近日，在National Instruments(美國國家儀器公司，以下簡稱NI)于上海舉辦的NIDays 2017上，中車青島四方在Keynote環(huán)節(jié)分享的案例備受矚目，其采用由NI與北京天澤智云科技有限公司(以下簡稱天澤智云)共同研發(fā)的基于NI InsightCMTM以及CompactRIOTM架構(gòu)的高鐵PHM(Prognostics Health Management，故障預(yù)測與健康管理)車載樣機(jī)，而這一PHM系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)室的臺架實(shí)驗(yàn)中準(zhǔn)確率高達(dá)90%，并將率先應(yīng)用在高鐵軸箱軸承部件的預(yù)測性維護(hù)場景中!
致力節(jié)省數(shù)十億，這個(gè)NI平臺搭建的高鐵PHM系統(tǒng)有點(diǎn)牛!
隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，中國智能制造2025、美國先進(jìn)制造伙伴計(jì)劃、德國工業(yè)4.0等一系列國家戰(zhàn)略的提出與實(shí)施，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(Industrial Internet of Things，以下簡稱IIoT)應(yīng)運(yùn)而生，成為全球工業(yè)體系智能化變革的重要推手。根據(jù)IDC對2016年全球物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)支出的相關(guān)統(tǒng)計(jì)，前3大支出行業(yè)——制造業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)和公用事業(yè)均為IIoT的子行業(yè)，并伴隨IIoT在未來幾年的爆發(fā)增長趨勢，呈現(xiàn)巨大的市場潛力。
圖1：IDC對2016年全球物聯(lián)網(wǎng)前3大行業(yè)支出的統(tǒng)計(jì)
中國高鐵的創(chuàng)新舉世矚目算是其中的代表案例，“復(fù)興號”高達(dá)350公里時(shí)速正式運(yùn)營，標(biāo)志著中國成為世界高鐵商業(yè)運(yùn)營速度最高的國家。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)表明，截止2016年底中國投入運(yùn)行的高鐵數(shù)量達(dá)到了2586列，其中43%是由中國中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司(以下簡稱中車青島四方)生產(chǎn)制造。
圖2：中車青島四方張志強(qiáng)主任闡述與NI、天澤智云合作的高鐵案例
據(jù)中車青島四方、國家工程實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)部主任張志強(qiáng)介紹，“在現(xiàn)有的運(yùn)營規(guī)模下，高速動(dòng)車組每年將產(chǎn)生數(shù)十億元的維修費(fèi)用，這對高鐵的可持續(xù)發(fā)展形成了很大的負(fù)擔(dān)與財(cái)務(wù)費(fèi)用?！币援?dāng)前高鐵軸箱軸承的運(yùn)維為例，當(dāng)軸箱軸承經(jīng)過不同里程的磨損后，采用的是無差別對待的定期多級維修方式(如一級修、二級修、三級修等)，從而產(chǎn)生了大量的維修冗余和費(fèi)用。因此，作為IIoT交通運(yùn)輸業(yè)的關(guān)鍵一環(huán)——高鐵系統(tǒng)從“周期性的定期多級維修方式”轉(zhuǎn)向“狀態(tài)監(jiān)測和可預(yù)測維修方式”就顯得尤為必要。
預(yù)測性維護(hù)方案通過對車輛的安全性能、動(dòng)力性能和整車的運(yùn)行性能、安全舒適度進(jìn)行監(jiān)測。只要軸箱軸承的相關(guān)參數(shù)處于安全的范圍之內(nèi)、性能狀態(tài)指標(biāo)不發(fā)生惡化，即無須進(jìn)行周期性檢修，從而節(jié)省了一大筆的維修成本。“這就是為什么中車青島四方選擇與PHM領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位的NI和天澤智云開展深度合作的原因!”張志強(qiáng)透露，“基于NI平臺搭建的高鐵軸箱軸承預(yù)測性維護(hù)方案預(yù)計(jì)在2018年初正式裝車使用，這在中國IIoT應(yīng)用中處于十分領(lǐng)先的地位!”
