工廠里每一臺設(shè)備都在產(chǎn)生數(shù)據(jù)，從設(shè)備數(shù)據(jù)的角度來看，可以從龐大的數(shù)據(jù)背后挖掘、分析設(shè)備意外停機的形成原因、良品率提高的方式等，還能找出更好的設(shè)備維護(hù)方式，從而提高工廠整體的生產(chǎn)效率，這是工業(yè)領(lǐng)域大數(shù)據(jù)的價值。那么設(shè)備數(shù)據(jù)的采集、傳輸、監(jiān)測成為其中關(guān)鍵步驟，在市場需求不斷更新以及技術(shù)提升中，物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)關(guān)就此出現(xiàn)，要更好地了解它的價值和出現(xiàn)的契機，要從設(shè)備機器數(shù)據(jù)的采集、傳輸、監(jiān)測過程發(fā)展歷程說起。
在工業(yè)發(fā)展早期，數(shù)據(jù)采集的意識才剛剛出現(xiàn)的時候，由于傳感器的匱乏加上傳輸技術(shù)的落后，大多都是依靠人工進(jìn)行數(shù)據(jù)計量。人工計量的弊端不言而喻，耗時耗力并且能夠檢測的范圍是非常狹窄的，所以人工計量的方式很快就被工廠生產(chǎn)的需求給淘汰。
初期的本地監(jiān)測，數(shù)據(jù)采集的首次嘗試
真正意義上的數(shù)據(jù)監(jiān)測應(yīng)該從本地監(jiān)測開始。通過有線網(wǎng)絡(luò)將設(shè)備總控和 PLC 或者 HMI 連接起來，進(jìn)行本地的人機交互和信息交換，設(shè)備上的數(shù)據(jù)比如設(shè)備軸承溫度、轉(zhuǎn)速等數(shù)據(jù)直接顯示在 PC 或者 HMI 上面。
而顯示器需要近距離地安裝在設(shè)備總覽旁邊，同時需要人員一天 24 小時的監(jiān)控以及反饋。此時，人工的力量還是占了主導(dǎo)地位，如果依靠肉眼監(jiān)測終端顯示的數(shù)據(jù)并且要做出比較及時的反饋，工人需要輪班制不說，數(shù)據(jù)的反饋其實還是非常滯后和不精準(zhǔn)的。作為管理人員也無法及時了解工廠的數(shù)據(jù)，給出相應(yīng)的決策判斷。
由此可以看出本地監(jiān)測的實際意義不大，只是停留在簡單的數(shù)據(jù)統(tǒng)計工作上。
以太網(wǎng)出現(xiàn)，延伸物理傳輸距離
由于本地監(jiān)測局限性太大，人們開始把以太網(wǎng)等有線寬帶技術(shù)運用在數(shù)據(jù)采集、傳輸上，數(shù)據(jù)的傳輸在范圍上有了一定的延伸。當(dāng)工業(yè)設(shè)備節(jié)點接入傳感器，通過一定的轉(zhuǎn)換到達(dá)以太網(wǎng)，再到達(dá)終端顯示。就傳輸范圍而言，在原有范圍基礎(chǔ)上是有了一定的拓展。
但是中間存在的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)差異導(dǎo)致通信并不能暢通無阻，且有線網(wǎng)絡(luò)的固有限制就是無法遠(yuǎn)程監(jiān)測，這又一次給工業(yè)數(shù)據(jù)市場提供一個巨大的需求。如何擴大傳輸范圍？如何支持更多的協(xié)議，滿足不同的工業(yè)生產(chǎn)場景？以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸顯然不能夠滿足真實生產(chǎn)環(huán)境中對于數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程監(jiān)測需求。
網(wǎng)關(guān)的出現(xiàn)，適配更多協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)
真實的生產(chǎn)環(huán)境本身就很復(fù)雜，加上實際距離的限制，遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)傳輸成為了工業(yè)數(shù)據(jù)方面亟待解決的痛點。如何讓數(shù)據(jù)能夠低成本且高效地傳輸?shù)皆苹蛘哌h(yuǎn)程終端，成為行業(yè)重點的研究對象。
伴隨著 2G/3G/4G 網(wǎng)絡(luò)、Wi-Fi、藍(lán)牙等無線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)的出現(xiàn)，數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸問題出現(xiàn)轉(zhuǎn)機，但多種通信協(xié)議的多重協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)也阻礙了設(shè)備與設(shè)備之間的“對話”。此時為了能夠適配更多協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，網(wǎng)關(guān)的出現(xiàn)非常及時，在通信協(xié)議和數(shù)據(jù)之間，網(wǎng)關(guān)是一個翻譯器，與網(wǎng)橋只是簡單地傳達(dá)信息不同，網(wǎng)關(guān)對收到的信息要重新打包，以適應(yīng)系統(tǒng)的需求。
網(wǎng)關(guān)的轉(zhuǎn)換能力結(jié)合無線通信協(xié)議技術(shù)，大大提高了物聯(lián)網(wǎng)延伸距離，但物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也面臨一些獨特的挑戰(zhàn)。其中一個挑戰(zhàn)是，受限于系統(tǒng)內(nèi)存、數(shù)據(jù)存儲容量和計算能力，很多物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點無法直接連接基于 IP 的網(wǎng)絡(luò)，這樣就難以做到萬物互聯(lián)。而物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)可以填補這塊空白，在基于IP的公共網(wǎng)絡(luò)與本地物聯(lián)網(wǎng)之間架起一座網(wǎng)絡(luò)橋梁，使用在不同的通信協(xié)議、數(shù)據(jù)格式或語言，甚至體系結(jié)構(gòu)完全不同的兩種系統(tǒng)之間。
通俗來講，有了工業(yè)網(wǎng)關(guān)，所謂的 M2M 不再是狹義上機器與機器的對話，而是設(shè)備、系統(tǒng)、人之間沒有障礙的溝通。
