“哑设备”和“铁疙瘩”才是工业物联网平台的救命稻草!


作者:物女王(彭昭)

物联网智库 原创

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——   【导读】   ——

IIoT云平台是否能按照各家企业期待的那样,短期之内打开局面,实现广泛应用呢?是否能够承载足够的数据量成为真正的平台?目前看来,梦想还远得很。


这是我在物联网智库|物女心经专栏|写的第050篇文章。



今年有句话说:孵化器太多了,创业者都不够用了。明年很可能就变成:工业云太多了,旧数据都不够用了。本人最近搜集并突击阅读了不下10份工业物联网白皮书,发现国内工业云平台的数量过剩的程度,可能比你想象地还要严重

 

不难看出,工业物联网IIoT云平台大受推崇的原因在于,各家厂商都希望寻找制造业的共同痛点,推出具有普适性的产品,而云平台无疑是当前阶段的显性选择。

 

但是,IIoT云平台是否能按照各家企业期待的那样,短期之内打开局面,实现广泛应用呢?是否能够承载足够的数据量成为真正的平台?目前看来,梦想还远得很。

 

 

如果物联网云平台的确有能力,就请一次只击倒一个“保龄球瓶”

 

曾几何时,消费物联网领域也经历了与之极为类似的,堪称井喷式的的平台之争。

 

如果你接触物联网的时间够早,估计有个名字能勾起你的情怀,那就是Pachube。Pachube是一家2008年在英国成立的物联网创业公司,也是2009-2013年期间物联网创业的网红,被多次评选为TOP 10物联网初创公司。

 

后来Pachube更名为Xively,名气更上一层楼,在消费物联网领域几乎人尽皆知。由于Xively从一开始的志向就相当远大,立志成为最具通用性的物联网云平台,连接所有现实环境中的物体,包括建筑物、汽车、座椅、茶杯…用它的话说就是“to be responsive to and influence your environment”。Xively最光辉的时刻号称已连入2.5亿智能设备和1700万用户,由此产生的强烈示范效应,像兴奋剂一样刺激着类似的消费物联网云平台争相效仿。

 


但是如今,Xively几乎已经销声匿迹。如同Twitter之于微博,作为Xively在国内的紧密追随者,Yeelink同样希望将整个世界连接到云端,那么重点来了,Yeelink现在的情况如何?

 

另外,与Xively的做法形成对比,还有一家公司名为Withings,也成立于2008年,总部在法国。起初Withings并没想着一次性做成通用的物联网云平台,而是先从智能追踪器等硬件产品入手,研发了智能手表、电子秤、体温计、血压计、婴儿监测器等产品,踏踏实实的采集原先不可记录和追溯的个人健康数据,形成了很好的市场口碑和足够的销售额。

 

“哑设备”和“铁疙瘩”才是工业物联网平台的救命稻草!

 

后来,Withings发展出了深耕健康这一垂直领域的物联网云平台,并将各种企业组合起来形成联盟,共同使用和推广Withings数字健康云。Withings这种先在利基市场站稳脚跟,再谋求平台式扩张的做法,发展得生机勃勃。后来Withings嫁入豪门功成身退,它在2016年被诺基亚收购,加入了诺基亚新成立的数字健康部门,并购交易额1.7亿欧元,约合人民币12.5亿元。

 

与Withings打法类似的成功企业还有不少,比如欧瑞博从智能开关切入智能家居IoT平台、汉威电子从空气电台切入家庭环境监测平台…屡屡验证了这种从单个智能硬件赛道占领利基市场,形成良性循环,再寻求横向IoT平台式发展的方法可行性。

 

对于上述两类企业、两套做法的差异,其实在经典著作《龙卷风暴》一书中早已给出了论断。书中认为对于早期市场,一开始不能指望击倒全部立在市场各个行业中的“保龄球瓶”,而应该持续专注,花时间对某一垂直领域的连锁反应进行认真研究,将潜在的市场挖掘出来,变成真正的利润,随后再追求平台化发展,才是健康的发展路线。

 

书中观点也与巴菲特的“能力圈”理论不谋而合。巴菲特说:如果你的确有能力,你就会非常清楚你的能力圈边界在哪里。没有边界的能力根本不能称之为“能力”。

 

知道自己不能做什么,甚至比知道自己能做什么更重要。边界问题在物联网云平台体现地尤为明显。

 

让我接着把刚才的故事讲完,作为Xively在国内的追随者,Yeelink起初对其高度模仿,但却没有步Xively的后尘。它在快速试错之后转而从智能终端入手,专注智能照明这一垂直市场,推出Yeelight之后运营情况逐步好转,并最终搭上小米的生态快车,达成深入合作。

 

舍得在“数据采集侧”下笨功夫,IIoT云平台的明天会更好

 

