数据采集,经过 9 年的发展,已经成功实施 700 多家用户的近 4 万台设备及移动源,在工业互联网方面积累了较为丰富的经验,也趟过了很多明“坑”暗“坑”。在此,按照“人机网”三个维度进行简单归纳,希望对正在推进工业互联网的朋友们有所帮助。 一、机坑:处处是坑,坑坑不同 以机床为代表的生产设备是制造企业实施工业互联网的主要对象和重要基础,在通讯协议、设备等方面就有很多“坑”。 1. 系统繁杂坑:机机不同,“哑设备”改造并不简单 由于控制系统厂家不同、设备厂家、系统版本、接口形式、通讯协议千差万别,如何将这些设备联入网络是实施系统的第一道难关。在车间里,这些设备几乎是“八国联军”,既有德国、美国、日本、台湾的,也有本土的;既有数控机床,也有机器人、热处理设备、立体仓库、测量测试设备,还有各类仪器仪表等数字化设备;既有支持 OPC UA 、 ModBus 、 Profibus 等工业现场 CAN 总线的,也有支持 MTConnect 、 FOCAS 等机床私有通讯协议的;既有先进的网关机床,也有串口通讯,甚至是没有任何接口的老旧设备控制器。 对这些设备进行联网与 CAN 数据采集,远非消费互联网行业那样简单,因为消费互联网的使用者是具有智慧的人,比如只要是汉字就可以有数以亿计的人能看懂、能交互,而在工业环境中,几乎每台设备都不一样,每台设备与外界的通讯能力不同,甚至更多是“哑设备”,这些设备无法与外界联网与进行数据采集,实现对这些设备的互联互通,其难度不亚于将世界上不同语言的人们召集在一起开大会,犹比汽车 CAN 总线还要复杂得多。这领域注定是一个极其复杂、需要长时间研究与经验积累的过程。 互联互通,处处是坑,每台设备都有可能让你费九牛二虎之力。 2. 协议不成熟坑:国际大厂,协议 BUG 深藏不露 以前,大家主要关注点是精度、行程等机床自身的基本参数,对设备 4G 联网,特别是底层 CAN 数据采集方面关注与研究不够,这些功能也是最近几年刚刚发展起来的新技术,对控制系统厂家来讲,这同样也是一个摸索实践的过程。比如欧洲某高端控制系统,在设备联网与数据采集方面走在行业前面,但其早期的型号,虽然数据都能采集出来,但存在采集不稳定、机床死机等情况。同样,其他某些国际大厂的控制系统,也存在一些这样或那样的 BUG 问题。当出现这种问题时,对实施方是很大的困扰,到底是自身软件问题?网络问题?控制系统问题还是机床厂家问题?存在的不确定性太多,很难界定原因与解决方向,如同人在深坑,不知方向,到处乱撞,这是非常痛苦的事情。 发展的道路上,大家都在摸索,国际大品牌也不是神仙,同样是一个完善的过程,但这种问题就很隐蔽、很难发现,需要大量的探索时间与实战经验,依照我们之前在汽车厂家的配合方面,不少就是车厂的问题。 3. 协议免费坑:免费午餐很难吃,宏指令采集被淘汰 设备 CAN 通讯协议一般都是需要购买的,但也有免费的,比如发那科、三菱、兄弟、哈斯等控制系统,这类系统支持免费的宏指令采集。只要在数控程序中人为地增加相关宏指令,通过串口就能采集到程序名称、刀具号、主轴转速、进给速度、加工开始时间、加工结束时间等信息。既免费又简单,宏指令采集看起来很美好,但是在执行该功能时,容易造成机床运行变慢甚至死机,直接影响企业正常生产。 宏指令采集从理论上是可行的,在实际应用中却很难正常使用,速锐得科技在十年前就淘汰了该项技术,采用 CAN 总线技术,但现在仍然看到很多公司在前仆后继地研究与应用该项功能,“掉坑”的只能是用户了。 4. 厂家精简坑:面同心不同,设备不断被简化 在互联网行业,同样的电脑、手机安装软件时基本会一气呵成,但在工业互联网行业,同样的设备也可能存在不同的困难。 对于一些数控系统,设备的数据通讯功能是选配项,用户在购买设备时往往只关注设备的报价和基本性能, CAN 通讯协议经常被忽视。当进行数据采集时才发现缺少该功能,用户不得不再次花费额外的费用。这时候,就需要依赖速锐得科技来解码适配这些 CAN 协议,通过总线获得原始数据,大幅降低商务成本及时间周期成本。 有时硬件也会被“精简”。中原某企业前后三批向德国某企业购买相同型号的十余台数控车床。前两批机床电气走线十分规范且标识清晰,我方很容易地就完成了设备的数据采集。但第三批到货后,实施工程师发现机床的电气被大幅度改动了,有些元器件和线路被简化掉了,并且电气图纸不完备,线路标识也不清晰,维修师傅说“为了降低成本,国外企业也开始偷工减料了。” 