“IIoT是NI一直持續(xù)關(guān)注的方向，如最新基于TSN技術(shù)的平臺系統(tǒng)，在IIoT領(lǐng)域的預(yù)測性維護(hù)場景中優(yōu)勢十分顯著?！?NI全球技術(shù)與市場總監(jiān)Rahman Jamal在NIDays期間接受媒體專訪時(shí)這樣說道。事實(shí)上，NI面向工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)市場正在持續(xù)發(fā)力，推出新的產(chǎn)品與解決方案，如早期發(fā)布的InsightCMTM平臺、最新推出的SystemLink遠(yuǎn)程系統(tǒng)管理軟件以及相關(guān)的軟件工具包等。
基于平臺化軟硬件，NI著力打造一個(gè)管理所有工業(yè)設(shè)備的端到端架構(gòu)
隨著IIoT的不斷發(fā)展，IIoT在工業(yè)資產(chǎn)管理與設(shè)備維護(hù)之外，更需要通過有效的數(shù)據(jù)分析為企業(yè)提供更優(yōu)化的商業(yè)決策。這無疑對工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)提出了新的挑戰(zhàn)!而基于NI的平臺能夠構(gòu)建一個(gè)全新的端到端工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，可用于管理所有的聯(lián)網(wǎng)工業(yè)設(shè)備。其中，NI開放的數(shù)據(jù)采集和控制平臺不僅擔(dān)任著復(fù)雜的邊緣節(jié)點(diǎn)，更能夠提供高質(zhì)量、集中的數(shù)據(jù)管理。
首先，復(fù)雜的邊緣節(jié)點(diǎn)挑戰(zhàn)在于需要一個(gè)強(qiáng)大的處理性能來整合來自不同傳感器的多種不同類型信號，并在邊緣側(cè)進(jìn)行實(shí)時(shí)的邊緣預(yù)處理和控制。因此，為保證系統(tǒng)之間的同步，需要引入全新的網(wǎng)絡(luò)功能——時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)Time Sensitive Network(以下簡稱TSN)。在現(xiàn)有及未來針對于應(yīng)用更加廣泛、需求更加迫切的數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域，NI推出一款全新的硬件產(chǎn)品——基于TSN的CompactDAQ以太網(wǎng)機(jī)箱。這款機(jī)箱可以基于TSN技術(shù)為系統(tǒng)提供一個(gè)基于網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘，實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間高于微秒級別的同步。同時(shí)這款全新的以太網(wǎng)機(jī)箱內(nèi)置的開關(guān)功能能夠以菊花鏈的方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)擴(kuò)展，大大地減少了外部連接和系統(tǒng)的復(fù)雜性。
圖3：NI已正式推出基于TSN的CompactDAQ以太網(wǎng)機(jī)箱
同時(shí)，為實(shí)現(xiàn)集中的數(shù)據(jù)管理，NI面向IIoT領(lǐng)域正式發(fā)布SystemLink系統(tǒng)管理軟件。SystemLink為分布式測試、測量和控制解決方案提供了集中管理功能，具有強(qiáng)大的大批量部署和遠(yuǎn)程診斷功能。在硬件方面，SystemLink可以同時(shí)支持CompactRIOTM(NI Linux Real-Time操作系統(tǒng))、PXI(Windows操作系統(tǒng))以及Windows PC等多種不同硬件平臺的連接。在部署了集中管理軟件后，通過對數(shù)據(jù)的進(jìn)一步分析和挖掘，獲取有效信息和趨勢，從而導(dǎo)向更優(yōu)化的商業(yè)決策。
因此，NI嵌入式技術(shù)市場工程師易曦露在NIDays主題演講中亦強(qiáng)調(diào)，基于NI平臺構(gòu)建的端到端工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，可以為所有的工業(yè)設(shè)備、運(yùn)行資產(chǎn)以及測試設(shè)備提供有效實(shí)時(shí)在線狀態(tài)監(jiān)測，帶來巨大的價(jià)值。
由點(diǎn)及面的平臺化策略，NI多維度全線發(fā)力IIoT