乱入工业战局的互联网企业和IT企业往往采用“从上到下”的视角来审视IIoT云平台的发展,他们的IIoT云平台大多部署在工业网关之上,经由网关起到设备与云平台之间的通讯连接作用。这种发展思路与Xively类似,从通用性工业云平台开始起步,看似找到了一条成功的捷径,实则是因为缺少对于工业现场OT运营技术和工艺层面的理解。

 

当如今的工业物联网领域,大多数人仍旧沉浸在Xively“击倒全部保龄球瓶”的梦幻之中时,只有一小撮企业尝试用Withings视角开始突围。

 

没有数据,IIoT云平台就是无本之木,无源之水。现实情况是,工业物联网世界的奥秘蕴藏在网关之下。一旦进入这个真实世界,采用“从下到上”的视角观察,你只能看到一地鸡毛。工业现场充满多源设备、异构系统,环境相当复杂,受制于传感器部署不足的短板,存量装备智能化水平低,工业现场的数据采集一直是推进工业信息化进程中的一个难点。现场设备种类繁多、通讯协议纷繁复杂、年代久远的设备又缺乏网络通讯的软硬件条件…这些都为现场设备层的数据获取增加了很大困难。因此,像Withings一样找准一个角度先行突破并不容易。

 

真正的聪明人,都在暗下“笨功夫”。之前的文章中我曾经提到,有人正在从工业中随处可见的“铁疙瘩”入手,使用与Withings类似的思路谋求脚踏实地的发展。他们与Withings的区别在于,Withings采集的是原先不可记录和追溯的个人健康数据,而这些工业企业采集的是机械传动部件的内在“体征”数据,把它们作为利基市场中IIoT的改造对象,原创性的从中提取数据进行分析,率先击倒这一类“外表木讷”,别人看不上的“保龄球瓶”。

 

比如在日本东京机械要素展上首次亮相的一款联轴器产品,虽然和普通的联轴器在外观上并没有什么不同,但它其实是一款自带感知能力的智能型机械传动产品,内置了扭矩检测功能。

 

不要小看这一小步的改进。在我们的生产设备中,包含大量的机械零部件,尤其是那些帮助实现设备运转的各类传动组件,例如:联轴器、减速机…等等,它们在设备运行过程中的各种数据状况信息,对设备的生产运营管理和决策来说,是十分重要的。

 

“把一件事情做到10倍好,比做到提升10%要容易得多。”说这话的人是谷歌实验室GoogleX的负责人泰勒。他说:“尝试做一样新东西,做法无外乎两种风格:一种是小幅变动,不会有吓人一跳的版本改进,往往得到的就是10%的成果。但如果想要获得真正的革新,你就得重新开始,尝试另一种方式,打破一些基本假设,还有可能要打破常规,违背常理。”

 

在工业现场也有两种做法,一种是在已经产生了数据的地方,从网关或SCADA中把数据读取上来,通过云端进行分析,获得比原来提升10%的收益。另一种是在原先没有数据的地方,想办法把数据采集上来,完成从0到1的突破。后者即使取得的效果不如原来的10倍好,起码这是一种更有价值的探索方式。

 

这款联轴器产品便属于后者。它借助传动链中的机械传动组件自身具备的运动感知能力,将检测到的运行状态信息实时反馈给设备系统,帮助设备在运行时获得实时的有关传动轴的预防性维护数据;在不增加太多应用成本的情况下,为企业提供更丰富的设备诊断监测数据。

 

“哑设备”和“铁疙瘩”才是工业物联网平台的救命稻草!


“哑设备”和“铁疙瘩”才是工业物联网平台的救命稻草

 

在联轴器这个“铁疙瘩”之外,ABB、西门子、SICK等公司也在尝试改造从前的“哑设备”,在原本没有数据的地方创造并提取数据,他们选中的工具惊人地一致,那就是工业中随处可见的低压电机

 

“哑设备”和“铁疙瘩”才是工业物联网平台的救命稻草!


ABB给电机做了一款可穿戴设备,直接安装在电机的外壳上,通过蓝牙和智能手机直连,由手机担任网关将电机的数据上传到ABB Ability云平台进行分析。它能够监测温度、震动、能耗等状态,还可以根据振动频率,计算当前电机的转速和加速度。一旦参数偏离标准值,智能传感器就会发出警报通知操作人员,以达到持续监测与实时响应的目标。这款产品带来的效益包含降低70%的电机停机时间、延长30%电机寿命,并节省10%的耗能。


“哑设备”和“铁疙瘩”才是工业物联网平台的救命稻草!

 振动监测的典型信号链

 

工厂中那些使用了十几年的任意品牌的存量电机,都可以通过这款智能传感器产品迅速完成 “数字化”,将市场中数百万台的存量低压电机转化为智能互联设备。

 

“哑设备”和“铁疙瘩”才是工业物联网平台的救命稻草!


