有老哥用过这种伺服驱动 施耐德电气吗

原标题:设备不联网,谈何智能生产?

推进智能制造到底难在哪儿?又该怎么办?本文和大家分享黄培博士在e-works举办的第四届智能制造国际论坛上发表了主题演讲,分析智能制造当前面临的难点问题与对策。

当前,我国制造业面临着异常严峻的挑战:

① 人口红利消失、未富先老、企业招工难,人工成本迅速上升;

② 高房价、高地价迫使国内制造业向内地转移,低成本制造业向东南亚国家转移;

③ 高赋税以及社保费用的压力也给企业带来高昂的运营成本;

④ 今年以来,钢铁、化纤等原材料价格上涨对下游行业带来巨大的成本压力;

⑤环保风暴也给很多企业敲响了警钟;

⑥ 中兴事件则暴露出我国制造业核心技术缺失的尴尬现状;

⑦ 国际贸易争端更是对出口型企业雪上加霜;

⑧ 从近期的统计数据来看,我国出口的第一大省广东的采购经理人指数已下滑到枯荣线之下,面临空前压力;

⑨ 乘用车行业的产销量已出现了下滑。

在这种背景下,制造企业如何实现转型升级?推进智能制造成为重要的途径。然而,目前我国制造企业推进智能制造面临着诸多难点问题:

概念满天飞,技术一大堆

近几年来,从工业4.0的热潮开始,智能制造、CPS、工业互联网(平台)、企业上云、工业APP、人工智能、工业大数据、数字工厂、数字经济、数字化转型、C2B(C2M)等概念接踵而至,对于大多数制造企业而言,可以说是眼花缭乱、无所适从。

▲智能制造领域,概念众多

智能制造涉及的技术非常多,例如云计算、边缘计算、RFID、工业机器人、机器视觉、立体仓库、AGV、虚拟现实/增强现实、三维打印/增材制造、工业安全、TSN(时间敏感网络)、深度学习、Digital twin、MBD、预测性维护......,让企业目不暇接。这些技术看起来都很美,但如何应用,如何取得实效?很多企业还不得而知。

企业推进智能制造领域的相关技术十分缺乏经验,欠缺可以借鉴的成功案例。目前,制造企业已经存在三种类型的孤岛:信息孤岛、自动化孤岛,以及信息系统与自动化系统之间的孤岛。企业目前也缺乏统一的部门来系统规划和推进智能制造。在实际推进智能制造的过程中,企业也仍然是头痛医头,缺乏章法。

理想很丰满,现实很骨感

推进智能制造,前景很美好。但是绝大多数制造企业利润率很低,缺乏自主资金投入。在“专项”、“示范”以及“机器换人”等政策刺激下,一些国有企业和大型民营企业争取到各级政府给予的资金扶持,而中小企业只能“隔岸观火”,自力更生。然而,为了争取政府项目,方案必须做得漂亮,档次必须高大上,投入必须上亿。

大屏幕指挥中心是必须有的,大量采用机器人的自动化生产线是必须建的,立体仓库、AGV也是可以有的,MES更是必不可少的,国产系统是必须用的。至于究竟能否取得实效,就只有企业“冷暖自知”了。

自动化、数字化还是智能化?

在推进智能制造过程中,不少企业对于建立无人工厂、黑灯工厂跃跃欲试,认为这就是智能工厂。而实际上,高度自动化是工业3.0的理念。

对于大批量生产的产品,国外的优秀企业早就实现了无人工厂,例如日本FANUC全自动装配伺服电机,40秒一个,但其前提是产品的标准化、系列化,以及面向自动化装配的设计,例如将需要用线缆进行插装的结构改为插座式的结构。

e-works两次组团参观三菱电机的名古屋制作所可儿工厂,他们非常明确,对于大批量生产的产品,大量应用机械手,实现高度自动化;对于中小批量的产品,推进低成本自动化,即部分工位的自动化;而对于单件定制的产品,采取手工装配。