同一型号不同选项、不同结构,面同心不同,协议软件被“无意精简”,设备硬件被“有意精简”,有意无意间,加大了项目实施复杂度,甚至带来实施风险,这是设备厂家带来的“精简坑”。 5. 设备老旧坑:弱不禁风,会“碰瓷”的老旧机床 即便是已经某些开通了 CAN 通讯协议,即便是厂家没有精简,即便是设备图纸完备,但当打开老旧设备的电气控制柜时,工程师往往会倒吸一口凉气,厚厚的灰尘在油污的裹挟下布满线路板,如果稍不注意,松动的线路板就可能因接触不良而造成机床故障。 在工厂里,这类老旧设备很多,甚至占大部分。工程师就如同做手术的医生,面对弱不禁风的老人,哪怕是小手术也可能造成大问题,战战兢兢,如履薄冰。更令人担心的是,很多这种老旧设备还很可能是“独苗”设备,全厂就这么一台设备承担着某个重要工序加工任务,万一出现问题,很可能连备件都找不到、买不到,责任重大。 对这种会“碰瓷”的老旧设备,需要工程师精湛的技术与丰富的实战经验。 二、网坑:网络是基础,可靠是前提 1. 布线业余坑:工网不同商网,同为网络大不同 工业环境的复杂性与使用过程的高可靠性,决定了需要高度重视网络布线等这类辅助工程。 工业互联网的工作场所不同于办公环境,往往是在强干扰、强电磁以及噪音、油污、震动的车间环境里,这就要求网络具有很强的抗干扰能力,能有效地避免通讯中的乱码、丢包、传输错误等安全隐患,才能实现系统稳定可靠地运行。在网络布线方面,工业互联网的网络也不同于常见的办公网络,需要使用带金属屏蔽的超五类或超六类网线,并远离动力线等强干扰源。 东北某企业为了减低项目成本,坚持使用以前已经布好的网络。但这种网络没有考虑到车间强干扰等问题,在后续的传输加工程序时出现丢包情况,造成了关重零件报废,损失巨大,后来不得不重新按照速锐得科技提出的标准进行了再次布线。 西南某单位,在部署网络时选择了一家低价网络公司实施。在系统联调时发现网络不但丢包严重,而且个别网络完全不通,不得已又重新部署了网络。这个问题在网络通讯领域里面里面非常常见,只是做工业互联网的,没有按照更高的车规、军规级的要求来做产品,既浪费了时间,又造成了成本的增加。 工业环境不同于商业环境,布线虽不起眼,但自有一套专业规范,安装后要测试信号,千万不要忽视,掉进布线业余坑,省钱往往是更大的浪费。 2. 无线通讯坑:追求先进性,丢掉了稳定性 工业互联网系统的网络分有线与无线两种,无线网络与有线网络各有优缺点,要以实际需求为原则,不要一味追求先进。 有线的优点是使用比较方便、成本更低廉,比较适合设备较小,机床控制面板不移动等情况。但其缺点是布线工作量大、施工周期长、节点模块多、故障率高、维护困难。 无线更具灵活性、使用更方便、布线工作量小、施工周期短、维护简单等优点,特别是对大型设备,机床控制面板随工作台移动的情况,采用无线方案更为合理。但无线网络在车间多干扰源、多遮挡等情况下,也存在覆盖区域小、抗干扰能力弱,会发生数据丢包等情况。并且在军工等保密单位,一般是禁止使用无线网络的。 有些用户总喜欢追求新技术,希望用上无线技术,甚至最好是 5G 技术等。对大部分企业,如果设备不是非常大,布线不是非常难,设备位置不经常进行变动,速锐得科技还是建议以有线网络为宜。因为对工业互联网而言,稳定可靠是第一位的,有线网络在传输速度、稳定可靠方面还是经过考验的。 在有线与无线之间,我们更应该根据场景选择不同的解决方案,稳定压倒一切,工业互联网的基础是稳定可靠,千万别舍本求末。 3. 天灾鼠祸坑:上遭雷劈,下遭鼠啃 工业互联网系统除了自身稳定可靠以外,还有很多意想不到的事情发生。 某单位位于雨多雷多的西南三线地区。某个夏天,该单位着急让我们工程师去,说是有些机床采集不到信息了。经过工程师现场排查,发现是因为这个用户位于山区,车间之间的光纤收发器被雷击了,最后又重新布线并加装防雷击装置。 还有一个用户反映有台机床采集不稳定,时好时坏,非常诡异。速锐得科技工程师在软件系统、机床端反复排查都没有发现问题,最后居然发现是地槽里的网线被老鼠咬坏了,造成接触不良,系统表现为时通时断。类似这种情况,可谓是防不胜防,但这些都可以通过网络走线、增加网线防护管、投药灭鼠等方式进行防护。 工业互联网,网络是基础,上防天(雷击),中防地(车碾脚踩),下防鼠(乱啃)。 三、人坑:以人为本,小心被“坑” 无论任何系统,任何技术,人永远是主体,如果没有人的配合,甚至是发生人为限制、人为破坏,再好的系统也产生不了价值。 1. 