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工业互联网推进两化融合进程

行业上下游中国仪表网2015年08月21日 10:46人气:2403

  【中国仪表网 行业上下游】制造业作为我国国民经济的主体,国家一直重视着制造业发展。但在全球经济发展的状态下,我国需要改变发展战略,提升我国制造业的竞争力。移动互联网+的出现就提供了一个良好的机遇。
  

  《中国制造2025》是我国第一次从国家战略层面描绘建设制造强国的宏伟蓝图,它强调推进两化深度融合。
  
  在一座座具体的工厂,除了人之外,工厂的核心就是机器设备,工业基础元件则是构成机器设备的最小元素。当前信息化的具体体现形式是“互联网+ 传统行业”。而要实现两化深度融合,必需从基础开始,将工业基础元件融入到互联网 中,实现互联网 工业基础元件。
  
  移动互联 工业基础元件是实施互联网 有效手段
  
  与火热的穿戴电子不同,工业化一直跟踪电子信息技术的发展,并成立了为工业服务的专业——工业自动化。自上个世纪80年代开始,工业领域就开始实施工业通信网络方面的工作,2000年以后现场总线的广泛应用标志着工业通信网络走向成熟。随着互联网技术的高速发展,工业领域也借助不断发展的互联网技术将工业通信网络向工业互联网推进,工业互联网也由概念逐步走向应用,成功案例日益增加,但和已融入人们生活的互联网相比,工业互联网的推进非常缓慢。
  
  是什么阻碍了工业互联网的发展?笔者认为,通过三十多年的发展,工业通信网络技术成熟、体系完备,并且能满足其服务对象的需求;而工业互联网目前还是以简单的信息交互为主,停留在单纯的信息交互层面上,与成熟的工业通信网络的作用相差不大,它的目标是取代现有的工业通信网络,其技术驱动力大于市场驱动力。多年以来,作为全球工业设备主要供应商之一的西门子,利用其在设备制造的强势地位,将以西门子为主制定的工业通信网络与其供应的设备捆绑在一起,设备与通信网络互相配合,排斥其他类型工业通信网络,事实上已成为工业通信网络的垄断者。以德国西门子为首定义的“工业4.0”是构建在现有工业通信网络之上,它弱化工业设备及其元件与互联网 的融入,“工业4.0”将要把我们引向何方,值得我们深思。
  
  作为在工业通信领域浸渍多年的笔者,根据工业基础元件、工业现场的特殊性以及工业互联网推进过程中遇到的问题提出了:在互联网 +工业基础元件过程中,走出工业互联网发展模式,将现有工业通信网络融入到互联网 +工业基础元件之中,使其不破坏现有的工业通信网络。由于工业通信网络都是采用通信电缆进行数据传输,不仅工业通信网络的通信电缆和工业互联网不相同,就是不同类型的工业通信网络,其通信电缆也互不兼容。移动互联不需要电缆正好规避了通信电缆的互不兼容性,所以能迅速推进互联网 工业基础元件的进程。
  
  笔者第一个互联网 +工业基础元件选择了在工业上应用广泛、价格低廉的电动机保护器作为实施对象。该电动机保护器保留了原有的工业通信网络(modbus、devicenet和profibus),增加了数据存贮量,借助WiFi和移动终端(如:手机、笔记本电脑、平板电脑等)将电动机保护器拓展为云终端和云存储,从而实现了移动互联 电动机保护器。移动互联 电动机保护器兼容现有工业通信网络,所以它在推广过程中没有遇到任何阻力,迅速得到市场的认可。
  
  移动互联 工业基础元件条件已成熟
  
  互联网+ 工业基础元件的核心元件是MCU,移动互联+ 工业基础元件是实现工业互联网 的最佳捷径。如果MCU能集成移动互联功能,不仅能减化互联网 +工业基础元件过程中软硬件开发工作,而且容易将移动互联嵌入到工业基础元件之中,与工业基础元件融为一体。相对于有线网络,移动互联的关键技术是无线数据传输。在穿戴电子与IoT的驱使下,MCU厂商已将无线数据传输功能集成到MCU中,产生了一类新型MCU即WirelessMCU。
  