去年,e-works考察团参观施耐德电气的法国诺曼底工厂,他们非常客观地介绍,该工厂是生产继电器的自动化工厂,但还不是智能工厂,邀请我们来年再去,实际上该工厂实现了从绕线、装配、包装等全流程的自动化,而且可以在一条产线生产多种变型产品。

西门子一直将被广泛誉为工业4.0典范的安贝格电子工厂称为数字化工厂,其特点是人机协作的柔性自动化生产、智能物流、工业软件广泛应用、海量的数据采集以及大数据分析。

一个真正的智能工厂,应该是精益、柔性、绿色、节能和数据驱动,能够适应多品种小批量生产模式的工厂。智能工厂不是无人工厂,却是少人化和人机协作的工厂,推进智能工厂绝不是简单地实现机器换人。南京的爱立信工厂有一条装配线,一开始设置的自动化率是90%,后来发现调整为70%,增加若干人工工位,整体质量和效率反而是最优的。此外,对于装备制造行业,机加工等工序并不适合建立自动化生产线,而建立FMS(柔性制造系统),则是更现实的选择。MAZAK、FANUC的机加工车间应用FMS已达到720小时无人值守,自动生产不同的机械零件。

▲MAZAK的FMS(柔性制造系统)

制造企业的企业家,尤其是中小型民营企业的老板,非常关心投资回报。我多次听到一些企业家提出,必须能够在三到四年能够收回投资的信息化、自动化系统才投入,甚至有期望值更高的,希望能够找到“下金蛋的鸡”。然而,有些账容易算,比如某条产线减少了多少工人。有些账却不那么容易算,例如工业软件的应用涉及到如何满足企业不断变化的个性化需求。

作为一个使能要素,企业离不开工业软件,却难以计算出它究竟为企业直接或间接节省了多少成本,赚了多少钱。如果选型、实施和应用不到位,更是常常用不起来,业务部门牢骚满腹。长此以往,制造企业更加重硬轻软,最后停留在小打小闹地做一点局部的自动化改善。

数据采集与设备联网,迈不过去的坎

企业要真正实现智能制造,必须进行生产、质量、设备状态和能耗等数据的自动采集,实现生产设备(机床、机器人)、检测设备、物流设备(AGV、立库、叉车等),以及移动终端的联网,没有这个基础,智能制造就是无源之水。

但是,我常常看到很多制造企业还停留在单机自动化阶段,甚至一些知名企业的生产线也未联网。没有基础的设备联网,何谈工业互联网?!

无论是推进企业信息化、两化融合,还是进一步实现数字化转型,推进智能制造,基础数据的规范性和准确性都是必要条件。很多企业在实施ERP,或者ERP升级换型的过程中,花费时间最多的就是基础数据的整理。企业管理的规范性、业务流程的清晰,也是企业推进智能制造的“敲门砖”。但现实的情况是,一些企业的基础数据还没有理顺,却在大谈“工业大数据”。这种舍本逐末的做法,注定是难以取得实效的。

推进智能制造有这么多难点问题,那么,制造企业究竟有何对策?如何避免变成“滑铁卢战役”呢?

首先,必须明确智能制造不是目的,而是手段

推进智能制造的核心目的是帮助企业通过实现降本增效、节能降耗、提高产品质量、提升产品附加值、缩短产品上市周期、满足客户个性化需求,以及向服务要效益等途径,提升企业的核心竞争力和盈利能力。推进智能制造绝不能搞面子工程。

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原标题:十大无线通讯技术优劣及应用场景

在实现物联网的通讯技术里面,蓝牙、zigbee、Wi-Fi、GPRS、NFC等是应用最为广泛的无线技术。除了这些,还有很多无线技术,它们在各自适合的场景里默默耕耘,扮演着不可或缺的角色。现在随着物联网解决方案供应商云里物里科技一起来看下常见的十大无线通讯技术优劣及应用场景。