当然不可否认的是,这款产品还有很大的提升空间。目前该产品以小时为频度测量电机状态,最多可保存一个月的相关数据,通过蓝牙4.0与手机手动直连,电池寿命只有3-5年。未来它将通过工业网关自动实现与云端的通信,并拥有更为长久的电池寿命和更为强大的边缘运算能力。

 

“哑设备”和“铁疙瘩”才是工业物联网平台的救命稻草!


西门子的做法与之类似,由新一代Simotics SD和配件系列实现电机的数字化。其可穿戴传感器产品还处于概念阶段,并未见有实物推出。在西门子的描述中,这种全新的智能电机通过接入IIoT云平台MindSphere,用户可对电机状态进行简便分析,确定维护方案和时间。

 

“哑设备”和“铁疙瘩”才是工业物联网平台的救命稻草!


使用单个可穿戴设备检测电机的振动,这是一次很有意义的革新。它整合了传感器技术、网络通讯技术,以及云平台技术,完成了在线、动态、实时的状态监测。由于可以直接从电机中获得一手信息,不仅能够实时检测状况,还能根据反馈数据的变化趋势,提前对可能出现状况的相关环节采取预防措施,以减少设备的意外停机,并提升生产效率。

 

但由于该智能传感器位于电机外壳,犹如隔着衣服听诊,难以对轴向和径向的振动做出准确区分,状态监测的精度尚待验证。

 

从“可穿戴”到“植入式”,打入核心部件内部,IIoT逐步脱胎换骨

 

针对“存量”电机开发“外置”可穿戴产品是一种思路,有家来自德国西南部黑森林地区的公司SICK,尝试了另一种全新方式,从电机反馈数据本质上通过“内置”编码器改造伺服电机。

 

工业中很多约定俗成的做法,受到当初技术和环境的限制产生,比如广泛使用的多线制来连接电机与驱动器的做法就是其一。SICK明白,如果想要创造或者革新,那就不要因为其他人都在这么做,而接受任何惯例,应该从深层本质开始思考。

 

SICK的HIPERFACE DSL技术突破了传统伺服电机数据反馈的做法,让电机上的所有数据反馈应用仅需一个接口,也就是说,转速控制器与反馈系统之间使用一条信号线就已足够。

 

由于伺服反馈采用数字式通讯,能够在反馈运动控制数据的同时,承载更多与电机相关的信息,比如:产品标签、硬件参数、振动、扭矩、绕组温度…等状态信息,便于更有效的进行实时监控和诊断分析。用当下时髦的名词来说,就是从内在实现了伺服电机的“智能化”。

 


凭借全数字化接口HIPERFACE DSL,电机和驱动器只需一根电缆和一个插头相连,布线工作减少了一半,成本优势显著。更进一步,HIPERFACE DSL在电机整个生命周期中,开启了永久性状态监控的可能,数字协议深入了机器之心,一直“穿透”到电机转轴进行贴身“观察”。

 

通过HIPERFACE DSL可以采集到多样化的电机数据,包括工作小时、电机温度、消耗电流、转速、速度以及它们的相应变化量,由此实现的状态监控,可以产生两大好处:一是保护机器,避免高昂的间接损失。二是优化机器效率,达到最高的可用性和生产率。

 

我们都知道货币的时间价值,即现在的一块钱比未来的一块钱更值钱。工业数据的时间价值更加明显,当下这个微秒检测到的数据,其价值与下一秒、下一分钟、下一小时检测到的数据价值有天壤之别。一旦检测到气体泄漏或者机械故障,就要立即采取行动,防止灾难性事故的发生。时间敏感型数据的价值在解读之时便进入了衰减周期,延迟越长,决策价值越低。

 

联轴器、减速机、电机,这些传动部件接入工业物联网,带来的价值提升可想而知,这一趋势刚刚浮现。

 

过去针对传动设备的状态监测属于隔靴搔痒,主要应用于大型机组,比如柴油机、发电机、风机等装备,成本极高。工业现场中广泛使用的低压电机一般采用停机时静态检测,手动测试的方法完成日常监测,不仅耗时耗力,而且耽误生产。

 

凭借边缘智能传感器的快速发展,让数据频率分析可在信息离开节点之前完成,并及早判定信号内容。一些高阶计算模块可以执行快速傅里叶变换FFT、有限脉冲响应FIR,并使用智能提取,缩小抽样数据的范围。因此现在通过IIoT解决方案,低压电机也有能力实现以前成本高昂的状态监测,令其开始打入核心部件内部。

 

最后照旧泼盆冷水,虽然ABB、西门子、SICK等公司的方案令人耳目一新,但对于较为复杂的生产设备来说,要能够在出现系统异常时,快速精准的找到机械传动的故障点,并有效的采取预防措施,就需要对多级传动组件中的各个环节,进行全方位的实时动态监控和诊断,只针对电机进行状态监控还远远不够,期待IIoT在原创性思维的洗礼中,经历一次又一次的脱胎换骨。

 


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