  由于无线数据传输种类繁多,如:Sub1GHz、ZigBee、Bluetooth、WiFi……等,也产生了与之相对应的Wireless MCU。本文中谈到Wireless MCU特指集成了移动互联功能的Wireless MCU,它不需要在移动终端(如:手机、笔记本电脑、平板电脑等)增加任何硬件就能实施信息交互的无线数据传输,即:Bluetooth和WiFi。
  
  Bluetooth和WiFi的发展与其他技术驱动的无线数据传输方式不同,它是在市场驱动下不断完善的。特别是以智能手机为代表的移动终端在人们日常生活中广泛渗透,作为移动终端标准配置的Bluetooth和WiFi,无论是在技术、价格上还是在产业化发展速度和成熟度上都超过了历史上任何一种数据交互方式,并形成了以Bluetooth和WiFi为核心的移动互联生态链。
  
  移动终端向智能家居领域渗透,使WiFi迅速进入智能家居领域。特别是随着以小米手机、小米电视、小米路由器为核心的智能家居生态链的形成,WiFi不仅应用在电视、冰箱这样的大家电中,而且还应用在对体积、价格要求苛刻的小家电中,如售价39元的小米WiFi智能插座。巨大的市场需求促使MCU厂家将WiFi集成到MCU中。2013年7月TI发布了WiFi MCU CC3200;2014年6月乐鑫信息科技(上海)有限公司发布了具有WiFi功能的SoCESP8266,在ESP8266中固化了常用输入输出功能,实现了不需要写代码就能开发出类似于WiFi智能插座这样的产品。下文提到的移动互联 电动机保护器采用了ESP8266。
  
  可穿戴电子的发展促使BluetoothMCU的产生。与智能家居相比,除了对体积、价格要求苛刻外,可穿戴电子对功耗要求也十分苛刻。WiFi的功耗大,为了满足穿戴电子的低功耗要求,BLE(Bluetooth Low Energy)应运而生。BLE除了最低功耗外,还从机制上减少了与WiFi发生信道冲突的机率,使BLE与WiFi在同一空间形成互补。MCU厂家同样顺应市场需求,开发出BLE MCU。目前主流的BLE MCU有TI的CC2540、CC2541和CC2640,CSR的CSR1000、CSR1001、CSR1010和CSR1011,以及NORDIC的nrf51822等。
  
  半导体技术经过数十年的发展,集成电路可靠性越来高,集成电路工业级与商业级的界线名存实亡(商业级工作温度范围:0℃~ 70℃、工业级工作温度范围:-20℃~ 70℃)。上文中提到的WiFi MCU和BLE MCU,其最低工作温度都不高于-20℃,最高工作温度都不低于 70℃,完全能满足大多数工业环境的要求。BLEM CU和WiFi MCU的大规模产业化应用为移动互联 +工业基础元件奠定了产业化基础。
  
  移动互联 工业基础元件是两化深度融合捷径之一
  
  工业基础元件处于工业现场的最前端,它感知到的数据滞后少,真实性高。实现互联网 +工业基础元件之前,工业基础元件所感知到的数据是零散孤立的。零散孤立的数据,其利用价值不大。当实现互联网 +工业基础元件后,工业基础元件感知到的数据通过互联网形成大数据,它们的价值才能真正体现出来。此时“信息化和工业化的深度融合”就具体了。移动互联+ 工业基础元件是根据目前工业通信网络的现状,将现有工业通信网络融入到互联网 +工业基础元件之中,利用移动互联无电缆特性实施移动互联 工业基础元件,规避了通信电缆之间的兼容性问题,能迅速推进互联网 +工业基础元件的进程。
  
  以电动机保护器为例,在实施移动互联 +之前,电动机保护器主要作用局限在电动机出现故障后保护电动机及其供电线路,防止故障进一步扩散。尽管它也通过通信网络传输数据,由于知识、资源的局限,这些数据都是经处理后的非原始数据,过滤掉了许多有用信息。在实施移动互联+ 后,电动机保护器所感知的原始数据通过WiFi和移动终端传输到互连网上形成大数据,不同专业领域可以从这些大数据中挖掘出他们需要的信息,并利用这些信息服务于工业,从而创造出新的发展生态。
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