十大物联网通讯技术优劣及应用场景

蓝牙是一种无线技术标准,可实现固定设备、移动设备和楼宇个人域网之间的短距离数据交换,蓝牙可连接多个设备,克服了数据同步的难题。蓝牙技术最初由电信巨头爱立信公司于1994年创制。如今蓝牙由蓝牙技术联盟管理,蓝牙技术联盟在全球拥有超过25,000家成员公司,它们分布在电信、计算机、网络、和消费电子等多重领域。

蓝牙技术的特点包括采用跳频技术,抗信号衰落;快跳频和短分组技术能减少同频干扰,保证传输的可靠性;前向纠错编码技术可减少远距离传输时的随机噪声影响;用FM调制方式降低设备的复杂性等。其中蓝牙核心规格是提供两个或以上的微微网连接以形成分布式网络,让特定的设备在这些微微网中自动同时地分别扮演主和从的角色。蓝牙主设备最多可与一个微网中的七个设备通讯, 设备之间可通过协议转换角色,从设备也可转换为主设备。

与蓝牙技术不同,ZigBee技术是一种短距离、低功耗、便宜的无线通信技术,它是一种低速短距离传输的无线网络协议。这一名称来源于蜜蜂的八字舞,由于蜜蜂是靠飞翔和“嗡嗡”(zig)地抖动翅膀(bee)的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息,也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。

ZigBee的特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率,ZigBee协议从下到上分别为物理层、媒体访问控制层、传输层、网络层、应用层等,其中物理层和媒体访问控制层遵循IEEE 802.15.4标准的规定。ZigBee技术适合用于自动控制和远程控制领域,可以嵌入各种设备。

Wi-Fi在我们的生活中非常常见,一线城市的几乎所有公共场所均设有无线网络,这是由于它的低成本和传输特性决定的。Wi-Fi是一种允许电子设备连接到一个无线局域网的技术,通常使用2.4G UHF或5G SHF ISM 射频频段,连接到无线局域网通常是有密码保护的;但也可是开放的,这样就允许任何在WLAN范围内的设备可以连接上。

由于无线网络的频段在世界范围内是无需任何电信运营执照的,因此WLAN无线设备提供了一个世界范围内可以使用的,费用极其低廉且数据带宽极高的无线空中接口。用户可以在Wi-Fi覆盖区域内快速浏览网页,随时随地接听拨打电话,有了Wi-Fi功能我们打长途电话、浏览网页、收发电子邮件、音乐下载、数码照片传递等,再无需担心速度慢和花费高的问题。

无线网络在掌上设备上应用越来越广泛,而智能手机就是其中一份子。与早前应用于手机上的蓝牙技术不同,Wi-Fi具有更大的覆盖范围和更高的传输速率,因此Wi-Fi手机成为了2010年移动通信业界的时尚潮流。

4、LiFi的技术特点

LiFi也叫可见光无线通信,它是一种利用可见光波谱进行数据传输的全新无线传输技术,由英国爱丁堡大学电子通信学院移动通信系主席、德国物理学家哈拉尔德?哈斯教授发明。LiFi是运用已铺设好的设备,通过在灯泡上植入一个微小的芯片形成类似于WiFi热点的设备,使终端随时能接入网络。

该技术最大的特点是通过改变房间照明光线的闪烁频率进行数据传输,只要在室内开启电灯,无需WiFi也便可接入互联网,未来在智能家居中有着广泛的应用前景。

5、GPRS的技术特点

GPRS我们可以说非常熟悉了,它是GSM移动电话用户可用的一种移动数据业务,属于第二代移动通信中的数据传输技术。GPRS可说是GSM的延续,GPRS和以往连续在频道传输的方式不同,是以封包式来传输,因此使用者所负担的费用是以其传输资料单位计算,并非使用其整个频道,理论上较为便宜。