“NI通過平臺化的方式，根據(jù)客戶的實(shí)際需求，提供針對應(yīng)用場景的整體解決方案?！?Rahman Jamal稱，“對于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)而言，一方面是硬件，如NI CompactRIOTM平臺就屬于典型的基于FPGA和異構(gòu)架構(gòu)的系統(tǒng)，區(qū)別于傳統(tǒng)的PLC系統(tǒng)硬件?！?他補(bǔ)充道，“另一方面NI基于LabVIEW推出的一系列軟件工具包，可實(shí)現(xiàn)應(yīng)用于大數(shù)據(jù)的機(jī)器學(xué)習(xí)和邊緣計(jì)算的硬件部署等?！边@是NI從產(chǎn)品層面在IIoT發(fā)力的一個(gè)維度。
圖4：NI全球技術(shù)與市場總監(jiān)Rahman Jamal(右)，天澤智云技術(shù)研發(fā)副總裁劉宗長(左)正與媒體交流
“當(dāng)然，一個(gè)完善的解決方案僅僅有NI一家技術(shù)是不夠的。所以在智慧電網(wǎng)、智慧核電、智能制造等全方位工業(yè)領(lǐng)域，NI已經(jīng)與更多客戶開展了交流合作!而在交通運(yùn)輸領(lǐng)域的案例，則是NI攜手中車青島四方、天澤智云開展合作?！盧ahman Jamal表示，NI與各產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)合作，將加速實(shí)現(xiàn)IIoT。
當(dāng)被問及與NI的合作細(xì)節(jié)時(shí)，天澤智云技術(shù)研發(fā)副總裁劉宗長分享道：“天澤智云采用NI InsightCMTM搭載CompactRIOTM的數(shù)據(jù)采集方案，在分布式在線狀態(tài)監(jiān)測方面有巨大的優(yōu)勢，比如從方案設(shè)計(jì)到測試實(shí)施的周期僅僅花了一個(gè)星期，且采集到軸箱軸承部件的數(shù)據(jù)質(zhì)量非常高;為開發(fā)預(yù)測性維護(hù)用的機(jī)器學(xué)習(xí)算法，短時(shí)間內(nèi)就獲取了大量數(shù)據(jù)用于模型訓(xùn)練?！蓖瑫r(shí)，他補(bǔ)充說：“通過對NI平臺進(jìn)行二次開發(fā)，能夠?qū)崿F(xiàn)更多軸箱軸承等性能狀態(tài)監(jiān)測的邊緣計(jì)算功能，將有價(jià)值的信息上傳到云端，進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)度和管理，從而實(shí)現(xiàn)邊緣計(jì)算與云計(jì)算的優(yōu)勢整合?！?/FONT>
圖5：天澤智云技術(shù)研發(fā)副總裁劉宗長闡述與NI合作案例
誠然，上下游企業(yè)的合作不可或缺!但短期合作亦無法實(shí)現(xiàn)IIoT的一蹴而就，必須是長期逐步推進(jìn)。對此，中車青島四方張志強(qiáng)表示，“三方合作是一項(xiàng)長期計(jì)劃。高鐵PHM可預(yù)測性維護(hù)方案在設(shè)計(jì)之初即考慮了全面開展的需求，現(xiàn)在軸箱軸承的率先實(shí)施僅僅是一個(gè)點(diǎn)，由點(diǎn)及面、逐步向前，最終實(shí)現(xiàn)高鐵整車的可預(yù)測性維護(hù)，全面實(shí)現(xiàn)IIoT的落地!”
產(chǎn)品方案和客戶合作是NI在IIoT領(lǐng)域布局的兩項(xiàng)重要舉措。Rahman Jamal總結(jié)道：“還有一個(gè)重要的舉措是NI聯(lián)合眾多領(lǐng)先公司共同組建IIoT實(shí)驗(yàn)室?！崩缥挥诿绹鴬W斯汀總部的IIoT實(shí)驗(yàn)室，就是NI聯(lián)合Intel、PTC、HPE以及Xilinx等一流公司組建的業(yè)界先進(jìn)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室。同時(shí)，“秉承平臺化與生態(tài)化的理念， NI為上下游企業(yè)提供了針對性的系統(tǒng)解決方案，并聯(lián)手合作伙伴與客戶加速IIoT的落地，這是NI與合作伙伴一直以來的重要共識?！盢I物聯(lián)網(wǎng)市場經(jīng)理崔鵬最后說道。
關(guān)于NI
自1976年以來，NI () 一直致力于提供各種強(qiáng)大的基于平臺的系統(tǒng)來幫助工程師和科學(xué)家提高效率和加速創(chuàng)新，以解決全球面臨的重大工程挑戰(zhàn)。從醫(yī)療、汽車、消費(fèi)電子產(chǎn)品到粒子物理等各行各業(yè)的客戶正在使用NI的集成軟硬件平臺來改善我們生活的環(huán)境。
（轉(zhuǎn)載）