厂家设坑:唯有中国,采集功能受限 有些系统具备网络通讯功能,用户只要花钱就能开通,就能进行数据通讯与采集,然而有些设备的通讯协议是花钱也买不到的。某亚洲大品牌数控机床,厂家自身开发的数据采集功能非常强大,对欧美等第三方软硬件公司都开放,但只有在中国,网关 CAN 总线数据采集功能受限,不能进行实时数据采集,每天只能进行有限次数的数据导出,这种非实时的数据采集价值就大为降低,速锐得为此,委派了首席研发工程师去现场解码适配原厂网关 CAN 总线数据协议。 这是人为区别对待,厂家设坑,第三方服务商(销售公司)无能为力。 2. 人为拔线坑:唯恐被监控,“智能故障”频发 工业互联网的目的是为了实时总线采集数据,洞察过程异常与优化管理决策。但很多人,特别是一线机床操作工,往往认为实施系统的目的就是监控自己,常常怀有很强的抵触心理。 记得某单位在实施设备联网后,用户领导很恼火地投诉,说采集的数据不准,数据经常采集不到。速锐得科技工程师去现场后,发现系统运行正常,所描述的问题不能复现,几天工作都没有进展,在和操作工熟悉后,操作工主动说是他拔掉的网线。 精益生产的核心就是识别浪费、持续改善。企业实施工业互联网主要目的不是为了监控工人,是为了实时采集数据后进行科学分析,定位设备利用率低的原因,通过改善减少各种等待,提升设备利用率与产品质量的一致性,这实际上不只是帮助企业,也是帮助操作工,因为通过协同准备等举措完善管理后,操作工的劳动强度会大大降低,生产效率明显提升,操作工自然可以赚到更多的报酬。 以人为本,以利他之心帮助企业、帮助一线员工,才能有效减少一线员工的抵触情绪,否则,群众的“智慧”是无穷的,故障会“智能频发”的,再好的系统也将很难使用起来。 天算地算不如人算,系统智能终归不如人的智能,一定避免因为单纯的管理而掉进人为挖的“坑”。 3. 大数据坑:数据盲目求多,冗余低效 某华东用户经过两年运行后反馈,说系统运行速度变慢。经过开发人员分析发现,项目实施时,用户受大数据等概念影响,认为采集数据越多越好,坚持尽量多采数据,这样每个站点采集变量在 6 万个左右。在这种数据巨量高频采集的情况下,时间久了,系统存储了大量的无用数据,系统对数据的采集、存储、分析等性能明显降低,导致用户使用体验大大降低。 经过与用户反复沟通,本着以真实需求为导向,结合用户专业特点及实际管理需要,精简掉近 8 成的采集数据种类,并对系统做了优化,数据数量虽然降下来了,但质量上来了,对用户的使用价值与用户体验也大为提升。 4. 甲方掉坑:前期不谨慎,被当小白鼠 以上是站在实施方角度,总结出了工业互联网实施过程的一些“坑”。对最终用户而言,选择专业的供应商,这些“坑”都可以被有效地规避掉。但最大的坑莫过于自己主动掉“坑”。 有些制造企业对工业互联网不太了解,对其工业属性认识不足,认为工业互联网就是一套软件系统,表面上看着差不多,或者受互联网思维影响,只强调了软件界面等 IT 技术,就听信一些供应商拍胸脯的承诺,再加上价格等原因选择了一些所谓的“新公司”、“新技术”、“新产品”、“新价格”,岂不知,这很可能掉进了深坑。 工业互联网系统是典型的工业软件,完全不同于一般的 IT 系统,除了技术原理、架构设计、开发能力、稳定性等以外,工业互联网也是一套容器,注入了很多的工业经验与实施诀窍,这是需要做很多项目、长期沉淀而成,见多才能识广。如同汽车工业一样,软件只有大智慧,没有小聪明,只有持续完善,很难有彻底颠覆,一套成熟系统需要长时间打磨和实践检验,没有任何捷径可走。制造企业没有必要,也有没有义务陪着供应商在自己贵重设备上长时间地摸索,时间就是金钱,时间就是成本。 如果因为价格便宜等原因而选择一套不成熟的系统,这是非常不划算的,软件省下的少许费用在总价上千万乃至上亿的设备面前是微不足道的,轻则系统不稳定,数据不准确,管理无价值,重则出现设备受损、产品报废、人身事故的严重后果。对工业互联网而言,系统稳定、快速实施、设备安全、管理有效,才是最关键的。 四、结束语 工业互联网,并非坦途,处处有坑。机有坑,网有坑,人有坑,科学规划、可靠落地,千万别机被坑、网被坑、人被坑! 最后改编《西游记》主题歌词,送给正在上下求索的工业互联网朋友们:“填平深坑成大道,斗罢险坑又出发。一番番春秋冬夏,一场场酸甜苦辣;敢问‘坑 ' 在何方?‘坑 ' 在脚下!”
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