GPRS是介于2G和3G之间的技术,也被称为2.5G,它为实现从GSM向3G的平滑过渡奠定了基础。随着移动通信技术发展,3G、4G、5G技术均被研发出来,GPRS也逐渐被这些技术所取代。

Z-Wave是一种新兴的基于射频的、低成本、低功耗、高可靠、适于网络的短距离无线通信技术,由丹麦公司Zensys所一手主导的无线组网规格。工作频带为908.42MHz(美国)~868.42MHz(欧洲),采用FSK(BFSK/GFSK)调制方式,数据传输速率为9.6 kbps,适合于窄宽带应用场合。

随着通信距离的增大,设备的复杂度、功耗以及系统成本都在增加,相对于现有的各种无线通信技术,Z-Wave技术将是最低功耗和最低成本的技术,有力地推动着低速率无线个人区域网。

7、射频433的技术特点

射频433也叫无线收发模组,采用射频技术,由全数字科技生产的单IC 射频前段与ATMEL的AVR单片机组成,可高速传输数据信号的微型收发信机,无线传输的数据进行打包﹑检错﹑纠错处理。

射频433技术的应用范围包括无线POS机、PDA等无线智能终端、安防、机房设备无线监控、门禁系统。交通、气象、环境数据采集、智能小区、楼宇自动化、PLC、物流追踪、仓库巡检等领域。

NFC是一种新兴的技术,使用了NFC技术的设备可以在彼此靠近的情况下进行数据交换,是由非接触式射频识别(RFID)及互连互通技术整合演变而来,通过在单一芯片上集成感应式读卡器、感应式卡片和点对点通信的功能,利用移动终端实现移动支付、门禁、身份识别等应用。

近场通信技术实现了电子支付、身份认证、票务、数据交换、防伪、广告等多种功能,它改变了用户使用移动电话的方式,使用户的消费行为逐步走向电子化。

9、UWB 的技术特点

UWB是一种无载波通信技术,利用纳秒至微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据。UWB在早期被用来应用在近距离高速数据传输,近年来国外开始利用其亚纳秒级超窄脉冲来做近距离精确室内定位。

与蓝牙和WLAN等带宽相对较窄的传统无线系统不同,UWB能在宽频上发送一系列非常窄的低功率脉冲。较宽的频谱、较低的功率、脉冲化数据,意味着UWB引起的干扰小于传统的窄带无线解决方案,并能够在室内无线环境中提供与有线相媲美的性能。

Modbus是一种串行通信协议,是Modicon公司(现在叫施耐德电气)于1979年为使用可编程逻辑控制器通信而发表。Modbus已经成为工业领域通信协议的业界标准,并且现在是工业电子设备之间常用的连接方式。

Modbus协议是一个master/slave架构的协议。有一个master节点,其它使用Modbus协议参与通信的节点是slave节点,每一个slave设备都有一个唯一的地址。在串行和MB+网络中,只有被指定为主节点的节点可以启动一个命令。

有许多modems和网关支持Modbus协议,因为Modbus协议很简单而且容易复制,它们当中一些为这个协议特别设计的,不过设计者需要克服一些包括高延迟和时序的问题。

“一个萝卜一个坑”,在各自应用领域发挥优势

无线通讯技术是未来实现物联网和工业自动化最基本的技术,随着无线应用的增长,各种技术和设备也会越来越多,也越来越依赖于无线通信技术。

如上述列出的十大无线通讯技术,每种技术都有自己的优缺点,也受限于自身的应用场景。如Z-Wave技术在住宅、照明商业控制以及状态读取应用方面有着不可替代的优势;蓝牙、Wi-Fi的成本和传输特性明显,在常见的联网场景如商场、交通等场所优势很大;而Modbus的技术特点决定了它注定是工业领域通信的首选,地位无可代替。

要想实现真正的物联网,未来需要这些技术联盟和人员齐心协力,相互互合作,一起支撑起全球巨大的物联网网络。

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