但是溝通沒有障礙，那溝通的效率如何？有效信息有多少？除了數(shù)據(jù)采集、傳輸，能否承擔(dān)更多的功能？由于數(shù)據(jù)通過網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)換，再上傳至云端計算分析，中間的時差導(dǎo)致無法及時地反饋實時數(shù)據(jù)….這些都是傳統(tǒng)網(wǎng)關(guān)做的不夠好的地方，理所當(dāng)然也成為了工業(yè)網(wǎng)關(guān)設(shè)計的一個重點突破口。
現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)關(guān)，推動設(shè)備預(yù)測性運維
現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)關(guān)，在物聯(lián)網(wǎng)時代扮演非常重要的角色，它不僅是連接感知網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的紐帶。作為網(wǎng)關(guān)設(shè)備，物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)關(guān)可以實現(xiàn)感知網(wǎng)絡(luò)與通信網(wǎng)絡(luò)，以及不同類型感知網(wǎng)絡(luò)之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換，既可以實現(xiàn)廣域互聯(lián)，也可以實現(xiàn)局域互聯(lián)。此外物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)關(guān)還需要具備設(shè)備管理功能，運營商通過物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)關(guān)可以管理底層的各感知節(jié)點，了解各節(jié)點的相關(guān)信息，并實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，特有的物聯(lián)網(wǎng)邊緣計算能力，讓傳統(tǒng)工廠在數(shù)字化轉(zhuǎn)型的過程中實現(xiàn)了更為快速、精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集及傳輸。
邊緣計算能力，給工廠設(shè)備帶來兩大好處：
首先網(wǎng)關(guān)自身的數(shù)據(jù)分析計算能力實現(xiàn)數(shù)據(jù)到達(dá)網(wǎng)關(guān)這一層就能完成聚合、優(yōu)化、篩選，通過將采集數(shù)據(jù)進(jìn)行本地預(yù)分析，從而讓設(shè)備作出直接反應(yīng)，在此同時將結(jié)果和高價值數(shù)據(jù)再上傳云端，這樣管理者幾乎可以零時差收到反饋。
其次在網(wǎng)關(guān)這一層就將設(shè)備的大量狀態(tài)數(shù)據(jù)過濾、優(yōu)化掉，減少海量數(shù)據(jù)上傳的網(wǎng)絡(luò)壓力。這樣工業(yè)網(wǎng)關(guān)就不再是狹義的翻譯器，同時也承擔(dān)了過濾的作用。
結(jié)合數(shù)據(jù)的采集、高效傳輸、以及快速分析能力，真正地做到設(shè)備的實時狀態(tài)監(jiān)控，以及使用大數(shù)據(jù)分析來檢測設(shè)備隱患，從而預(yù)先判定設(shè)備發(fā)展趨勢和可能的故障模式，提前制定預(yù)測性維護(hù)計劃。
物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)關(guān)的特點
支持遠(yuǎn)程更新維護(hù)，這一功能的實現(xiàn)基于軟件開發(fā)的工業(yè)網(wǎng)關(guān)。例如 Ruff 的物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)關(guān)可隨時根據(jù)軟件的升級，添加支持協(xié)議，對外提供基于 JS 語言的開發(fā)接口，只需下載相應(yīng)的配置應(yīng)用即完成對硬件產(chǎn)品功能的修改。在網(wǎng)關(guān)使用過程中出現(xiàn)了問題，也無需去現(xiàn)場進(jìn)行維修只需利用 Ruff Explorer 遠(yuǎn)程管理工具在軟件層面進(jìn)行修改即可，從遠(yuǎn)端提前發(fā)現(xiàn)和解決隱患，使維護(hù)更智能，設(shè)備運行更穩(wěn)定可靠。
其次，在兼容性方面，現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)關(guān)也具有超強的兼容性，采用即插即用的設(shè)計理念，兼容主流廠商的設(shè)備和協(xié)議，提供協(xié)議的下載和二次開發(fā)接口使得兼容變得更加容易。由于是在軟件層面控制硬件網(wǎng)關(guān)，這樣一來工廠在轉(zhuǎn)型過程中不需要花費大成本來替換適配網(wǎng)關(guān)的設(shè)備，簡單修改軟件層面邏輯即可。
目前國內(nèi)一些公司比如華為、Ruff（南潮）生產(chǎn)的邊緣計算網(wǎng)關(guān)、物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)關(guān)已經(jīng)在真實的生產(chǎn)環(huán)境中有了多次成功的實踐，在人造板行業(yè)、汽車制造業(yè)、木材加工行業(yè)幫助客戶快速高效地接入設(shè)備，采集傳輸數(shù)據(jù)，并且通過其本身的邊緣計算能力可以就近提供邊緣智能服務(wù)，滿足行業(yè)數(shù)字化在敏捷連接、實時業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)優(yōu)化、應(yīng)用智能、安全與隱私保護(hù)等方面的關(guān)鍵需求。對于人力成本、設(shè)備維修成本、時間成本的降低是非常有價值的，這也將是很多中小型工廠在工業(yè) 4.0 轉(zhuǎn)型之戰(zhàn)中核心競爭力之一。
當(dāng)然，網(wǎng)關(guān)的技術(shù)能力及工業(yè)需求目前還沒有到達(dá)終點，隨著市場的需求越來越高以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷提升，相信功能更加全面的工業(yè)網(wǎng)關(guān)會不斷更新出現(xiàn)，為物聯(lián)網(wǎng)未來的發(fā)展提供更好的服務(wù)。
